本發(fā)明屬于污泥處理處置
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種生物制劑和化學(xué)物質(zhì)對(duì)污泥調(diào)理以致減量化的方法，具體涉及酶和表面活性劑聯(lián)合促進(jìn)污泥脫水性能提高的方法。
背景技術(shù)：
：市政污泥是城市污水處理廠中污水處理單元所產(chǎn)生的固體廢棄物，污水處理單元中產(chǎn)生的活性污泥水分含量可達(dá)99%以上，消化污泥水分含量可達(dá)96%以上。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，2015年6月底，含水率為80%的污泥產(chǎn)生量可達(dá)4410萬(wàn)噸/年，預(yù)計(jì)到2020年，污泥產(chǎn)量將達(dá)到5000～6000萬(wàn)噸（含水率按80%計(jì)），未來(lái)的20年城市污泥量將會(huì)增加到5.4～21.6億t/年。高速增長(zhǎng)的污泥產(chǎn)量對(duì)環(huán)境的壓力越來(lái)越大，其所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題十分嚴(yán)峻，因此，污泥的處理處置問(wèn)題已成為各國(guó)市政行業(yè)面臨的重要問(wèn)題。目前，污泥處理方面存在的主要問(wèn)題是污泥的脫水效果差、含水率較高，從而給污泥的后續(xù)處理以及運(yùn)輸帶來(lái)了很大困難，嚴(yán)重制約了污泥的處理處置工作的開(kāi)展。因此，合理高效的污泥調(diào)理技術(shù)實(shí)現(xiàn)污泥減量化顯得越來(lái)越重要。污泥是由大量EPS形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹的具有凝膠結(jié)構(gòu)的顆粒固體，其脫水性能與污泥EPS形成的“粘膠相區(qū)”呈負(fù)相關(guān)，由于EPS組分中70～80%為蛋白質(zhì)和多糖，因此，可利用中溫a-淀粉酶和中性蛋白酶調(diào)理污泥，其原理是通過(guò)酶的高效降解破壞污泥EPS結(jié)構(gòu)，釋放出被絮體包裹的水分進(jìn)而提高污泥的脫水性能。表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）是一種比較有效的調(diào)理藥劑，其調(diào)理污泥的作用包括：通過(guò)電中和作用，中和污泥表面負(fù)電荷減少污泥顆粒間的斥力的同時(shí)，可具有一定的殺菌效果；通過(guò)分散作用解體污泥絮體結(jié)構(gòu)、釋放原絮體內(nèi)部的結(jié)合水，并保持松散的絮體在水相中的穩(wěn)定性，不沉降在污泥顆粒表面中；通過(guò)增溶作用溶解有高度水合作用的胞外聚合物（EPS）到水相，剝離EPS中LB-EPS層，同時(shí)釋放出部分結(jié)合水，提高污泥的壓縮性能，從而提高污泥的含固率和脫水速率。目前，表面活性劑和酶聯(lián)合處理纖維制品的相關(guān)報(bào)道居多，而沒(méi)有其聯(lián)合后針對(duì)市政污泥處理處置的報(bào)道。本發(fā)明針對(duì)污泥的減量化問(wèn)題，將酶破壞EPS結(jié)構(gòu)的作用和CTAB的分散、增溶、電中和作用充分結(jié)合并利用起來(lái)，通過(guò)釋放部分結(jié)合水和提高污泥的壓縮性增強(qiáng)污泥的脫水性能，提高抽濾后泥餅含固率。公開(kāi)號(hào)為201110445557.2的中國(guó)專利采用“a-淀粉酶和中性蛋白酶”強(qiáng)化以剩余污泥為燃料的MFC產(chǎn)電性能及其減量化，公開(kāi)號(hào)為CN102211842A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種利用表面活性劑十二烷基硫酸鈉和酶（蛋白酶/淀粉酶質(zhì)量比為3/1）的同時(shí)投加，以促進(jìn)剩余污泥厭氧消化過(guò)程中的水解和酸化方法。