申请日2018.08.10
公开(公告)日2018.11.27
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明涉及一种复合型污泥破解驱水调理剂及其应用，用于解决污泥脱水性能差的问题。本发明的调理剂由亚铁盐、过硫酸盐、沸石和聚二甲基二烯丙基氯化铵按一定质量比例组成，并按照一定的顺序投加调理污泥，以强化污泥溶胞破解和快速脱水。该调理剂各组分原料的质量比为亚铁盐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%。污泥经调理预处理后，脱水性能明显提高，经2分钟真空抽滤脱水，滤饼含水率可由起初的98~99%降至65%，污泥毛细吸水时间削减60~90%。本发明的复合型污泥破解驱水调理剂具有廉价易得、反应迅速、效果出众、操作简单、污泥减容率高等优点，因此可广泛用于污泥调理和强化深度脱水。
权利要求书
1.一种复合型污泥破解驱水调理剂，其特征在于，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19~27%和聚二甲基二烯丙基氯化铵16~28%;其中，亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁铵;过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
2.一种权利要求1所述复合型污泥破解驱水调理剂的应用，其特征在于，该调理剂用于污泥的调理与深度脱水。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述污泥深度调理脱水包括以下具体步骤：
(Ⅰ)在待处理污泥中加入亚铁盐和过硫酸盐，搅拌反应;
(Ⅱ)在步骤Ⅰ后，加入沸石，搅拌反应;
(Ⅲ)在步骤Ⅱ后，加入聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌反应;
(Ⅳ)在步骤Ⅲ后，污泥调理完成，进行脱水处理;其中，亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁铵;过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在步骤(Ⅰ)中，亚铁盐的投加量为：按Fe2+计，每克干泥加0.038~0.076克Fe2+;过硫酸盐的投加量为：按S2O82-计，每克干泥加0.104~0.209克S2O82-;搅拌反应时间为1~2分钟。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在步骤(Ⅱ)中，所述沸石粒径大小为50~200目;沸石投加量为：每克干泥加0.147~0.295克;搅拌反应时间为2~5分钟。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在步骤(Ⅲ)中，聚二甲基二烯丙基氯化铵投加量为：每克干泥加0.140~0.279克;搅拌反应时间为15~20分钟。
7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在步骤(Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ)中，搅拌速度为100~300转/分钟。
8.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述待处理污泥为城市污水处理厂的剩余污泥、消化污泥、工业污水处理污泥、河道淤泥或池塘淤泥。
说明书
一种复合型污泥破解驱水调理剂及其应用
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破解驱水调理剂及其应用。
背景技术
污水污泥来源于污水处理厂的一级处理以及二级处理构筑物。污泥的主要特征是含水率高(~99.2%)、脱水难度大;同时，污泥体积庞大、组分复杂、强度低，含有大量致病微生物、寄生虫卵、重金属等有害物质，且伴有恶臭产生，这些不利因素给其运输、贮存和后续的资源化利用带来了诸多不便。因此，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。
