CN100537440C

CN100537440C - 一种城市污水污泥减量化的处理方法

Info

Publication number: CN100537440C
Application number: CNB2006100472811A
Authority: CN
Inventors: 杨丽; 王有华
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: CN101108751A

Abstract

本发明涉及一种城市污水污泥减量化的处理方法。先将絮凝剂A投加到城市污水污泥中，经破乳反应后，再加入絮凝剂B进一步反应。絮凝剂A是一种季铵型的阳离子聚合物，絮凝剂B是一种以胺甲基聚丙烯酰胺为主要成分的阳离子聚合物。经本发明的方法处理后的城市污泥，体积大大减少，泥饼结实、含水率低，可以满足后续填埋、堆肥、焚烧处理的需要，实现污泥的综合利用。

Description

一种城市污水污泥减量化的处理方法

技术领域

本发明涉及一种城市污水污泥减量化的处理方法。经本发明的方法处理后的城市污水污泥，体积大大减少，泥饼结实、含水率低，可以满足后续填埋、堆肥、焚烧处理的需要，实现污泥的综合利用。

背景技术

随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水产生的数量在不断的增长，从而直接导致污泥数量的大量增加。城市污泥是指污水处理厂所产生的固态、半固态及液态的废弃物，含有大量的有机物、丰富的氮、磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，且常常伴有恶臭气体。若不加处理而任意排放，则会对环境造成严重的二次污染。对污泥进行处置的目的一是可以减少污泥体积，降低污泥处置的费用；二是通过处理可以使污泥稳定化，不再产生污泥的进一步降解，避免二次污染；三是污泥经处置后可达到无害化和卫生化；四是达到变害为利、综合利用的目的。

国民经济的迅速发展，环境保护基本国策的不断深入人心和落到实处，城市污水处理系统的普及和深化，导致城市污水处理厂的数量日益增多，污泥的产量也大幅度地增长。城市污水污泥必须经过妥善的处理，才能减少对环境的污染。城市污水污泥处理的唯一出路就是使其减量化、进一步资源化。因此，如何合理有效地处置污水厂的污泥，已成为城市污水处理厂和相关部门面临的重要问题。

在城市污水污泥最终处理前，首先应使其减量化，在此过程中，必须加入絮凝剂。最常用的絮凝剂是聚合氯化铝(简称为PAC)，虽具有一定的絮凝性能，但最大的缺点是处理过程中，泥饼的含水量高，而且松散、易破碎，脱水率低，给后处理带来困难。

中国专利CN1266832A介绍了将污水处理厂的污泥与沸石混合，污泥与沸石混合的体积比为1：1～3，进行好氧发酵，微生物作用产生的高温(一般在55℃以上的高温时间可持续3天以上)以分解有机物。该方法利用沸石作为污泥堆肥的膨胀调理剂，不参与微生物降解反应。中国专利CN1354158A介绍了一种利用城市污泥进行堆肥化处理，得到腐熟的污泥堆肥，再加入培养好的固氮菌、解磷菌、解钾菌菌剂生产成生物型有机复合肥料的方法。中国专利CN1359876A介绍了一种用城市污泥加入生石灰和煤粉灰制造的土壤肥料，它们的制备方法和应用，是通过对城市污泥、生石灰、煤粉灰进行适当的配比、适时的堆制、搅拌和保温达到低成本，效果好的目的的。中国专利CN1502591A介绍了一种城市污泥的处理方法，它是将污泥中加入调理剂，调理剂主要采用比重相对较小的木屑及庭院修剪物，进行堆肥处置。

