申请日2000.10.05
公开(公告)日2002.12.11
IPC分类号C02F1/56; C02F11/14
摘要
描述了用于将污泥脱水的方法和组合物。用于将污泥脱水的方法包括采用助絮凝剂和采用絮凝剂处理污泥,其后将污泥脱水。该方法的特征在于助絮凝剂是无机化合物;助絮凝剂和絮凝剂以固体组合物提供,组合物包括0.1-10重量份助絮凝剂,相对于每重量份絮凝剂;将水加入到组合物中以提供组合物的水溶液或分散体;将该含水组合物加入到污泥中;和将污泥脱水。用于将污泥脱水的组合物特征在于它包括固体无机助絮凝剂和固体絮凝剂的混合物,相对于每重量份絮凝剂,助絮凝剂比例为0.1-10重量份。
权利要求书
1.一种将污泥脱水的方法，其中采用助絮凝剂和絮凝剂处理污泥， 其后将污泥脱水，其特征在于
助絮凝剂是无机化合物;
助絮凝剂和絮凝剂以固体组合物提供，组合物包括0.1-10重量份 助絮凝剂，相对于每重量份絮凝剂;
将水加入到组合物中以提供组合物的水溶液或分散体;
将该含水组合物加入到污泥中;和将污泥脱水。
2.权利要求1的方法，其中助絮凝剂和絮凝剂以组合物提供，组 合物包括0.1-1.5重量份助絮凝剂，相对于每重量份絮凝剂。
3.权利要求1或2的方法，其中组合物包括粒径为100-600μm的 助絮凝剂和絮凝剂的固体粒子。
4.前述权利要求任意一项的方法，其中将水加入到组合物中以提 供浓度为0.01-1.5wt%重量的水溶液或分散体。
5.前述权利要求任意一项的方法，其中，基于污泥固体的重量将 含水组合物以助絮凝剂固体和絮凝剂固体总重量的0.1-0.5wt%重量 的比例，加入到污泥中。
6.一种用于将污泥脱水的组合物，其特征在于它包括固体无机助 絮凝剂和固体絮凝剂的混合物，相对于每重量份絮凝剂，助絮凝剂比 例为0.1-10重量份。
7.权利要求6的组合物，其中无机助絮凝剂选自含铁盐、含铝盐、 矿物质、或其混合物。
8.权利要求7的组合物，其中含铁盐选自氯化铁、硫酸铁、氢氧 化铁、硝酸铁和硝酸硫酸铁;含铝盐选自硫酸铝、氢氧化铝、聚氯化 氢氧化铝、聚氯化氢氧化硫酸铝、聚氢氧化硫酸铝、聚氢氧化硫酸磷 酸铝和聚氯化硅酸铝;和矿物质选自二氧化硅、碱金属偏硅酸盐、硅 酸铝、碱金属硅酸盐，或其混合物。
9.权利要求8的组合物，其中矿物质选自滑石粉、高岭土、沸石 和膨润土。
10.权利要求6-9任意一项的组合物，其中絮凝剂选自(甲基)丙烯 酰胺的非离子和阳离子均聚物和共聚物。
说明书
用于污泥脱水的阳离子聚合物
发明领域
本发明涉及将来自市政和工业废物的污泥脱水的方法和涉及用于 进行该方法的组合物。
发明背景
在包括含水悬浮液脱水的方法中采用阳离子带电的水溶性或可水 分散的聚合物。可以通过向它们中混入化学试剂，以诱导凝结或絮凝 的状态，而增强污泥的脱水，因此进行水分离的工艺。为达到此目的， 已经广泛地使用不同的合成高分子量聚合物用于化学调节污泥。通常 应用高分子量聚丙烯酰胺。这些聚电解质单独使用，或与无机凝结剂 或有机高度离子化低分子量聚合物凝结剂结合使用。最经常采用的无 机和有机凝结剂是铁盐、通常是氯化铁、和二烯丙基二甲基氯化铵 (DDMAC)和氯甲代氧丙环二甲胺(表-DMA)的聚合物。一般可接受的是每 种个体污泥具有不同的特征和处理，这样指示要加入合适的凝结剂和 絮凝剂材料。
