申请日2009.02.26
公开(公告)日2010.09.01
IPC分类号C02F11/14; B01J20/10
摘要
一种高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂。助滤剂包括炼钢的钢渣微粉颗粒，含铁微粉颗粒，pH值调节剂，并将投加助滤剂后压榨的污泥焚烧灰粉替代核心材料组分再加入下一组污泥处理的助滤剂的中，利用返混污泥焚烧灰可以替代助滤剂中10～80%左右的含药量，巧妙的利用污泥焚烧处置过程，将已含助滤剂的污泥中大量的金属化合物还原成作为助滤剂的核心物质，实现固废资源的转化，降低了成本;实施例中污泥固含物投本助滤剂单价低，滤饼含固率达到了40%，比较含固率20%的滤饼本技术的滤饼减重39%，运输填埋处置总成本减少26%，水分减少54%，滤饼焚烧处置总成本降低45%，污泥减水量与加药量的重量比为9.4，滤饼减重量与加药量的重量比8.4，每减吨水投脱水药价25元，每减吨重投脱水药价28元。
权利要求书
1.一种高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂，该助滤剂投加于浓缩后的含有机质的泥浆以进一步减水减容，其特征是，该助滤剂包括如下原料组分及其含量百分比：炼钢的弃渣微粉颗粒75%～100%，含铁微粉颗粒0%～25%。
2.根据权利要求1所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂，其特征是，所述助滤剂是用同样重量的投加本助滤剂后压榨的污泥焚烧除净有机质的灰粉替换上述方案的炼钢的钢渣微粉颗粒组分含量中取出的10%～90%，剩余的钢渣微粉颗粒和含铁微粉颗粒含量百分比0%～25%。
3.根据权利要求1或2所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂，其特征是，所述助滤剂是将铁组分含量的10%～100%与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物投加入到配物中，其余组分及含量百分比相同。
4.根据权利要求1或2或3所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂，其特征是，所述助滤剂是将权利要求1或2或3原料组分及其含量百分比的基础上外加聚合氯化铝，聚合氯化铝的添加量为污泥固含物的重量比2%～10%。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂，其特征是，所述助滤剂是将权利要求1或2或3原料组分及其含量百分比的基础上外加硫酸或盐酸，向下调节污泥料浆的PH值范围：6～9.5。
6.根据权利要求1或4所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂的使用方法，其特征是，向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%的助滤剂;助滤剂组分含量百分比：炼钢的钢渣微粉颗粒80%～97%，含铁微粉颗粒0%～25%;助滤剂和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
7.根据权利要求2或4所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂的使用方法，其特征是，向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%的助滤剂;助滤剂包括从第一种使用方法的炼钢的钢渣微粉颗粒组分中取出含量的10%～90%替换为同样重量的用本发明的助滤剂后压榨的污泥焚烧除净有机质的灰粉、剩余的钢渣微粉颗粒和含铁微粉颗粒含量百分比0%～25%;助滤剂和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