但以上方法中a-淀粉酶與蛋白酶的適用條件不同可能會(huì)導(dǎo)致酶的活性降低或者適用范圍變窄，不能充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，且該專利不針對(duì)污泥脫水。公開(kāi)號(hào)為CN102897987A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種造紙污泥脫水復(fù)合生物酶處理劑及處理方法。此專利中的復(fù)合生物酶處理劑的原料重量百分含量如下：表面活性劑(烷基聚氧乙烯醚、脂肪醇、環(huán)氧乙烷縮合物和十六烷基三甲基溴化按質(zhì)量比1:1:1混合)0.95-0.99%，生物酶(纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、漆酶和脂肪酶按質(zhì)量比1:1:1:1:1混合)0.01-0.05%，余量為水。該專利提出的多種生物酶混合及酶與表面活性劑的同時(shí)添加必然存在不能充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)的缺點(diǎn)，而且該發(fā)明并未針對(duì)市政污泥的脫水。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有污泥調(diào)理中無(wú)法破壞污泥EPS結(jié)構(gòu)、釋放結(jié)合水及調(diào)理后污泥脫水效果不顯著等問(wèn)題，提供一種有效改善污泥脫水性能的聯(lián)合調(diào)理方法。該方法利用生物酶與CTAB的協(xié)同作用有效提高污泥脫水性能，使得污泥脫水后泥餅含水率降低至70%以下，具有費(fèi)用較低，適用范圍廣，各調(diào)理步驟明確，操作方便，減量化明顯，可以降低污泥后續(xù)處置費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明為一種生物酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理污泥的方法，其特征在于：先利用生物酶的降解作用，分解污泥中的胞外有機(jī)物（EPS），破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，釋放污泥中結(jié)合水，隨后利用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）表面活性劑的親疏水及電中和作用，改變污泥絮體的親疏水性，中和污泥表面負(fù)電荷，使得部分EPS和結(jié)合水從污泥絮體中分離，提高污泥壓縮性的同時(shí)增大污泥絮體尺寸，增強(qiáng)其脫水性能；所述的生物酶與CTAB聯(lián)合方式為：中溫a-淀粉酶-CTAB；中性蛋白酶-CTAB；中溫a-淀粉酶-中性蛋白酶-CTAB。上述調(diào)理方法通過(guò)預(yù)處理、酶降解、CTAB調(diào)理等主要步驟實(shí)現(xiàn)：(1)污泥的預(yù)處理：將污泥的溫度、pH調(diào)節(jié)到生物酶的適宜范圍；(2)酶降解：向污泥中投加生物酶，混合均勻，并進(jìn)行一定時(shí)間的反應(yīng)；(3)CTAB調(diào)理：向污泥中投加定量的CTAB，攪拌混合，并進(jìn)行一定時(shí)間的反應(yīng)，然后進(jìn)入脫水單元。特別地，所述的待處理污泥為城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥，包括活性污泥，消化污泥以及濃縮污泥等，含水率應(yīng)在90%以上。優(yōu)選為好氧活性污泥與厭氧消化污泥。特別地，所述的污泥預(yù)處理，應(yīng)先通過(guò)控溫設(shè)備調(diào)節(jié)污泥溫度為所投加酶的適宜區(qū)間，后經(jīng)過(guò)H+或OH-（常用濃度為1mol/L的HCl和NaOH溶液）調(diào)解其pH至所使投加酶的適用pH范圍內(nèi)，所述的中溫a-淀粉酶適用溫度、pH范圍為25～70℃、5.5～6.8，優(yōu)選為30～50℃、6.0～6.4；中性蛋白酶適用溫度、pH范圍為10～60℃、6.0～8.0，優(yōu)選為30～45℃、6.9～7.3。