公知的是，在絮凝悬液之前，经常需要的是首先加入调节剂或凝 结剂，它们可以是无机多价化合物，如铁或铝盐，或相对低分子量的 阳离子聚合物。例如在JP-B-5133867中，描述了一种方法，其中污水 污泥采用如下物质处理：多价金属盐、低分子量阳离子聚合物和高分 子量阳离子聚合物，它优选最后加入。WO94/02424公开了一种主要包 含水的污泥的净化方法，该方法包括两步工艺：首先加入含水凝结混 合物，它包含铁盐和低分子量有机聚合物和然后加入高分子量聚电解 质。US-5,846,435公开了一种由嗜热菌消化的生物污泥的脱水方法， 该方法包括顺序加入季铵化的聚丙烯酰胺，含有多季铵作为它的聚合 物链的一部分，和阳离子聚丙烯酰胺。
根据JP56058598(来自Derwent和PAJ的摘要)，已知通过以粉末 的状态，直接加入处理剂而处理包含悬浮粘土的泥泞水，处理剂包括 1重量份聚合物凝结剂和1-100重量份水溶性无机Ca、Mg或Fe(II) 盐。处理剂不包含任何絮凝剂。
另一方面，EP479 616专利公开了一种脱水方法，其中向污泥中同 时加入有机凝结剂聚合物，优选二烯丙基二甲基氯化铵(DDMAC)，和絮 凝剂聚合物，作为预先形成的水溶液或作为包含阳离子凝结剂聚合物 和阳离子絮凝剂聚合物的单独预先形成的溶液。US3,642,619也公开 了铁盐和高分子量聚合物的同时加入，以固体共混物的形式制备，固 体共混物由0.05-5wt%聚合物和剩余的含铁盐组成。
这些参考文献显示与仅使用多价金属离子调节剂、低分子量阳离 子有机聚合物或高分子量阳离子絮凝聚合物的那些污泥脱水方法相 比，两组分处理具有更好的操作性能。在大多数情况下，优选将凝结 剂和絮凝剂顺序加入而不是同时加入，它意味着比单产物处理更复杂 的工艺。
常规存在的污泥脱水系统，使用絮凝剂或凝结剂和絮凝剂的结合， 努力避免过量加入和随后大凝胶状絮凝物的形成，这样可防止水的最 优释放。这样导致加工污泥的低体积和污泥饼的低干燥固体含量。凝 胶状粘性絮凝物也倾向于导致饼状物形成，该饼状物并不从压滤布(在 压带机和压滤机中)很好地释放。污泥处理中可能发生各种变化，因为 污泥源中需要除去各种类型的质粒。此外，并非不寻常的是遇到这样 的污泥，它不能通过任何已知的聚合物絮凝剂而絮凝。
本发明意在最小化或克服上述的问题，增加现有污泥脱水系统的 脱水效率。
发明概述
在本发明中，将来自市政或工业废水的污泥絮凝，然后脱水。通 过助絮凝剂和絮凝剂聚合物的固体混合物进行絮凝，固体混合物以两 种组分的预先形成的溶液制备。
一般情况下和与本发明有关，词语“絮凝剂”描述高分子量材料， 它具有通过将它们连接和桥接，而聚集含水悬浮液的相邻悬浮粒子的 能力。絮凝剂的分子量正常大于1×106，通常为5-20×106或更高。絮 凝剂可以是非离子的或离子的，即聚电解质。
此外，在此使用的词语“助絮凝剂”表示普通的凝结剂或矿物质。 词语“凝结剂”描述高度离子化的低分子量材料(MW<1·106)，它主要通 过将吸收到悬浮粒子的表面上和改变其表面电荷，而达到它的效果， 而“矿物质”描述无机材料，它具有与污泥中杂质反应的能力并且它也 结合到絮凝剂上和与絮凝剂形成网络。
合适絮凝剂和助絮凝剂材料的选择依赖于特定的方法和要脱水的 特定悬浮液。