8.根据权利要求3或4或5所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂的使用方法，其特征是，向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%的助滤剂;助滤剂是将上述第一和第二种技术方案中的铁组分含量的10%～100%与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物再加入到配物中，其余组分及含量百分比相同。投加时将铁盐混合物和其它组分混合后向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加并搅拌，助滤剂和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
9.根据权利要求4或5或6或7或8所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂的使用方法，其特征是，向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%的助滤剂;助滤剂是将上述第一和第二种技术方案中的铁组分含量的10%～100%与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物再加入到配物中，其余组分及含量相同。投加时先投加聚合氯化铝或铁盐混合物，再投加其余组分及其含量，所有助滤剂组分和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
10.根据权利要求4或5或6或7或8或9所述的高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂的使用方法，其特征是，在分别完成权利要求6或7或8或9的四种方法投加助滤剂后测试污泥料浆的PH值，用投加硫酸或盐酸向下调节污泥料浆的PH值，泵入固液分离设备中的污泥料浆的PH值范围：6～9.5。
说明书
高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂及其使用方法，特别适用于生活污水处理、畜禽养殖业污染物处理处置和有机质污泥处理处置等行业的固液分离的助滤剂。
背景技术
目前，我国污水处理厂每年排放的污泥量(干重)约140万吨，而且以每年10%以上的速度增长。污泥是污水处理过程中产生的一种含水率很高的絮状泥粒，它实际上是由污水中的悬浮物，微生物及所吸附的有机物以及微生物代谢活动产物所形成的聚集胶合体，国外定义为生物固体，干污泥中含50%左右的有机质，其中含有大量的重金属物质、病原菌等有毒有害物质，没有得到安全、环保处理处置的污泥对环境的危害较大。现在国内60%以上的污泥是弃置，30%是填埋，不到10%的是通过堆肥等技术处理后回用于土地，最终作为资源用于土地常常造成城市与农村环境二次严重污染，连续施用污泥年限一般不允许超过25年，从漫长的历史来看污泥的弃置、填埋、甚至25年的土地利用都可能透支了世代子孙的环境资源价值，严重影响到城市与农村经济的可持续发展，将来会让我们的后代以十分昂贵的代价来补偿。据资料调查，污泥的填埋在国外许多国家逐渐被限制或已经淘汰使用。国家环境保护部最近发布的《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则(征求意见稿)》明确污泥处理处置的最佳可行技术遵循“减量化、稳定化、无害化”的原则，体现节能减排和循环经济的原则，在安全、环保的前提下实现污泥资源化目标。污泥处理处置最佳可行技术的核心技术之一是“减水化”，通过减水化达到污泥减容，在污泥减容的基础上才可以最有效地最经济的完成污泥处理处置的任务。
处理含很难分离的有机质固相的悬浮液的固液分离过程中，人们必须对其进行预处理，才能使过滤与压榨变得容易。对于污水处理的污泥处理单元常常使用的脱水剂进行预处理，脱水剂包括絮凝剂、助滤剂等药剂，低浓度阶段的料浆浓缩以絮凝剂为主，高浓度阶的料浆的压榨脱水以助滤剂等药剂为主，高减水减容率的脱水剂主要研究助滤剂。
利用现有的脱水机械使用现有技术的絮凝剂产出的污泥的含固率在20%～25%左右，因无法去除更多的水分而使运输、填埋、制肥、焚烧等后续处置费用昂贵。选择高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂是基于现有成熟机械设备完成污泥减水化的最有效、最经济的途径之一，根据资料检索目前有几种添加特定助滤剂组成的脱水剂的资料声称可以做到污泥滤饼含固率40%以上，但是有一些助滤剂有如下缺点丧失了使用价值：一是成本高，单位污泥固含物的较大的添加量影响污泥处理处置的减容比;二是助滤剂的较高的价格，经济性较差，三是采用碱性助滤剂，对于滤饼的资源化造成困难，例如采用石灰不适用作肥料，并容易板结。
