申请日20200509
公开(公告)日20200804
IPC分类号C02F11/143; C02F11/147; C02F11/06
摘要
本发明涉及一种复合型污泥深度脱水调理剂及其应用和应用方法，属于资源环境、污泥处置技术领域。所述调理剂的组分原料的质量比为强氧化剂1～2%、惰性物质19～40%和强阳离子聚电解质59～80%。本发明设计的一种复合型污泥深度脱水调理剂具有调理速度快、污泥脱水率高、污泥增量少、操作简单、污泥减容率高等优点，因此可广泛用于污泥的调理和强化深度脱水。
权利要求书
1.一种复合型污泥深度脱水调理剂，其特征在于，所述调理剂的组分原料及质量比为强氧化剂1～2%、惰性物质19～40%和强阳离子聚电解质59～80%，所述强氧化剂为二氯异氰尿酸钠、过氧碳酸钠、单过硫酸氢钾复合粉中的一种或几种的组合物;所述惰性物质为滑石粉、硅藻土、凹凸棒土中的一种或几种的组合物;所述强阳离子聚电解质为阳离子型瓜尔胶、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚烯丙基胺盐酸盐、二甲基二烯丙基氯化铵/丙烯酰胺共聚物中的一种或几种的组合物。
2.根据权利要求1所述的复合型污泥深度脱水调理剂，其特征在于，构成所述调理剂的组分原料及质量比为单过硫酸氢钾复合粉1～2%、滑石粉19～40%、聚二甲基二烯丙基氯化铵59%～80%。
3.根据权利要求2所述的复合型污泥深度脱水调理剂，其特征在于，构成所述调理剂的组分原料及质量比为单过硫酸氢钾复合粉1.6%、滑石粉32.8%、聚二甲基二烯丙基氯化铵65.6%。
4.根据权利要求3所述的复合型污泥深度脱水调理剂，其特征在于，所述氧化剂单过硫酸氢钾复合粉由单过硫酸氢钾复合盐、硫酸氢钠、二氯异氰尿酸钠、柠檬酸钠、十二烷基磺酸钠、氯化钠、次氯酸钙和Co/C催化剂复配制得。
5.根据权利要求4所述的复合型污泥深度脱水调理剂，其特征在于，所述滑石粉为1250～3000目的细粉;所述聚二甲基二烯丙基氯化铵为固含量19～21%，黏度1000～3000cps的二甲基二烯丙基氯化铵均聚物。
6.如权利要求5所述的复合型污泥深度脱水调理剂在市政、工业污泥的深度脱水中的应用。
7.根据权利要求5所述的复合型污泥深度脱水调理剂在市政、工业污泥的深度脱水中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在待处理污泥中加入单过硫酸氢钾复合粉，搅拌反应;
(2)在步骤(1)后，加入滑石粉，搅拌反应;
(3)在步骤(2)后，加入聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌反应;
(4)在步骤(3)后，污泥调理完成，配合隔膜压滤机压滤，得到含水率小于60%的污泥。
8.根据权利要求6所述的复合型污泥深度脱水调理剂在市政、工业污泥的深度脱水中的应用方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在投加前先将单过硫酸氢钾复合粉配制成5～10g/L的溶液，投加量按干泥计算，每吨干泥投加0.25～0.5kg单过硫酸氢钾复合粉，搅拌反应时间为10～15min。
9.根据权利要求6所述的复合型污泥深度脱水调理剂在市政、工业污泥的深度脱水中的应用方法，其特征在于，所述步骤(2)中，投加量按干泥计算，每吨干泥投加5～10kg滑石粉，搅拌反应时间为2～5min。
10.根据权利要求6所述的复合型污泥深度脱水调理剂在市政、工业污泥的深度脱水中的应用方法，其特征在于，投加量按干泥计算，每吨干泥投加10～20kg聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌反应时间为5～10min，所述步骤(1)、(2)、(3)中的搅拌速度选择100～200转/分钟。
说明书
一种复合型污泥深度脱水调理剂及其应用和应用方法
技术领域
本发明属于资源环境、污泥处置技术领域，具体涉及一种复合型污泥深度脱水调理剂及其应用和应用方法。
背景技术