发明内容

本发明提供一种城市污水污泥的处理方法，特别是可以使城市污水污泥减量化的处理方法。

本发明涉及一种城市污水污泥的处理方法，包括以下步骤：

(1)将絮凝剂A加入城市污水污泥中，加入量为1～1000mg/L，搅拌均匀，絮凝剂A是一种季铵型的阳离子聚合物；

(2)将絮凝剂B加入步骤(1)得到的城市污水污泥中，加入量为1～1000mg/L，搅拌均匀，絮凝剂B是一种胺甲基聚丙烯酰胺为主要成分的阳离子聚合物胶体水溶液；

(3)离心分离，计量分离后污泥的重量。

本发明使用的絮凝剂A是一种阳离子高分子絮凝剂，它是甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化后的单体和丙烯酰胺单体的共聚物：其特征在于所述的絮凝剂A的结构为：

m的范围为5,000～200,000，n的范围为5,000～300,000，特性粘度500～1500cm³/g，阳离子度0.5～4.5mmol/g。

本发明使用的絮凝剂B具有如下结构的阳离子聚合物胶体水溶液：

n的范围为10,000～280,000，重量浓度为0.05％～3％，运动粘度为100～600mm²/s，阳离子度为5～30mmol/g。

本发明的特点是采用不同结构单元性能的絮凝剂A和絮凝剂B配合使用。絮凝剂A是一种季铵型的阳离子聚合物，在城市污水污泥处理过程中具有良好的电中和性能，它可以降低污泥表面的ξ电位，使污泥破稳。絮凝剂B是一种胺甲基聚丙烯酰胺为主要成分的阳离子聚合物胶体水溶液，具有突出的凝聚架桥作用。在絮凝剂B加入后，它可以将加入絮凝剂A所形成的絮体快速的凝聚起来，形成大的絮团，易于与水分离。更为显著的是，絮凝剂A和絮凝剂B皆为有机聚合物，不带入其它无机杂质，易于后处理。采用本发明的方法，可以使污泥的含水率由原来的98.3％，降低至65％～70％；污泥减量率为95％左右。

具体实施方式

它采用絮凝剂A和絮凝剂B两种阳离子聚合物配合使用，先将絮凝剂A投入城市污水污泥中，分散溶解破乳后，再加入絮凝剂B，搅拌使絮凝剂B迅速与污泥作用，然后进行离心分离。离心分离时间可以按本领域一般知识设计确定，一般离心机转数为1000r/min～4000r/min；离心时间为2min～30min。

本发明絮凝剂A是甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化后的单体和丙烯酰胺单体的共聚物。

本发明絮凝剂A的制备过程如下：

以丙烯酰胺单体和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体为主要原料，首先将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化，然后将丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体、去离子水按一定比例混合后，吹氮气除溶解氧，最后加入引发剂进行聚合反应。

其中甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化反应为向甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体中加入盐酸，调节pH值为2～9，优选为4～8，反应为剧烈放热反应，应在水浴或冰水浴中进行或采取其它的温度控制措施。丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体的反应配比(摩尔比)为：丙烯酰胺:甲基丙烯酸二甲氨基乙酯＝30:1～1:10，最佳反应配比为：丙烯酰胺:甲基丙烯酸二甲氨基乙酯＝8:1～1:8；单体聚合的总浓度为：0.5～1.5mol/L，最佳聚合浓度为：0.6～1.2mol/L；聚合的反应温度为：20～90℃，最佳温度为：30～80℃；聚合反应时间为1～15小时，最佳反应时间为是5～6小时。聚合过程采用不同的引发剂体系进行自由基聚合反应，引发剂可以采用过硫酸盐或过硫酸盐与亚硫酸盐组成的氧化还原引发体系，引发剂的加入量为单体总量的10^-5～10^-3mol/L，最佳加入量为：10^-4～5×10^-4mol/L；过硫酸盐与亚硫酸盐的摩尔配比为：1:0～1，其中过硫酸盐可以是过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等中的一种或几种，亚硫酸盐可以是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵等中的一种或几种。

具体化学反应式如下：

1.甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化反应

CH₂＝(CH₃)C—COOCH₂CH₂N(CH₃)₂+HCl ---→

CH₂＝(CH₃)C—COOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₂HCl^-

2.聚合反应

本发明的絮凝剂B为具有如下结构的阳离子聚合物胶体水溶液：

其制备过程如下：

将新鲜水加入反应釜中，在搅拌的情况下，均匀地加入阴离子或非离子聚丙烯酰胺。待其完全溶解后，加入无机碱，调整溶液的PH值，然后加入螯合剂、反应促进剂，控制反应温度，将甲醛、有机胺加入反应釜中，在反应一定时间后，加入终止剂停止反应，即可得到产品。反应式如下：