不管采用任何方法，降低污泥的含水率是降低污泥处理处置费用的最根本的途径，寻找高效、成本低、工艺简单、无害的，减量化、稳定化尽量可以循环使用的助滤剂对污泥处理技术有着重大的应用价值。
发明内容
针对以上种种缺陷，本发明提出了解决存在问题的技术方案，提供一种能够显著提高污泥脱水性能，高效的，能得到高干度滤饼的，成本低，工艺简单的，稳定化，无害化的，尽量可以循环使用的助滤剂。该助滤剂投加于浓缩后的有机质泥浆以进一步减水减容。
本发明第一种技术方案的助滤剂包括如下原料组分及其含量百分比：炼钢的钢渣微粉颗粒75%～100%，含铁微粉颗粒0%～25%。关键词“钢渣”的定义是：由符合YB/T002-2008冶金行业标准规定的转炉或电炉钢渣(简称钢渣)，经磁除铁后粉磨达到一定细度的产品。钢渣主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。钢渣是炼钢产生的一种工业固体废物，利用钢渣可以提取的钢渣微粉颗粒和含铁微粉颗粒作为助滤剂的原料，实现炼钢固废资源的转化。助滤剂主要的作用有架桥、构隙、吸附、絮凝和凝固，其中最主要的作用是构隙。炼钢的钢渣微粉颗粒和含铁微粉颗粒与污泥混合作为固相，该固相通过在非稳态过滤期内在过滤介质上截流成为足够厚度和密度的滤饼层，该滤饼层构架成为过滤介质系统的另一部分;当助滤剂在固相中达到一定的比例，助滤剂中的一些不规则外形的微小刚性颗粒在固相中相互搭接，构建一系列渗水通道，通道使污泥的滤饼比阻下降三成，尤其是在采用过滤时振动抖料和压榨时半固形滤饼返流式滤饼层的蠕动使效果加倍，助滤剂中密度较大的物质效果更为明显;另一方面，在稳态过滤期要有足够的时间在该介质系统上截流占总料浆中足够比例的细小固相颗粒是保证滤液中含固率达标所要求的，构架的滤饼层过薄，较小的滤阻将使料浆中细小固相颗粒大量返回料浆，无法完整的完成过滤任务。但是过多数量的助滤剂，过多的渗水通道，对脱水效果并不显著，而且大大增加添加助滤剂的成本，并造成滤饼的重量增加。
第二种技术方案，所述助滤剂包括用同样重量的投加本发明的助滤剂后压榨的污泥焚烧除净有机质的灰粉替换上述方案的炼钢的钢渣微粉颗粒含量中取出的10%～90%，剩余的钢渣微粉颗粒和含铁微粉颗粒含量百分比0%～25%。不加助滤剂的污泥通过焚烧矿化的灰粉的组分及含量百分比(单位为mg/kg)范围为AL2O3 8～14，SiO2 17～30，CaO 2～30，P2O5 8～20，Fe2O3 8～20，MgO1.3～3.2，K2O 0.6～1.8，NaO 0～0.5，以适当的比例将投加助滤剂后压榨的污泥焚烧灰粉替代核心材料组分再加入下一组污泥处理的助滤剂的中仍然起到高减水减容率的含有机质污泥的助滤剂的作用，由于原料取之于弃物降低了成本，并可以取得较好的脱水效果。如果单独焚烧污泥，一般污泥滤饼焚烧灰含助滤剂重量比30%左右，由于其中已藏于滤饼的助滤剂含有三氧化二铝、氧化铁和三氧化二铁等金属化合物的成分一般在10%以上，巧妙的利用污泥下一步焚烧处置过程，将已含助滤剂的污泥中大量的金属化合物还原成作为助滤剂的核心物质，这样节省了另加昂贵的含铁微粉，实现固废资源的转化，进一步降低了成本。
第三种技术方案，所述助滤剂是将上述第一和第二种技术方案中的铁组分含量的10%～100%与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物投加入到配物中，其余组分及含量百分比相同。由于铁盐混合物可以利用磁力分离钢渣微粉颗粒中的铁精粉制成，铁精粉与硫酸溶液加热反应可以产生硫酸亚铁，硫酸亚铁是常用的净水剂，无机絮凝剂，该絮凝剂作为助滤剂中的关键部分加入污泥料浆中，含铁化合物破坏了粒子表面的亲水层，以无机微粒核为中心，通过碰撞，凝结促进了粒子凝结团的长大，由于含铁化工原料与污泥中有机物质量的差异，打破了污泥胶体较大絮团的稳定性，形成小而致密的絮团，起到吸附作用。这种原料的生产可以利用炼钢的弃物形成有用的物质，本方案可以节省污泥浆浓缩投加的聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂。
第四种技术方案，所述助滤剂是将权利要求1或2或3原料组分及其含量百分比的基础上外加聚合氯化铝，聚合氯化铝的添加量为固含物的重量比2%～10%。
第五种技术方案，所述助滤剂是将上述第一至第四种技术方案原料组分及其含量百分比的基础上外加硫酸或盐酸，向下调节污泥料浆的PH值范围：6～9.5。