特別地，所述的生物酶降解過(guò)程中其投加量和作用時(shí)間如下：中溫a-淀粉酶單獨(dú)調(diào)理時(shí)，投加量和作用時(shí)間范圍為0.05～0.15g/g干污泥（TS）、1～4h，優(yōu)選為0.05～0.10g/gTS、1～2h；中性蛋白酶單獨(dú)調(diào)理時(shí)，投加量和作用時(shí)間范圍為0.1～0.2g/gTS、1～4h，優(yōu)選為0.1～0.15g/gTS、2～3h。特別地，所述的生物酶降解中其投加量和作用時(shí)間如下：復(fù)合酶(中溫a-淀粉酶-中性蛋白酶)調(diào)理時(shí)，先投加0.02～0.2g/gTS的中溫a-淀粉酶，作用0.1～1.5h后，再投加0.05～0.2g/gTS的中性蛋白酶，并作用1～4h，每次投加前需將污泥溫度、pH調(diào)節(jié)至所投加酶的適宜范圍內(nèi)；當(dāng)污泥含水率為95%以上時(shí)，復(fù)合酶調(diào)理優(yōu)選為先投加0.02～0.1g/gTS的中溫a-淀粉酶，作用0.1～1h后，再投加0.05～0.15g/gTS的中性蛋白酶，并作用2～3h。所述干污泥（TS）指經(jīng)105℃烘干的污泥。上述生物酶調(diào)理時(shí)可投加生物酶粉末或者生物酶溶液，其中生物酶溶液配制過(guò)程如下：取3g中性蛋白酶溶解于50mL、pH為7.2的磷酸緩沖液中，于30～50℃下加溫?cái)嚢枞芙?，后?000rpm離心處理后，取上清液即為蛋白酶溶液。淀粉酶溶解于50mL、pH=6.2的磷酸緩沖液中，再加入16～27mg的無(wú)水CaCl2粉末，作為淀粉酶的激活劑，其余參照蛋白酶溶液的配制。特別地，所述酶降解污泥的階段，混合過(guò)程分為快慢兩種振蕩方式，相應(yīng)的振蕩強(qiáng)度與時(shí)間分別為200～350rpm、1～5min和20～200rpm、既定酶作用時(shí)間。特別地，所述CTAB投加量范圍如下：當(dāng)中溫a-淀粉酶/中性蛋白酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理時(shí)，CTAB投加量范圍為0.2～0.5g/gTS，優(yōu)選為0.3～0.5g/gTS；當(dāng)復(fù)合酶-CTAB調(diào)理污泥時(shí)，其CTAB投加量范圍為0.3～0.6g/gTS，優(yōu)選為0.4～0.5g/gTS；所述干污泥（TS）指經(jīng)105℃烘干的污泥。特別地，所述CTAB調(diào)理時(shí)所述的混合過(guò)程實(shí)行快慢兩階段攪拌方式，相應(yīng)的攪拌強(qiáng)度和時(shí)間分別為100～800rpm、0.5～5min和20～200rpm、10～30min，優(yōu)選為550～800rpm、0.5～2.5min；50～120rpm、15～25min。特別地，所述相應(yīng)的脫水單元包括：板框脫水、帶式脫水、真空抽濾等機(jī)械脫水方式或電脫水裝置。脫水后泥餅含水率＜70%。本專利發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利的作用及優(yōu)點(diǎn)如下：(1)調(diào)理劑費(fèi)用較低且適用范圍廣。此方法中生物酶和CTAB均為比較常見(jiàn)、容易獲得、價(jià)格低廉的藥劑，適用條件溫和，對(duì)含水率90%以上的市政污泥均有較好的效果，是安全、高效的污泥調(diào)理方法。(2)生物酶與CTAB的協(xié)同作用可有效提高污泥脫水性能。本發(fā)明采用生物酶與CTAB聯(lián)合調(diào)理組合技術(shù)工藝，充分發(fā)揮兩種調(diào)理試劑各自的優(yōu)勢(shì)，形成協(xié)同效應(yīng)，有效改善污泥的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高污泥脫水性能。