其中，各反应原料的最佳配比为阴离子或非离子聚丙烯酰胺:甲醛:有机胺:新鲜水:螯合剂:反应促进剂:终止剂为＝1:0.5～2.5:0.5～2.5:100～5000:0.005～0.05:0.005～0.05:10～500(mol比)，优选为1:0.5～2.0:0.5～2.0:500～4000:0.005～0.01:0.005～0.01:10～500(mol比)。阴离子或非离子聚丙烯酰胺的选择没有要求，可以是普通市售商品。无机碱是氢氧化钠、氢氧化钾的一种；有机胺是二甲胺、二乙胺、双氰胺的一种或几种；螯合剂是乙二胺四乙酸及其钠盐、亚乙基二胺四乙酸及其钠盐和二亚乙基二胺五乙酸及其钠盐中的一种或几种；反应促进剂是过硫酸盐和水溶性偶氮类物质中的一种或几种，其中过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的一种或几种，水溶性偶氮类物是N，N—二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮双脒基丙烷二盐酸盐、2，2—偶氮双(2—甲基2—脒基丙烷)—盐酸盐的一种或几种。终止剂是盐酸、硫酸的一种或两种。

加入无机碱，调整溶液的pH值，控制在7～14之间，最好是在8～13之间；反应温度，控制在20℃～80℃之间，最好是在20℃～70℃之间；阴离子或非离子聚丙烯酰胺的溶解时间，控制在1h～6h，最好控制在2h～5h；反应时间控制在2h～10h，最好控制在2h～8h。

下面通过实施例说明本发明方法的制备过程及效果。

实施例1

在装有搅拌器、温度计、加料管、氮气进出口的500ml的四口烧瓶中，加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯15.7g，加入1N的HCl 15ml，调节PH值为5.5，然后加入丙烯酰胺28.4g，去离子水400ml，混合均匀后，通氮气除氧，加入引发剂过硫酸钾10^-4mol/L，在50℃水浴中，反应6小时，得到絮凝剂A—1。特性粘度为：1050cm³/g；阳离子度为2.3mmol/g。

实施例2

在装有搅拌器、温度计、加料管、氮气进出口的500ml的四口烧瓶中，加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯9.6g，加入1N的HCl 5ml，调节PH值为8.0，然后加入丙烯酰胺38.6g，去离子水440ml，混合均匀后，通氮气除氧，加入引发剂过硫酸钾2×10^-4mol/L，引发剂亚硫酸钠1×10^-5mol/L，在25℃水浴中，反应3小时，再在80℃水浴中，反应1.5小时，得到絮凝剂A—2。特性粘度为：1200cm³/g；阳离子度为1.2mmol/g。

实施例3

在容积为1L的四口烧瓶中，765克新鲜水，启动搅拌，加入非离子聚丙烯酰胺1.8克。待其完全溶解后，加入0.31克氢氧化钠(化学纯)，调整溶液的PH值为11～12。然后加入2.8×10^-4克乙二胺四乙酸二钠(化学纯)，加入3.5×10^-4克过硫酸铵(化学纯)，加入4.2×10^-4克N，N—二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐(化学纯)，控制反应温度在50℃，将2.1克甲醛(化学纯)、3.8克二甲胺(化学纯)混和后，加入四口烧瓶中，反应时间为6h。最后加入4.3克盐酸(化学纯)停止反应，即可得到絮凝剂B—1。运动粘度为406.5mm²/s，阳离子度为16.7mmol/g。