本发明的助滤剂应用于污泥脱水的使用的第一种使用方法是：向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%助滤剂;助滤剂中含量百分比：炼钢的钢渣微粉颗粒75%～100%，含铁微粉颗粒0%～25%;助滤剂和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
第二种方法是：向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%的助滤剂;助滤剂包括从第一种使用方法的炼钢的钢渣微粉颗粒组分中取出含量百分比10%～90%替换为同样重量的用本发明的助滤剂后压榨的污泥焚烧除净有机质的灰粉、剩余的钢渣微粉颗粒和含铁微粉颗粒含量百分比0%～20%;助滤剂和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
第三种方法是：向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%的助滤剂;助滤剂是将上述第一和第二种技术方案中的铁组分含量的10%～100%与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物再加入到配物中，其余组分及含量相同。投加时将铁盐混合物和其它组分混合后向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加并搅拌，助滤剂和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
第四种方法是：向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比10%～60%的助滤剂;助滤剂是将上述第一和第二种技术方案中的铁组分含量百分比10%～100%与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物再加入到配物中，其余组分及含量相同。投加时先投加铝盐或铁盐混合物，再投加其余组分及其含量，所有助滤剂组分和污泥浆搅拌均匀后泵入固液分离设备中脱水。
第五种方法是：在分别完成上述第一至第四种方法投加助滤剂后测试污泥料浆的PH值，用投加硫酸或盐酸向下调节污泥料浆的PH值，泵入固液分离设备中的污泥料浆的PH值范围：6～9.5。
本发明的助滤剂应用于柔韧管高压压榨固液分离装置和板框压滤机进行污泥脱水，压榨压力为0.5～2.5Mpa，压榨时间20～180分钟，滤饼的外观干硬成型便于卸料。
本发明的助滤剂应用于带式压滤机进行污泥脱水，脱水滤带速度1～2m/min，脱水滤带张力为0.1～0.4Mpa。
本发明的助滤剂与现有技术相比的有益效果是：
1、由于助滤剂组分中大部分利用了炼钢的钢渣和返混的污泥焚烧的灰作为原料，原料的成本很低，不需要长途运输，虽然助滤剂组分要求平均粒径较小，但是原料的粒径本身就较小，原料结团强度很低，加工费低廉，部分原料又可以取之于弃物焚烧除去有机质，又返混于助滤剂中回用于污泥，循环往复，周而复始，低廉的助滤剂的成本进一步降低。
2、滤饼含固率较高，充分发挥了固液分离装置的升压快，压力高、滤饼薄、与过滤介质剥离快和卸料快的特点，在固液分离装置的较深的滤室中，密度大的污泥迅速向下沉降，为新来的悬浮液露出新的滤布面积，从而使整个过滤效率增加。
3、炼钢的钢渣中石英砂、铝和铁化合物等中性物质较多含量较高，故本助滤剂中的碱性比单纯投加石灰低，对于污泥脱水的资源化提供更广泛的前途，例如，制砖可以增加强度，制肥可以增加肥效。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的助滤剂作进一步的描述。
本发明的助滤剂为无机组合物，可以按照《用于水泥和混凝土中的钢渣份》GBT20491-2006标准，采用常规生产工艺设备生产，助滤剂中的铁精粉细度150～200目，其余矿化物比表面积为350～500m2/kg。为了便于比较，以下实施例中投本助滤剂前的浓缩的含有机质的泥浆含固率为5%，浓缩采用聚丙烯酰胺絮凝剂，实际应用可以按照工艺要求设计。使用脱水剂的方法和固液分离设备的特点关系很大，柔韧管高压压榨固液分离是一种新型的固液分离设备，柔韧管高压压榨固液分离采用的阶梯式升压压榨和阶梯式减薄滤饼压榨特别适合使用本助滤剂，有关设备的详细资料见《快速柔韧管压榨固液分离装置》申请号为2008101539714。