具體為先利用中溫a-淀粉酶，中性蛋白酶的高效催化降解作用，降解污泥EPS組分中多糖和蛋白質(zhì)以達(dá)到破壞污泥EPS結(jié)構(gòu)、釋放污泥絮體中結(jié)合水的效果，后通過(guò)CTAB的分散、增溶及電中和作用，分散松散絮體，釋放更多的結(jié)合水；增溶污泥表面大分子有機(jī)物，有效剝離松散污泥絮體中LB-EPS層；將被生物酶降解后形成的結(jié)構(gòu)松散、負(fù)電荷增大，濁度高，比表面積大的污泥絮體團(tuán)聚起來(lái)同時(shí)改善污泥的親疏水性，提高污泥的可壓縮性進(jìn)一步釋放結(jié)合水，改善污泥脫水性能，提高污泥脫水中的固液分離比。(3)調(diào)理步驟明確且操作簡(jiǎn)單。生物酶與CTAB的單獨(dú)投加可使其最大限度地發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，生物酶和CTAB藥劑在投加時(shí)均可直接投入固體粉末，無(wú)需配成溶液，具有方法簡(jiǎn)單、操作方便、節(jié)省時(shí)間及人力成本等優(yōu)點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)污泥的減量化，大大減少脫水后污泥體積，提升污泥資源化潛力。(4)減量化明顯且后續(xù)處理處置費(fèi)用低。此方法經(jīng)脫水單元后泥餅含水率可快速降低至70%以下，污泥減量化明顯，大大降低脫水后污泥后續(xù)的運(yùn)輸和處理處置費(fèi)用及存放空間。附圖說(shuō)明附圖1為本發(fā)明中生物酶與CTAB聯(lián)合調(diào)理污泥的技術(shù)工藝圖具體實(shí)施方式下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不意味著限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施實(shí)例1：復(fù)合酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理改善活性污泥脫水性能中溫a-淀粉酶溶液配制如下：取2.85g淀粉酶溶解于50mL、pH=6.2的磷酸緩沖液中，再加入25mg的無(wú)水CaCl2粉末，作為淀粉酶的激活劑，在40℃下加溫?cái)嚢枞芙猓笥?000rpm離心處理后，取上清液即為中溫a-淀粉酶溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。中性蛋白酶溶液配制如下：取3g中性蛋白酶溶解于50mL、pH為7.2的磷酸緩沖液中，于40℃下加溫?cái)嚢枞芙?，后?000rpm離心處理后，取上清液即為蛋白酶溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。復(fù)合酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理：某市政污水處理廠的活性污泥，經(jīng)過(guò)4h的沉降，棄去上清液，濃縮后污泥過(guò)0.18cm的網(wǎng)篩（含水率98.15%）為污泥樣品，測(cè)量其溫度和pH分別為31.7℃、6.40。取上述污泥樣品300mL置于500mL燒杯中，同時(shí)向污泥中投加一定量的CaCl2固體，使污泥中的Ca2+濃度為120mg·L-1左右，在轉(zhuǎn)速為200rpm時(shí)，加入5mL中溫a-淀粉酶溶液，混合2min后在轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下于恒溫培養(yǎng)箱中降解1h；隨后再次測(cè)定污泥溫度和pH，分別為32.9℃和6.65，調(diào)節(jié)污泥pH到7后，在轉(zhuǎn)速為200rpm時(shí)，加入8mL的中性蛋白酶溶液，混合1min后在轉(zhuǎn)速為60rpm的條件下振蕩2h。復(fù)合酶調(diào)理完畢后，將上述污泥樣品轉(zhuǎn)移至六聯(lián)攪拌器的設(shè)備中，在轉(zhuǎn)速為650rpm時(shí)，投加2.22g的CTAB，攪拌5min中后，在轉(zhuǎn)速為62rpm的條件下，慢速攪拌10min，隨后直接進(jìn)行電脫水。