申请日2014.05.28
公开(公告)日2014.09.03
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明涉及一种磁性脱水剂及其脱水方法，所述磁性脱水剂其组分和含量按如下重量百分比的各成分组成：丙烯酰胺9~19%、甲壳素7~17%、氯化铁14~21%、氯化钠10~17%、氯化铝15~22%、浓硫酸1~8%、铁粉15~32%、所述脱水剂原料来源广泛、且价格低廉。本发明采用磁性脱水机，利用本发明的磁性脱水剂对污泥进行脱水，在减少污泥脱水时间的同时还能实现污泥的深度脱水，可直接将1吨含水率为60%～99%的污泥在45分钟内脱水至含水率达到25-45%，大大方便了污泥的后续处理，满足后续进行复耕、绿化的要求，解决了大量堆放污泥的处理处置难题。采用磁性脱水机，经济、简便、脱水效率好。
权利要求书
1.一种磁性脱水剂，其特征在于：所述磁性脱水剂其组分和含量按如下重量百分比的各成分组成：
丙烯酰胺 9~19%
甲壳素 7~17%
氯化铁 14~21%
氯化钠 10~17%
氯化铝 15~22%
浓硫酸 1~8%
铁粉 15~32% 。
2.一种根据权利要求1所述的磁性脱水剂深度脱水的方法，包括如下步骤：
(1)制备所述磁性脱水剂，其中，所述磁性脱水剂由如下重量百分比含量的各组分组成：丙烯酰胺含量为所述脱水剂总量的9~19%、甲壳素含量为所述脱水剂总量的7~17%、氯化铁含量为所述脱水剂总量的14~21%、氯化钠含量为所述脱水剂总量的10~17%、氯化铝含量为所述脱水剂总量的15~22%，浓硫酸含量为所述脱水剂总量的1~8%，铁粉含量为所述脱水剂总量的15~32%，将所述浓硫酸单独放置，待用;将所述丙烯酰胺、甲壳素、氯化铁、氯化钠、氯化铝、铁粉按所述含量混合均匀后倒入烧杯，向烧杯中加入1:1清水，然后将烧杯放入沸腾的水浴中加热，直至所有的水分蒸发完全，取出混合物并将其研碎成粉末;
(2)取含水率为60～99%的待处理污泥，在污泥中先添加步骤(1)中所述混合均匀研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤(1)中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥，其中，所述脱水剂的用量为污泥重量的5 ～10%;
(3)将步骤(2)中所述调质好的污泥静置20~45分钟后倒入磁性脱水机中脱水运行5~15min，60r/min~120r/min，脱水机通过磁性作用吸附污泥，排出清水，分别测出所述污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。
说明书
一种污泥磁性脱水剂及其脱水方法
技术领域
本发明涉及污、废水及污泥处理技术领域的污泥脱水剂，尤其涉及一种在污水厂脱水污泥的脱水处理过程中采用的磁性污泥脱水剂。
背景技术
生活污水处理产生的混合污泥和工业废水产生的生物处理污泥是典型的有机污泥，产生量大，一个处理规模为10万吨/天的中型污水厂的污泥产量在600吨左右。以上海市为例，污水一级处理量为371万吨/天，产生污泥22260吨/天。对上述高含水率污泥需进行浓缩脱水处理，目前，有多种污泥脱水剂及脱水方法：
专利号为：“ZL200410050738.5”名称为：“污泥脱水剂及其制备方法”的发明专利中涉及了一种用于污泥脱水的阳离子型聚合物脱水剂，该脱水剂以阳离子或非离子聚丙烯酰胺、甲醛、有机胺、水为原料，辅以少量的螯合剂及反应促进剂反应得到的以胺甲基聚丙烯酰胺为主要成分的胶体水溶液处理石油、化工等行业的污泥脱水。
专利号为：“ZL200310110552.X”名称为：“一种纳米高效污泥脱水调理剂”的发明专利中涉及了一种聚合硫酸铁，聚丙烯酰胺，羟甲基纤维素钠和纳米材料组成的脱水调理剂，具有中和能力、搭桥能力及较强渗透力，使污泥脱水预处理效果好，速率更快。
专利号为：“ZL00814895.3”名称为：“用于污泥脱水的阳离子聚合物”的发明专利中涉及了污泥脱水的方法，包括采用助絮凝剂和絮凝剂处理污泥，然后将污泥脱水。絮凝剂和助絮凝剂以固体组合物提供，并将水加入到组合物中以形成组合物的水溶液或分散体，然后将其加入到污泥中，使污泥脱水。
以上污泥脱水专利技术各具特色，主要涉及有机脱水剂及调理剂，适用于高含水率污泥和泥浆的脱水和稳定化，可将污泥中大部份间隙水和毛细管水去除。但是因污泥中含有大量的有机质，目前存在有机质细胞的表面水和细胞内部水难以去除的问题。一般经浓缩脱水后污泥的含水率仍在80%以上，若欲进一步脱水一般还需要通过加热方法处理，造成工艺复杂，处理成本高;此外，如此高含水率的污泥质软粘稠，易腐易发臭，体积庞大，承压能力差，在装载、运输和处理处置过程中存在操作困难、二次污染、耗能高等很多问题。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的第一个目的在于通过对现有污泥脱水剂的组方进行研究，提供一种工艺简单、成本低廉、脱水速度快、脱水效率高的磁性脱水剂，在污泥中加入所述磁性污泥脱水剂后，可以使污泥具有一定的磁性，从而可以使用磁性脱水机脱去污泥中的水分。