污泥是污水处理过程中产生的一种粘稠状物质，它以好氧、厌氧微生物为主体，同时也混入原污水中带有的泥砂、纤维、动植物残体及吸附在其上的有机物、金属、病菌、虫卵、胶质等多种复杂的混合体。从污水处理厂排出的污泥一般是一种松散的、含水量在95%～99%的胶溶状膏体物，具有比重轻(≤1g/cm3)、体积庞大(是所含固体物体积的数十倍)、触变性强(不易脱水)、具有极易腐败恶臭的理化特点，因而十分不利于处理与运输。据估计，到2020年，我国干污泥的产生量在8.4×106～12.6×106吨之间。污泥如果不经过合理的处理与处置，会给环境和人类生活造成严重的威胁，目前污泥的处理处置已成为城市污水厂面临的重大技术难题。因此，使污泥经过有效的脱水处理，降低污泥含水率，减小污泥的体积，便于后续污泥稳定处理工艺的顺利进行和降低污泥处理费用，从而实现污泥的无害化和减量化处理成为污泥行业必然的发展趋势。
污泥颗粒表面带有大量的负电荷，颗粒之间由于静电斥力而相互排斥并稳定存在，很难发生凝集形成较大的颗粒，而且由于污泥具有较高的亲水性，导致污泥中所含有的大量水分难以被去除。所以，在污泥进行机械脱水之前，必须对污泥进行调理，使污泥颗粒之间更容易发生凝聚而形成较大的絮体颗粒，污泥中所含有的大量水分更容易被去除。调理污泥的方法有很多，其中化学调理法由于具有操作简单、调理后污泥脱水效果较好等优点而被广泛应用。所谓化学调理法，就是向污泥中加入某种或某几种污泥脱水剂对污泥进行调理，通过改变污泥颗粒的性质，使污泥更容易脱去其中的水分。常用的污泥脱水剂有无机污泥脱水剂、有机高分子污泥脱水剂、有机-无机复合污泥脱水剂和生物污泥脱水剂等。其中，无机污泥脱水剂脱水效果最好，以“FeCl3+CaO”为例，配合板框压滤能将污泥含水率降至50%～60%，但该法投加量大、处理成本高、污泥增量高达15～25%、增加后续污泥运输及处置成本，且应用酸碱试剂对设备腐蚀严重，增加设备运行维护费用。有机高分子污泥脱水剂投加量小，污泥增量小，阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)是目前应用最为广泛的有机高分子污泥脱水剂，但配合板框压滤只能将污泥含水率降至 65%～75%，且CPAM在自然条件下很难降解，其降解产生的丙烯酰胺单体是具有神经毒性的剧毒物质，对环境造成二次污染。有机-无机复合型脱水剂在性能和成本上具有很强的互补性，因此无机与有机高分子脱水剂的复配已经成为脱水剂研究的一个重要方向，对无机-有机高分子絮凝脱水剂的研究和开发大多还处于实验阶段，工业化产品很少，且存在种类单一、分子结构不可控、稳定性差和溶解性不好等问题。微生物性污泥脱水剂是一种利用生物技术，通过从微生物体或其分泌物中发酵、抽取、精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的高效、无毒的新型调理剂，其具有絮凝活性高、安全可生物降解、无二次污染的优势，越来越受到重视，尤其活性污泥本身富含有大量的菌胶团，可以利用这一优势从活性污泥中提取制备微生物调理剂，且具有较好的调理效果，但目前还处于菌种筛选阶段，研究水平较低，未来可能会有较大发展。
近年来，研究学者已开发了多种污泥深度脱水手段，如微波、酸碱、超声、电化学以及芬顿氧化等，但不同处理技术受污泥特性影响极大，且强化脱水性能有待改善，仍需要研发更多新型高效调理药剂。为此，研发高效、环保的脱水调理剂，以改善污泥的脱水性能，进行了大量的研究工作。
中国专利《一种新型污泥脱水剂》(公开号CN 108409104A)发明了一种新型污泥脱水剂，以二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺为原料，以质量比为3∶2∶1的过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵为引发剂，得到固体的二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺的共聚物，再加入铝盐、铁盐和生石灰、粉煤灰等助凝剂制备得到。缺点是成分复杂，丙烯酰胺具有毒性易造成二次污染。
中国专利《一种污泥复合调理及深度脱水方法》(公开号CN 104649533A)利用以零价铁或纳米零价铁为活化剂与单过硫酸氢钾、过一硫酸盐、过二硫酸盐等过硫化物发生反应产生的自由基破坏污泥胞外聚合物，配合工业副产石膏进行协同作用，形成具有新生骨架形态物质的调理污泥，提高污泥的过滤性能，能将污泥含水率降至60%以下。缺点在于成分复杂，投加量大，需要投加活化剂才能产生活性自由基，石膏投加量为干基污泥的10%-40%，污泥增量大，工艺繁琐。