已经发现，通过以固体状态混合两种组分，即絮凝剂和助絮凝剂， 制备相应的水溶液和将两种组分同时加入到污泥中，获得令人惊奇的 脱水效率改进，即新颖组合物的使用得到出人意料的协同效果，与通 过现有技术方法的处理相比，它改进了污泥的脱水。
因此本发明提供一种将污泥脱水的方法，其中采用助絮凝剂和絮 凝剂处理污泥，其后将污泥脱水，其特征在于
助絮凝剂是无机化合物;
助絮凝剂和絮凝剂以固体组合物提供，组合物包括0.1-10重量份 助絮凝剂，相对于每重量份絮凝剂;
将水加入到组合物中以提供组合物的水溶液或分散体;
将该含水组合物加入到污泥中;和将污泥脱水。
本发明另外提供一种用于将污泥脱水的组合物，其特征在于它包 括固体无机助絮凝剂和固体絮凝剂的混合物，相对于每重量份絮凝剂， 助絮凝剂比例为0.1-10重量份。
从以下描述和所附权利要求，本发明的另外特征和优点是显然的。 发明详述
新颖组合物包括有机助絮凝剂和絮凝剂聚合物的水溶性或可分水 分散性微粒混合物。
根据本发明的方面，来自工业或市政废物的污泥的絮凝包括在水 中溶解或分散所述的微粒混合物，以形成处理溶液，混合处理溶液和 污泥并因此将污泥絮凝和脱水。
本发明的固体无机助絮凝剂是水溶性或可水分散的含铁或含铝 盐、矿物质或其混合物。优选的固体铁盐是铁盐，如氯化铁、硫酸铁、 氢氧化铁、硝酸铁和硝酸硫酸铁。优选的铝盐是硫酸铝、氢氧化铝、 预聚的多铝化合物，如聚氯化氢氧化铝、聚氯化氢氧化硫酸铝、聚氯 化硅酸铝、聚氢氧化硫酸铝、聚氢氧化硫酸磷酸铝等。合适的矿物质 是含硅化合物，如二氧化硅(SiO2)、碱金属偏硅酸盐、硅酸铝、碱金 属硅酸盐、碱金属铝硅酸盐或其混合物。优选的含硅化合物是滑石粉、 高岭土、天然或合成沸石和膨润土。
无机碱金属盐或碱土金属盐可以与助絮凝剂或絮凝剂聚合物一起 存在。合适地盐含有阳离子，它是钠、钙、镁、铵、钾或其混合物。 合适的盐包括氯化钠、硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铵和硫酸钾。
用于本发明的絮凝剂聚合物可以非离子絮凝剂、阳离子絮凝剂或 其混合物。优选的非离子絮凝剂是水溶性高分子量聚丙烯酰胺，它包 括(甲基)丙烯酰胺的均聚物，和(甲基)丙烯酰胺与高达约25%的其它 非离子共聚单体的共聚物。一些非离子共聚单体是双丙酮丙烯酰胺、 丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、环氧乙烷、正丁基丙烯酰胺和甲 基丙烯酰胺。优选的阳离子絮凝剂包括(甲基)丙烯酰胺与如下物质的 均聚物或共聚物：二烷基氨基烷基(甲基)-丙烯酰胺或-丙烯酸的季盐 或酸盐，特别是季铵化的二甲基或二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯。 作为其它絮凝剂聚合物的例子，可以提及的是聚亚胺、聚酰亚胺、聚 环氧乙烷和酚醛树脂。
组合物是干燥微粒固体。可以形成包含两种类型组分的粒子，例 如由于干燥混合组分溶液的膜和然后将膜制成薄片，但优选通过混合 助絮凝剂的粒子和絮凝剂聚合物的粒子而形成组合物。在此情况下， 优选每种组分应当具有相似的粒径，以得到基本均匀的混合物，它利 于处理溶液中组分的均匀计量。
