申请日2009.11.09
公开(公告)日2010.04.21
IPC分类号B01J20/02; C02F11/12; B01D37/02
摘要
本发明公开了一种改性粉煤灰，该改性粉煤灰是由改性剂硫酸溶液与粉煤灰混合、反应、过滤、干燥后得到。本发明的改性粉煤灰可以有效应用于城市污水污泥的调理，具有调理效果好、成本低、有效利用废弃资源等优点。
权利要求书
1.一种改性粉煤灰，其特征在于：所述改性粉煤灰是由改性剂硫酸溶液与粉煤灰混合、反应、过滤、干燥后得到。
2.一种改性粉煤灰的制备方法，包括以下步骤：将硫酸溶液与粉煤灰混合进行持续搅拌反应，将反应后的混合液过滤、烘干、粉碎得到改性粉煤灰。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述硫酸溶液的浓度为2mol/L～6mol/L。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述硫酸溶液与粉煤灰的混合比例为每克粉煤灰混配1ml～5ml硫酸溶液。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述持续搅拌反应时的搅拌速度控制在30r/min～40r/min，反应时间控制在1h～3h。
6.一种如权利要求1所述的改性粉煤灰在城市污水污泥调理剂中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述应用的具体方法为：将所述的改性粉煤灰添加到城市污水污泥中，每立方米的城市污水污泥中添加所述改性粉煤灰30kg～50kg，在室温下快速搅拌均匀后再进行慢速搅拌，完成对城市污水污泥的调理。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述快速搅拌、慢速搅拌时的温度均控制在20℃～30℃。
9.根据权利要求7或8所述的应用，其特征在于：所述快速搅拌时的搅拌速度控制在250r/min～300r/min，快速搅拌的时间控制在20s～40s;所述慢速搅拌时的搅拌速度控制在30r/min～40r/min，慢速搅拌的时间控制在2min～3min。
说明书
改性粉煤灰及其制备方法和其在城市污泥调理中的应用
技术领域
本发明属于城市污水污泥的处理领域，具体涉及一种工业废弃物及其改性方法和应用。
背景技术
城市污水处理厂的剩余污泥是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，含有难降解的有机物、重金属和盐类，以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。它含水率很高，一般都在95%～99.5%之间，体积庞大，难以处理，成为污水处理厂沉重的经济负担。污泥处理的两大目标是减量和稳定，所以为了减少污泥的体积，必须对污泥进行脱水。在脱水过程中尽可能多地去除水分，得到含固率高的泥饼，这对后续的运输及处理处置都有重要的意义。然而，由于城市污泥中的固体物质主要是腐殖质，它由带负电的亲水性胶体颗粒组成，颗粒细小，且粒径分布极不均匀，结构复杂，与水的亲和力很强，导致其比阻值大，脱水性能差，脱水非常困难。为了破坏污泥的胶态结构，减少泥水之间的亲和力，改善污泥的脱水性能，必须对污泥进行调理。传统的污泥的调理方法有化学调理法、物理调理法、生物调理法三大类。这些方法通过在污泥中加入适量的混凝剂、助凝剂等化学药剂、采用加热加压、冷冻融化等物理手段或利用好氧与厌氧消化等生物技术，破坏泥水间的亲和力，使污泥的比阻抗(或CST)降低，促进污泥颗粒絮凝，达到改善污泥脱水性能的目的。