实施例4

在容积为1L的四口烧瓶中，878克新鲜水，启动搅拌，加入阴离子聚丙烯酰胺2.5克。待其完全溶解后，加入0.25克氢氧化钠(化学纯)，调整溶液的PH值为11～12。然后加入4×10^-4克乙二胺四乙酸二钠(化学纯)，加入5×10^-4克过硫酸铵(化学纯)，加入6×10^-4克N，N—二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐(化学纯)，控制反应温度在45℃，将2.5克甲醛(化学纯)、4.2克二乙胺(化学纯)混和后，加入四口烧瓶中，反应时间为3h。最后加入4克盐酸(化学纯)停止反应，即可得到絮凝剂B—2。运动粘度为456.8mm²/s，阳离子度为17.4mmol/g。

实施例5

污泥含水率的测定方法是称取定量的城市污水污泥在100～105℃进行烘干2h，然后放入干燥器中冷却0.5h，待恒重后，称量其干重，计算其含水率，含水率＝{(总重—干重)/总重}×100％。泥饼含水率则是将离心后得到的滤饼在100～105℃进行烘干2h，然后放入干燥器中冷却0.5h后称重，计算含水率。

取某城市污水污泥，加入絮凝剂进行减量化处理。其处理结果见表1。

表1

Claims

1、本发明涉及一种城市污水污泥减量化的处理方法，包括以下步骤：

(3)离心分离，计量分离后污泥的重量；

所述的絮凝剂A的结构为：

m的范围为5,000～200,000，n的范围为5,000～300,000，特性粘度500～1500cm³/g，阳离子度0.5～4.5mmol/g；

所述的絮凝剂B是具有如下结构的阳离子聚合物胶体水溶液：

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于絮凝剂A的制备过程如下：以丙烯酰胺单体和一种甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体为原料，首先将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化，然后将丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体、去离子水混合，吹氮气除溶解氧，最后加入引发剂进行聚合反应。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体季铵化反应为向甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体中加入盐酸，调节pH值为2～9。

4、按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的pH值为4～8。

5、按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯季铵化单体的反应物摩尔比为：丙烯酰胺:甲基丙烯酸二甲氨基乙酯＝30:1～1:10，单体聚合的总浓度为：0.5～2.5mol/L，聚合的反应温度为：20～90℃，聚合反应时间为2～13小时。

6、按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的聚合过程加入的引发剂为过硫酸盐或过硫酸盐与亚硫酸盐组成的氧化还原引发体系。

7、按照权利要求6所述的方法，其特征在于所述的引发剂过硫酸盐与亚硫酸盐的摩尔配比为：1:0～1，其中过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸铵和过硫酸钠中的一种或几种，亚硫酸盐是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵中的一种或几种。

8、按照权利要求2或7所述的方法，其特征在于所述的引发剂加入量为10^-4～5×10^-4mol/L。

9、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的絮凝剂B的制备过程如下：将新鲜水加入反应釜中，在搅拌的情况下，均匀地将阴离子或非离子聚丙烯酰胺加入反应釜中；待其完全溶解后，加入无机碱，调整溶液的PH值；然后加入螯合剂、反应促进剂，控制反应温度，将甲醛、有机胺加入反应釜中，反应一定时间后，加入终止剂停止反应，得到产品。

10、按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的各反应原料的摩尔配比为：阴离子或非离子聚丙烯酰胺:甲醛:有机胺:新鲜水:螯合剂:反应促进剂:终止剂为＝1:0.5～2.5:0.5～2.5:100～5000:0.005～0.05:0.005～0.05:10～500。

11、按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的有机胺是二甲胺、二乙胺、双氰胺的一种或几种；螯合剂是乙二胺四乙酸及其钠盐、亚乙基二胺四乙酸及其钠盐和二亚乙基二胺五乙酸及其钠盐中的一种或几种；反应促进剂是过硫酸盐和水溶性偶氮类物质中的一种或几种；终止剂是盐酸、硫酸的一种或两种。

12、按照权利要求9所述的方法，其特征在于加入无机碱，调节溶液的pH值控制在8～13之间，反应温度控制在20℃～70℃之间，反应时间控制在2h～8h。