測(cè)定經(jīng)復(fù)合酶與CTAB調(diào)理后的污泥泥餅含水率為59.63%，原始污泥的泥餅含水率為70.8%。表1為所投加酶的基本參數(shù)表1生物酶的基本參數(shù)名稱活性/U·g-1溫度/℃pH中溫α-淀粉酶2×10325-705.5-6.8中性蛋白酶1×10510-606.0-8.0注：為保持中溫α-淀粉酶的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)污泥中的Ca2+濃度為120mg·L-1。實(shí)施實(shí)例2：中溫a-淀粉酶與CTAB聯(lián)合調(diào)理消化污泥后脫水性能的變化取某市政污水處理廠的厭氧消化污泥（含水率為96.27%）25L，利用加熱裝置和1mol/L的HCl溶液將厭氧污泥的溫度和pH分別調(diào)節(jié)至45℃、6.2，向污泥中投加一定量的CaCl2固體，使污泥中的Ca2+濃度為120mg·L-1左右，隨后在轉(zhuǎn)速為250rpm時(shí)加入56g的中溫a-淀粉酶，混合2min后，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到120rpm，在45℃下恒溫振蕩2h，淀粉酶調(diào)理完畢后，將上述污泥樣品轉(zhuǎn)移至攪拌器的設(shè)備中，在轉(zhuǎn)速為650rpm時(shí)，投加180g的CTAB，攪拌3min中后，在轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下，慢速攪拌10min，隨后直接進(jìn)行真空抽濾脫水，壓力和時(shí)間參數(shù)分別為0.06MPa和20min。測(cè)定經(jīng)復(fù)合酶與CTAB調(diào)理后的污泥泥餅含水率為62.63%，原始污泥的泥餅含水率為75.8%。實(shí)施實(shí)例3：中性蛋白酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理剩余污泥的脫水性能某市政污水處理廠的剩余污泥（含水率為98.6%），過(guò)0.18cm的網(wǎng)篩后，取出300mL置于500mL錐形瓶中，調(diào)整其溫度和pH分別為37.6℃、7.23，在轉(zhuǎn)速為200rpm時(shí)加入7mL蛋白酶溶液，混合2min后，于50rpm的轉(zhuǎn)速下震蕩3h，中性蛋白酶處理完畢后，將污泥樣品移入六聯(lián)攪拌器中，在720rpm轉(zhuǎn)速下，加入1.26g的CTAB快速攪拌10min后，在62rpm轉(zhuǎn)速下慢速攪拌10min后真空抽濾，壓力和時(shí)間參數(shù)分別為0.06MPa和20min。測(cè)定抽濾后泥餅含水率為69.64%，原始污泥的泥餅含水率為75.8%。對(duì)照實(shí)例1：除中溫a-淀粉酶的投加量是為10mL，CTAB投加量為3g，其余與實(shí)施實(shí)例1相同。泥餅含水率為57.64%。對(duì)照實(shí)例2：除中溫a-淀粉酶的投加量和作用振蕩時(shí)間為62g和1.5h，其余均與實(shí)施實(shí)例2相同。泥餅含水率為61.64%。對(duì)照實(shí)例3：除中性蛋白酶的投加量是為10mL，CTAB投加量為1.5g，其余均與實(shí)施實(shí)例3相同。泥餅含水率為64.36%。檢測(cè)結(jié)果表明：1、經(jīng)生物酶調(diào)理后，污泥由于結(jié)構(gòu)松散、負(fù)電荷增大，濁度高，比表面積增大導(dǎo)致其CST上升。2、生物酶-CTAB調(diào)理后，污泥重新聚集，污泥CST值明顯降低，脫水性能好，脫水后污泥含水率更低。3、酶所處的反應(yīng)條件不同，會(huì)導(dǎo)致CST值各異。4、CTAB的投加量對(duì)真空抽濾后泥餅含水率影響較大。5、抽濾的操作條件對(duì)真空抽濾后泥餅含水率有一定影響。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3