化学调理法是目前使用较广的调理城市污水污泥的方法，它是以各种具有混凝作用的化学药剂(铁盐、铝盐及聚合电解质等)来调理污泥，然而，传统的化学絮凝剂存在一些缺点，如无机低分子混凝剂的吸附混凝反应效率低，导致投加量大，处理费用高;而有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺则成本高，且其单体丙烯酰胺具有毒性，易造成二次污染，使其应用受到了限制。近年来，人们在努力寻找新的物质，期望获得成本低、效果好的污泥调理剂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对城市污泥调理效果好、成本低、能有效利用废弃资源的改性粉煤灰，还提供一种工艺简单、操作方便、设备要求低的改性粉煤灰的制备方法和应用方法，该方法拓宽了污泥处理过程中化学调理剂的选择范围，充分利用了工业生产废物，提高了粉煤灰的附加值。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种改性粉煤灰，所述改性粉煤灰是由改性剂硫酸溶液与粉煤灰混合、反应、过滤、干燥后得到。
基于相同的技术构思，本发明还提供了一种改性粉煤灰的制备方法，包括以下步骤：将硫酸溶液与粉煤灰混合进行持续搅拌反应，将反应后的混合液过滤、烘干、粉碎得到改性粉煤灰。
在上述的制备方法中，所述硫酸溶液的浓度在公知可选的参数范围内，优选为2mol/L～6mol/L。因为硫酸溶液的浓度过小，对粉煤灰表面的腐蚀程度可能不够，效果不理想;硫酸溶液浓度过高，则会增加处理的成本，并且对表面腐蚀程度过大，也可能导致粉煤灰的构架改变。
在上述的制备方法中，所述硫酸溶液与粉煤灰的混合比例(酸灰比)在公知可选的参数范围内，优选为每克粉煤灰混配1ml～5ml硫酸溶液。在上述的制备方法中，所述持续搅拌反应时的搅拌速度优选控制在30r/min～40r/min，反应时间优选控制在1h～3h。酸灰比过大、酸浸时间过长，则酸液使用量增加，搅拌时间加长，会导致改性成本的增加。反之则可能引起粉煤灰与酸不能充分浸润，反应时间不足，导致改性效果不理想。
上述优化后的各项工艺参数是我们以污泥比阻值作为评价指标，通过正交试验法确定出的较优的改性条件。正交试验设计采用三因素三水平L9(34)正交试验表，选取的三个因素分别为上述的酸浓度、酸灰比和酸浸时间。
本发明提供上述的改性粉煤灰及其制备方法，其目的在于实现上述的改性粉煤灰在城市污水污泥调理中的应用。获得一种成本低、效果好的城市污水污泥调理剂，一直是本领域人员所追求的，而那些容易获得、价格低廉的工业副产品逐渐引起我们的注意，因为利用这些工业副产品作为污泥调理剂，既可以达到调理污泥、改善其脱水性能的目的，又可以实现工业废物的综合利用。粉煤灰是火力发电厂和城市集中供热锅炉的废物和副产品，世界各国的粉煤灰排放量都呈逐年增加的趋势，但是粉煤灰的利用率却保持在较低水平。粉煤灰的主要特点是粒度较小(一般在0.1μm～10μm的范围内)，表面疏松多孔(众多微孔和次微孔)，比表面积大，质轻，并且分子结构中存在大量Si-O和Al-O活性基团，能与吸附质化学键或离子发生结合，从而产生吸附作用。然而，直接将粉煤灰用于调理城市污水污泥时，由于粉煤灰的吸附混凝能力有限，导致粉煤灰投加量大，效果不佳，而我们通过大量筛选、实验对粉煤灰进行改性，获得本发明的改性粉煤灰，使用该改性粉煤灰调理城市污水污泥能达到很好的技术效果。
上述应用的具体方法优选为：将所述的改性粉煤灰添加到城市污水污泥中，每立方米的城市污水污泥中添加所述改性粉煤灰30kg～50kg，在室温下快速搅拌均匀后再进行慢速搅拌，完成对城市污水污泥的调理。
上述的应用中，所述快速搅拌、慢速搅拌时的温度均优选控制在20℃～30℃。
上述的应用中，所述快速搅拌时的搅拌速度优选控制在250r/min～300r/min，快速搅拌的时间优选控制在20s～40s;所述慢速搅拌时的搅拌速度优选控制在30r/min～40r/min，慢速搅拌的时间优选控制在2min～3min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过使用硫酸改性剂对粉煤灰进行改性处理，使改性后的粉煤灰表面微孔变得粗糙，比表面积增加，其封闭的孔道被打开，孔隙率增加，这些微观结构和特性的改变使本发明的改性粉煤灰可以有效应用于城市污水污泥的调理，拓宽了城市污水污泥处理过程中化学调理剂的选择范围，也为更好地利用工业废弃资源粉煤灰提供了新的途径，具有很好的经济效益和应用前景。本发明改性粉煤灰的制备和使用方法都相对简单，容易操作，应用于污泥的处理后能有效降低污泥比阻，使污泥形成颗粒大、空隙多和结构强的滤饼，以利于过滤操作。本发明的应用处理方法具有效果可靠、设备简单、操作方便、可被长期广泛采用等优点。