如果助絮凝剂具有的特征，使得难以形成均匀的稳定混合物，则 助絮凝剂可以与载体混合。因此，凝结剂可以在整个基体材料的珠状 物中分布，基体材料在与水接触时会释放出助絮凝剂。合适的基体材 料是碳水化合物，如淀粉、或无机载体材料。
相对于每重量份絮凝剂聚合物，助絮凝剂的重量至少为0.1重量 份和可高至10重量份，但优选该数量为0.1-1.5重量份，和最优选 0.2-1重量份，相对于每重量份絮凝剂。
可由新颖组合物处理以进行其脱水的污泥可具有多样化的特征。 它们包括工业污泥、市政污泥或其结合物。它们可以是生污泥、活性 污泥、废活性污泥、化学法沉淀的污泥或其混合物。它们也包括原始 未处理的污泥、厌氧或需氧消化的污泥、空气浮选的污泥或消化的淘 洗污泥。已知特定污泥的脱水特征不同和它们固体含量不同。这样污 泥的说明例是包含约1-约5wt%固体的那些。
新颖组合物应当在水中溶解或分散。通常通过加入组合物的水溶 液或分散体，进行向污泥中的加入，优选具有0.01-1.5wt%和，最优 选0.1-0.2wt%的浓度。加入的组合物总量可根据要处理的污泥和根据 要求的脱水程度相当大地变化。对于污水污泥的典型加入率为组合物 的0.1-0.5wt%范围，基于污泥固体的总重量。加入可由常规的方法进 行和必须搅拌污泥和组合物的混合物以进行絮凝。其后分离固体从液 体的分离可由常规的方法，如过滤、离心或沉降进行。
和双或两组分体系相比，本发明提供的优点在于很容易使用单一 干燥组合物。
当以预先形成的溶液加入到污泥中时，新颖组合物得出的结果优 于如下情况时获得的那些：当单独使用它的组分之一时，和出人意料 地甚至当它的组分以预先形成的溶液，按无论什么次序顺序加入到污 泥时，或当以预先形成的溶液的它的组分首先混合和然后加入到污泥 中时，或当组合物直接以固体形式加入到污泥中时。
和仅使用低分子量凝结剂或高分子量絮凝剂聚合物之一，或两者 的结合物的工艺相比，采用向污泥中顺序或同时加入其独立溶液，本 发明的方法提供更成本有效的处理。此外，凝胶状絮凝物形成的倾向 较小，和获得更好的排水和更高的干燥固体饼状物。最后，对于 0.05-1wt%的聚合物浓度，从新颖组合物制备的相应水溶液的pH值为 约3-约5，它防止组合物絮凝剂聚合物的潜在碱性或酸性水解。
进一步由以下非限制性实施例说明本发明。除非另外说明，份数 和百分比分别指的是重量份和重量百分比。
使用自流排水(由重力)测试以评价聚合物对不同市政和工业污泥 的调节性能。使用自流排水测试以测量从聚合物处理的污泥样品中释 放出的水量。使用以下通用程序进行测试：
1.测量200-500ml充分混合的未处理污泥。对于每种测试污泥描 述悬浮固体(SS)和挥发性悬浮固体(VSS)。
2.制备浓度为0.2wt%的组合物水溶液或分散体。
3.将聚合物溶液加入到污泥中和将它充分混合(在500rpm下进行 5秒随后在50rpm下进行15秒)。
4.将调节的污泥倾入漏斗中，其中预先放置过滤器。
5.记录在1分钟内以克计的排水量(滤液重量)和测量滤液的浊度。 在以下的实施例中，浊度在Hach设备中测量和以NTU(浊度计浊度单 位)表示。
从絮凝物混合物中排出的水重量以及滤液透明度用于区分聚合物 之间的性能不同。一般情况下，在低聚合物加入量下高的排水量表示 非常有效率和有效的聚合物。