在污泥处理过程中，污泥体积决定了其处理时的固体停留时间、化学药剂投加量以及处理构筑物的大小，这些因素也决定了污泥的处理成本。因此，污泥深度驱水在污泥减量化乃至最终处置都有着举足轻重的作用。然而通常而言，污泥具有很强的水合性，这导致水分很难被分离驱除。污泥预处理是指在污泥机械脱水之前进行一定的前处理，目的在于通过物理或化学方式，破坏原污泥的结构与组成成分，加速泥水分离。调理预处理可以有效提高污泥的脱水性能、强化污泥中的有机污染物的去除，这不仅可以降低污泥脱水工艺的能耗，亦可为后续处理减轻负荷。近年来，研究学者已开发了多种污泥强化驱水预处理手段，如微波、酸碱、超声、电化学以及芬顿氧化等。预处理强化污泥脱水是污泥处置过程中的关键环节，但不同预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。
中国专利文献《一种污泥脱水方法》(公开号 CN 107162382A，公开日2017年9月15日)发明了一种污泥脱水方法，涉及药剂包括浓硫酸、硫酸亚铁、氯化镁、氯化钙、氧化钙等，反应时间约为2小时。该污泥脱水方法占地面积小，便于操作。但不足之处在于，反应时间较长，投加药剂量较大且工艺复杂，需要加入药剂调节pH值。
中国专利文献《一种新型高效污泥脱水调理剂及其应用》(公开号CN 105923964A，公开日2016年9月7日)提供了一种新型高效污泥调理剂，其中包括了硫单质或还原态的硫化物和硫酸亚铁。其中硫单质或还原态的硫化物和硫酸亚铁的摩尔比为1:5~5:1，同时需要进行曝气处理。其优点在于应用方法工序简单，条件易于控制，可实现污泥脱水调理的规模化处理。其缺点在于强化污泥脱水效果不足，反应时间在12~48小时，且需要曝气处理，耗能巨大。
中国专利文献《一种改善城市污泥脱水性能的方法》(公开号CN 105502882 A，公开日2015年11月30日)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，成本较高，且脱水污泥呈碱性，不利于后续处置。
中国专利文献《一种铁盐污泥脱水剂以及污泥脱水方法》(公开号 CN 103663920A，公开日2014年3月26日)公开了一种污泥脱水剂以及其方法，该调理剂包括组份一(硫酸亚铁)和组分二(氧化钙和氧化镁的混合物)，两种组分的重量占比分别为40~60%和60~40%)。其主要优点在于污泥脱水效果较好，但是不足之处在于污泥脱水滤液水质较差，COD高达2000毫克每升以上。
中国专利文献《一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂及其制备方法》(公开号CN 107129129 A，公开日2017年9月5日)涉及了一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂及其制备方法。该高效调理剂包括以下质量百分含量的组分：沸石50~80%、石灰10~40%、电石渣5~10%、辅料0~5%;所述辅料为硅酸铝铁盐、壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺、季铵盐中的至少一种。此发明的优点在于成本低，无恶臭，无污染，但其不足之处在于药剂投加量较大，增容明显，不利于大规模污泥调理，且需要加热污泥至200摄氏度，耗能过多。
中国专利文献《一种环境友好型高效反应性污泥脱水剂》(公开号 CN 107698130A，公开日2018年2月16日)公开了一种用于污泥深度脱水的环境友好型高效反应性污泥脱水剂，其配方中各组分的质量百分比为：硅酸钙25~30%、二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺共聚物8~12%、聚乙烯吡咯烷酮2~4%、硫酸钙13~17%、沸石粉22~28%、四羟基合铝酸钠15~20%。处理工艺中，调理剂的一般添加量为污泥干物质重量的5~15%，污泥增容明显，且调理剂成分复杂，工艺繁琐，价格昂贵。
中国专利文献《污泥脱水复合型调理剂及污泥脱水方法》(公开号 CN 106746482A，公开日2017年5月31日)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，劣势在于污泥调理剂的成分复杂，经济效益低。
以上发明尽管各有优点与创新点，但应用于强化污泥脱水时仍存在以下几点不足：
1.调理剂投加量大，增容明显，价格昂贵;
2.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;
3.需要调节pH或污泥加热等处理，耗能高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济高效、工艺简单、价格低廉的污泥调理剂及其应用，采用该调理剂调理预处理污泥，可增强其脱水性能，降低机械脱水时间，提高脱水泥饼含固率，实现污泥大幅减容减量。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种复合型污泥破解驱水调理剂，特点是：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19~27%和聚二甲基二烯丙基氯化铵16~28%;其中，亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁铵;过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