本发明的第一个目的是这样实现的：
一种磁性脱水剂，其特征在于：所述磁性脱水剂其组分和含量按如下重量百分比的各成分组成：
丙烯酰胺 9~19%
甲壳素 7~17%
氯化铁 14~21%
氯化钠 10~17%
氯化铝 15~22%
浓硫酸 1~8%
铁粉 15~32% 。
本发明的另一目的在于提供一种污泥深度脱水方法，包括如下步骤：
(1)制备所述磁性脱水剂，其中，所述磁性脱水剂由如下重量百分比含量的各组分组成：丙烯酰胺含量为所述脱水剂总量的9~19%、甲壳素含量为所述脱水剂总量的7~17%、氯化铁含量为所述脱水剂总量的14~21%、氯化钠含量为所述脱水剂总量的10~17%、氯化铝含量为所述脱水剂总量的15~22%，浓硫酸含量为所述脱水剂总量的1~8%，铁粉含量为所述脱水剂总量的15~32%，将所述浓硫酸单独放置，待用;将所述丙烯酰胺、甲壳素、氯化铁、氯化钠、氯化铝、铁粉按所述含量混合均匀后倒入烧杯，向烧杯中加入1:1清水，然后将烧杯放入沸腾的水浴中加热，直至所有的水分蒸发完全，取出混合物并将其研碎成粉末;
(2)取含水率为60～99%的待处理污泥，在污泥中先添加步骤(1)中所述混合均匀研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤(1)中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥，其中，所述脱水剂的用量为污泥重量的5 ～10%;
(3)将步骤(2)中所述调质好的污泥静置20~45分钟后倒入磁性脱水机中脱水5~15min，60r/min~120r/min，脱水机通过磁性作用吸附污泥，排出清水。分别测出所述污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。
本发明的污泥脱水絮凝剂脱水原理如下所述：
丙烯酰胺的作用
丙烯酰胺通过中和一些污泥小颗粒上的表面带电电荷，使单个小颗粒变得不稳定来促进絮凝作用，然后小颗粒被絮凝剂所吸附，从而在颗粒间起到活性官能基架桥作用，再絮凝形成较大的絮状物。
甲壳素的作用
甲壳素在水中可以形成絮凝分子，絮凝分子借助离子键、氢键同时结合了多个污泥颗粒分子，因而起到“中间桥梁”的作用。本发明中，甲壳素在水中可以形成的絮凝分子，可以把这些颗粒联结在一起，从而使之形成一个大的整体沉淀下来，进而促进絮凝效果。
氯化铁的作用
氯化铁在水中与氢氧化物碱度作用后生成多种水解产物，既而结合形成Fe(OH)3，这些水解产物带有很多正电荷，这些正电荷不仅能中和胶体微粒上的负电荷，还能与带负电荷的颗粒物及Fe(OH)3相结合。鉴于此，氯化铁具有絮凝能力并形成矾花。本发明专利中，三氯化铁所形成的矾花，与污水中的硫化氢(H2S)，磷酸盐(PO4)、砷酸盐(AsO4)、以及氢氧化物碱度(OH-)发生化学反应生成沉淀，因此氯化铁能将废水及污泥中的重金属和硫化物沉淀下来，其形成的氧化铁矾花又可吸附水中难于降解的物质，进而促进絮凝效果。
氯化钠的作用
由固体溶解度可知，在污泥中加入氯化钠后，其他与氯离子结合的化学物质，如钙离子、镁离子等在水中的溶解量会降低，从而促进钙离子、镁离子等的沉淀。在本发明污泥脱水过程中，钙离子、镁离子等扩散在污泥中，随着钙离子、镁离子等的沉淀，会加速污泥沉淀过程。
氯化铝的作用
本发明中氯化铝在水中水解生成氢氧根，氢氧根与钙离子、镁离子等结合，使钙离子、镁离子等生成沉淀。本发明的污泥脱水絮凝剂，在污泥脱水过程中，钙离子、镁离子等又扩散在污泥中，随着钙离子、镁离子等的沉淀，也会加速污泥的沉淀。
铁粉的作用
本发明专利所述脱水剂在处理污泥脱水过程中，铁粉首先与污泥混合后再与污泥一起沉淀下来，从而使污泥具有一定的磁性，进而可以使用磁性脱水机，快速有效的吸附起污泥。
浓硫酸的作用
浓硫酸的作用主要有两点：1、作为催化剂，在本发明专利中，浓硫酸能加速化学药品，如氯化铝、氯化铁等发挥作用，进而促进整个污泥脱水过程，节约时间;2、在本发明所述污泥脱水方法中，浓硫酸能与污泥中的钙离子、镁离子等结合，使钙离子、镁离子等生成沉淀，由于钙离子、镁离子等扩散在污泥中，随着钙离子、镁离子等的沉淀，加速了污泥的沉淀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种磁性脱水剂，采用的组分如甲壳素、丙烯酰胺等原料来源广泛、且价格低廉，大大降低了污泥脱水处理的运行成本;(2)利用本发明的磁性脱水剂，在减少污泥脱水时间的同时还能实现污泥的深度脱水，可直接将1吨含水率为60%～99%的污泥在45分钟内脱水至含水率达到25-45%，大大方便了污泥的后续处理;(3)本发明方法采用磁性脱水机脱水，经济、简便、脱水效果好;(4)本发明方法通过电性中和作用、离子沉淀反应、催化以及桥联作用聚集沉降，提高了污泥的物理力学性质，满足后续进行复耕、绿化的要求，解决了大量堆放污泥的处理处置难题。