实施例1
本发明的助滤剂应用于板框压滤机进行污泥脱水的使用方法是：向沉淀后的活性污泥浆中投加固含物的重量比为28%(14公斤)的助滤剂搅拌，助滤剂中各组分含量百分比：炼钢的钢渣微粉颗粒93%(13.02公斤)，含铁微粉颗粒7%(0.98公斤)，搅拌12分钟，搅拌均匀后泵入板框压滤机中脱水。板框压滤机的压榨压力为2Mpa，压榨时间130分钟，脱水活性污泥滤饼的含固率达到35%，滤饼的外观干硬成型便于卸料。
实施例2
本发明的助滤剂应用于柔韧管高压压榨固液分离装置进行污泥脱水的使用方法是：向沉淀后的活性污泥浆中投加质量分数比为30%(15公斤)的助滤剂搅拌;助滤剂中各组分含量百分比：是用同样重量的投加本发明的助滤剂后压榨的活性污泥焚烧除净有机质的灰粉替换上述方案的炼钢的钢渣微粉颗粒组分含量中取出的70%(9.765公斤)，炼钢的钢渣微粉颗粒组分(4.185公斤)，含铁微粉颗粒7%(1.05公斤);搅拌10分钟，搅拌均匀后泵入柔韧管高压压榨固液分离装置中脱水。柔韧管高压压榨固液分离装置的压榨压力为1.2Mpa，压榨时间85分钟，脱水活性污泥滤饼的含固率达到36%，滤饼的外观干硬成型便于卸料。
实施例3
本发明的助滤剂应用于柔韧管高压压榨固液分离装置进行污泥脱水的使用方法是：向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比24%的助滤剂(15公斤);助滤剂是将含铁微粉颗粒7%(1.05公斤)含量的90%(0.945公斤)与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物再加入到配物中，其余组分含量的比例与实施例2相同。投加时将铁盐混合物和其它组分混合后向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加并搅拌，搅拌15分钟，助滤剂和污泥浆搅拌均匀后泵入柔韧管高压压榨固液分离装置中脱水。柔韧管高压压榨固液分离装置的压榨压力为1.5Mpa，压榨时间75分钟，脱水活性污泥滤饼的含固率达到40%，滤饼的外观干硬成型便于卸料。
实施例4
本发明的助滤剂应用于带式压滤机进行污泥脱水的使用方法是：向固液分离设备进料的料浆槽的污泥浆中投加固含物的重量比50%(25公斤)的助滤剂;助滤剂是将含铁微粉颗粒7%含量的100%(1.75公斤)与同样重量的硫酸混合成为铁盐混合物再加入到配物中，其余组分含量的比例与实施例1相同。投加时先投加助滤剂中的聚合氯化铝和铁盐混合物，聚合氯化铝投加污泥固含物的重量比2%(1公斤);搅拌4分钟，再加助滤剂中其余组分，搅拌15分钟，搅拌均匀后泵入带式压滤机中脱水。脱水滤带速度1.5m/min，脱水滤带张力为0.35Mpa，脱水活性污泥滤饼的含固率达到36%。
实施例5
本发明的助滤剂应用于柔韧管高压压榨固液分离装置进行污泥脱水的使用方法是：在分别完成上述实施例3投加助滤剂搅拌均匀后测试污泥料浆的PH值为10.5，用投加硫酸向下调节污泥料浆的PH值到8.1。加药后的泥料浆泵入柔韧管高压压榨固液分离装置中脱水。柔韧管高压压榨固液分离装置的压榨压力为1.2Mpa，压榨时间65分钟，脱水活性污泥滤饼的含固率达到40%，滤饼的外观干硬成型便于卸料，用于返混助滤剂中的污泥焚烧灰含药量比为30%。
技术与经济指标：本实施例的助滤剂每吨160元，污泥固含物投本助滤剂单价36.3元/吨，污泥浓缩为5%投的PAM絮凝剂的费用为25元/污泥固含物吨;运输按20公里计算运费35元，填埋费15元。由于污泥滤饼含固率达到了40%，该污泥滤饼比较含固率20%的滤饼本工艺方案的滤饼减重40%，比较含固率20%滤饼本工艺方案滤饼运输填埋处置成本总费用减少26%;由于比较含固率20%的滤饼本工艺滤饼水分减少54%，对于后继要干化或焚烧处置，污泥滤饼与煤混烧发电每吨按120元计算，因为节能降耗，比较含固率20%水滤饼，本工艺方案滤饼处置成本总费用降低45.4%。污泥减水量与加药量的重量比为9.4，污泥滤饼减重量与加药量的重量比8.4，每1减吨水投药价为25.2元，每减吨重量投药价28.2元，污泥滤饼焚烧灰含药量比30%左右。压滤时间比实施例3缩短10分钟，生产能力提高15%。由于人工费，化学药品等价格和企业经营利润根据时间和市场需求等因素波动，本指标的数据仅供参考。
显而易见，各种实施例中的有关技术特征在权利保护范围内可以合理的互换和省略。