中国专利《一种改善城市污泥脱水性能的方法》(公开号CN 105502882 A)公开了一种强化污泥脱水调理方法，该调理方法包含的调理剂由以下部分组成：每克干泥加 0.04～0.08克Fe2+，0.10～0.20克过硫酸根，0.32～0.44克普通硅酸盐水泥以及0.48～0.64 克生石灰。其主要优点是较高的处理效率，但不足之处在于，调理时间过长，调理剂投加量高，成本较高，且脱水污泥呈碱性，不利于后续处置。
中国专利《污泥脱水复合型调理剂及污泥脱水方法》(公开号CN 106746482 A)提供了一种污泥脱水复合型调理剂及污泥脱水方法，其复合型调理剂包括有机混凝剂(聚二甲基二烯丙基氯化铵或丙烯酰胺共聚物等)、无机混凝剂(铝盐或铁盐)以及助剂(壳聚糖盐酸盐，十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯醇等)。此复合调理剂的优势在于适应pH为中性，且不存在增容问题，不影响泥饼后续资源化处理处置，劣势在于其有机混凝剂、无机混凝剂、助剂成分复杂，经济效益低。
中国专利《一种复合型污泥破解驱水调理剂》(公开号CN108892357A)提供了一种复合型污泥破解驱水调理剂，该调理剂的成分按质量百分比调配，包括：亚铁盐24～34%、过硫酸盐19～27%、沸石17～29%和聚二甲基二烯丙基氯化铵16～28%。其投加量为每克干泥加0.038～0.076克Fe2+，0.104～0.209克S2O82-，0.147～0.295克沸石以及0.140～0.279 克聚二甲基二烯丙基氯化铵。其优势在于凭反应中产生的硫基自由基的氧化性，在强化污泥脱水的同时，亦可进一步破坏降解溶出有机物，实现COD和氨氮同步高效去除，降低后续污水处理成本，缺点在于亚铁和沸石投加量大，污泥增量大。
以上发明尽管各有优点与创新点，但应用于污泥深度脱水时仍存在以下几点不足：
(1)调理剂组分复杂，调理时间长，调理流程繁琐，时间和劳动成本高。
(2)调理剂投加量大，增容明显，价格昂贵，增加后续污泥运输及处置成本。
(3)有的需要对污泥进行调节pH或加热等处理，耗能高，且易造成设备腐蚀。
(4)有的采用CPAM，难降解，游离的丙烯酰胺单体具有神经毒性，易造成二次污染。
(5)需投加催化剂、引发剂、活化剂等，成本高、污泥增量大。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本提供一种经济高效、工艺简单、污泥增量小的复合型污泥深度脱水调理剂，采用该深度脱水调理剂调理污泥，可增强其脱水性能，降低机械脱水时间，提高污泥脱水率，实现污泥大幅减容减量。
实现本发明目的所采用的技术方案是：所述调理剂的组分原料及质量比为强氧化剂 1～2%、惰性物质19～40%和强阳离子聚电解质59～80%，所述强氧化剂为二氯异氰尿酸钠、过氧碳酸钠、单过硫酸氢钾复合粉中的一种或几种的组合物;所述惰性物质为滑石粉、硅藻土、凹凸棒土中的一种或几种的组合物;所述强阳离子聚电解质为阳离子型瓜尔胶、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚烯丙基胺盐酸盐、二甲基二烯丙基氯化铵/丙烯酰胺共聚物中的一种或几种的组合物。
进一步的，构成所述调理剂的组分原料及质量比为单过硫酸氢钾复合粉1～2%，滑石粉19～40%，聚二甲基二烯丙基氯化铵59%～80%。
进一步的，构成所述调理剂的组分原料及质量比为单过硫酸氢钾复合粉1.6%、滑石粉32.8%、聚二甲基二烯丙基氯化铵65.6%。
进一步的，所述单过硫酸氢钾复合粉由单过硫酸氢钾复合盐、硫酸氢钠、二氯异氰尿酸钠、柠檬酸钠、十二烷基磺酸钠、氯化钠、次氯酸钙和Co/C催化剂复配制得。
进一步的，所述滑石粉为1250～3000目的细粉;所述聚二甲基二烯丙基氯化铵为固含量19～21%，黏度1000～3000cps的二甲基二烯丙基氯化铵均聚物。
本发明设计的上述复合型污泥深度脱水调理剂可应用于市政、工业污泥的深度脱水中的应用。
本发明设计的上述复合型污泥深度脱水调理剂在市政、工业污泥的深度脱水中的应用方法，包括以下步骤：
(1)在待处理污泥中加入单过硫酸氢钾复合粉，搅拌反应;
(2)在步骤(1)后，加入滑石粉，搅拌反应;
(3)在步骤(2)后，加入聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌反应;
(4)在步骤(3)后，污泥调理完成，配合隔膜压滤机压滤，得到含水率小于60%的污泥。