一种上述复合型污泥破解驱水调理剂的应用，特点是：该调理剂用于污泥的调理与深度脱水。
所述污泥深度调理脱水包括以下具体步骤：
(Ⅰ)在待处理污泥中加入亚铁盐和过硫酸盐，搅拌反应;
(Ⅱ)在步骤Ⅰ后，加入沸石，搅拌反应;
(Ⅲ)在步骤Ⅱ后，加入聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌反应;
(Ⅳ)在步骤Ⅲ后，污泥调理完成，进行脱水处理。
在步骤(Ⅰ)中，亚铁盐的投加量为：按Fe2+计，每克干泥加0.038~0.076克Fe2+;过硫酸盐的投加量为：按S2O82-计，每克干泥加0.104~0.209克S2O82-;搅拌反应时间为1~2分钟。
在步骤(Ⅱ)中，所述沸石粒径大小为50~200目;沸石投加量为：每克干泥加0.147~0.295克;搅拌反应时间为2~5分钟。
在步骤(Ⅲ)中，聚二甲基二烯丙基氯化铵投加量为：每克干泥加0.140~0.279克;搅拌反应时间为15~20分钟。
在步骤(Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ)中，搅拌速度为100~300转/分钟。
所述待处理污泥为城市污水处理厂的剩余污泥、消化污泥、工业污水处理污泥、河道淤泥或池塘淤泥。
步骤Ⅳ中，脱水处理使用的真空抽滤装置为GM-0.33A抽滤机。真空压强为：–0.08兆帕。
本发明方法中亚铁盐和过硫酸盐进行反应，激发了硫基自由基的产生，硫基自由基进一步攻击污泥颗粒，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。沸石具有合适的孔道直径和开放的骨架结构，可在污泥抽滤过程中，形成具有多孔和高渗透性的三维骨架结构，起到过滤和骨架支撑作用，缓解滤布堵塞，提高抽滤脱水效率。聚二甲基二烯丙基氯化铵主要通过吸附架桥作用将污泥絮体絮凝，另一部分与亚铁、铁离子联合，通过电中和作用实现带负电荷污泥颗粒的再絮凝。本发明将不同用途的药剂联合作用，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。
将预处理污泥进行真空抽滤脱水，滤饼含水率可在2分钟内降至65%，污泥水分去除率为96.5%。与现有技术相比，本发明具有以下优点与效果：
1. 由于本发明涉及的调理剂以亚铁盐和过硫酸盐为主，价格低廉、来源广泛;同时沸石亦廉价易得、资源丰富，聚二甲基二烯丙基氯化铵不易造成二次污染，因为与常规调理剂及其调理方法相比，本发明具有较好的经济效益和环境效益。
2. 由于本发明涉及的调理剂及其应用过程主要为投加药剂与搅拌反应，反应时间在30分钟之内，搅拌耗能低，相比常规的调理过程，本发明无需调节pH值、加热污泥或曝气等操作，流程简易，调理时间短，节省大量设备、人力及能源投入，经济效益高。
3. 由于本发明涉及的调理剂包括过亚铁盐和过硫酸盐，用于污泥调理脱水时，亚铁盐与过硫酸盐进行反应，激发了硫基自由基的产生，硫基自由基会快速攻击污泥颗粒，包括其中的大分子有机物以及细胞壁。大分子有机物例如蛋白以及多糖被降解为小分子，细胞结构遭到破坏，从而有效释放有机物结合水和细胞水。亚铁、铁离子具有混凝效应，亦可通过吸附架桥与网捕作用，将污泥小颗粒吸附团聚，形成大型颗粒絮体，加速颗粒沉降和泥水分离，污泥脱水性能得到明显改善;由于本发明涉及的调理剂包括沸石，沸石具有合适的孔道直径和开放的骨架结构，可在污泥抽滤过程中，形成具有多孔和高渗透性的三维骨架结构，起到过滤和骨架支撑作用，缓解滤布堵塞，提高抽滤脱水效率;由于本发明涉及的调理剂包括聚二甲基二烯丙基氯化铵，该成分可通过吸附架桥作用将污泥絮体絮凝，另一部分与亚铁、铁离子联合，进一步强化带负电荷的污泥颗粒的絮凝和泥水分离。本发明将不同用途的药剂联合作用，在充分发挥了各自优点的同时，产生一定的联动效应，实现了污泥的快速脱水。因此通过本发明涉及的调理剂调理并进行抽滤脱水后，污泥含水率可从98.8%降低至65%，减容率达96.5%，达到污泥减量化的目的，为其后续处理处置与资源化利用提供了条件。与常规调理剂及其调理方法相比，本发明强化脱水效果优势明显。
4. 由于本发明涉及的反应机理中的硫基自由基的产生，凭借其极强的氧化性，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，极大地改善了出水水质，降低了后续的污水处理负荷。