进一步的，所述步骤(1)中，在投加前先将单过硫酸氢钾复合粉配制成5～10g/L的溶液，投加量按干泥计算，每吨干泥投加0.25～0.5kg单过硫酸氢钾复合粉，搅拌反应时间为10～15min。
进一步的，所述步骤(2)中，投加量按干泥计算，每吨干泥投加5～10kg滑石粉，搅拌反应时间为2～5min。
进一步的，投加量按干泥计算，每吨干泥投加10～20kg聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌反应时间为5～10min。所述步骤(1)、(2)、(3)中的搅拌速度选择100～200转/分钟
本发明的一种复合型污泥深度脱水调理剂的反应机理为：单过硫酸氢钾复合粉溶液在常温下就能持续产生新生态氧[O]、超氧自由基[ROO.]、羟基自由基[OH.]和硫酸根自由基[SO4.]，利用这些自由基的强氧化性攻击污泥颗粒，包括其中的大分子有机物以及细胞结构，微生物细胞遭到破坏，大分子有机物例如蛋白以及多糖被降解为小分子。滑石粉为环境多功能材料，具有廉价、巨大的比表面积、物理化学稳定性好等一系列优点，能作为污泥脱水的絮体骨架保持流体通道，减少固液之间的界面张力，使污泥絮体网格中所含的水分得以释放，从而有利于污泥中的水分深度脱出。聚二甲基二烯丙基氯化铵主要通过电中和性降低污泥胶体离子的表面电荷，同时压缩胶体扩散层而使微粒凝聚脱稳并将表面附着水转化为自由水，同时借助高分子链的黏连架桥、网捕和卷扫作用使原来微小的污泥颗粒聚集为较大颗粒，改善污泥沉降性能，提高污泥脱水性能。本发明将不同用途的药剂联合作用，有效整合了正电中和性、污泥絮体骨架、高级氧化三种污泥高效脱水所需的三种反应要求，在充分发挥了各自优点的同时，产生一定的联动效应，极大地增强了污泥的脱水性能。
相对于现有技术，本发明设计的复合型污泥深度脱水剂及其脱水方法的进步之处在于：
(1)污泥脱水性能强，减容大。
有效整合了聚二甲基二烯丙基氯化铵、单过硫酸氢钾复合粉和滑石粉的压缩双电层作用、吸附电中和作用、破坏污泥细胞壁作用、污泥絮体骨架构建、吸附架桥作用以及网捕和卷扫作用，相辅相成，改变污泥颗粒的性质，增强污泥脱水性能，配合隔膜板框压滤机压滤，污泥减容量大，将污泥含水率降至50～60%。
(2)脱水后污泥热值高，资源化利用性强，不产生二次污染，减轻后续处置成本。
污泥脱水后含水率低于60%，具有含盐量少、有机质高、热值高的特点。根据泥饼重金属的含量，可选择回收进行卫生填埋或运往发电厂焚烧发电或好氧发酵制备有机肥。用于卫生填埋，含水率低，污泥体积大大减少，节约填埋空间且不易返溶和渗出，杜绝了污泥对填埋场周围土地的二次污染。用于发电厂焚烧发电，不需添加助燃燃料。重金属含量达制肥标准时可用于好氧发酵制备有机肥和生物有机肥，泥饼含水率在50～60%，适合好氧发酵所需水分，只需添加少量秸秆调节其透气性再加入菌剂好氧发酵即可，制得的肥料可用于绿化施肥和土壤改良。能实现污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化处理处置。
(3)投加量小，污泥增量少，处理成本低。
不需要投加催化剂、引发剂、pH调节剂等试剂，通过单过硫酸氢钾复合粉的氧化破壁作用、滑石粉的骨架构建作用及聚二甲基二烯丙基氯化铵的正电荷基团对污泥中的负电荷有机胶体电性中和作用及高分子优异的架桥凝聚功能，促使胶体颗粒聚集成大块絮状物，从其悬浮液中分离出来，污泥调理效果明显。投加量少，污泥增量控制在2%以下，处理成本低，比传统污泥调理方法低20～40%。
(4)具有杀菌消毒作用，使污泥无害化处理。
引入单过硫酸氢钾复合粉，在常温下就能持续产生新生态氧[O]、超氧自由基[ROO.]、羟基自由基[OH.]、硫酸根自由基[SO4.]等强氧化性物质，不仅能破壁提高污泥的脱水性还能除掉污泥中的硫化氢、氨气、氰化物、甲烷、甲硫醇等还原性物质，而且能杀灭污泥中的细菌、病菌使污泥无害化和臭味减少。
(5)减轻后续压滤液处理成本。
单过硫酸氢钾复合粉产生的强氧化性自由基能同时降解压滤液中的COD、氨氮等，减轻后续污水处理成本。
本发明在节约成本、起到减轻环境压力作用的同时也提高了废物综合利用率，真正实现了污泥治理的环境效益、社会效益和经济效益相结合，具有良好的市场应用和推广价值。（发明人张永顺;黄现统;汤爱华;韦芳;种芬芬;曹洪涛;陈落远;李艳艳;杨帆;潘迪;付娟娟;潘婵）