CN102452782A

CN102452782A - 高效污泥脱水的无机复合调理剂

Info

Publication number: CN102452782A
Application number: CN2010105284482A
Authority: CN
Inventors: 杨家宽; 何姝; 王荣; 刘欢; 时亚飞; 李亚林
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-11-01
Also published as: CN102452782B

Abstract

本发明公开了一种高效污泥脱水的无机复合调理剂，包括无机高价阳离子混凝剂、生石灰和无机粉体细骨料，其重量百分组成为：无机高价阳离子混凝剂2％～10％，生石灰30％～50％，无机粉体细骨料40％～67％。本发明还公开了无机复合调理剂的使用方法。利用本发明的调理剂，可以使污泥比阻(SRF)和毛细吸水时间(CST)明显下降，从而大幅度提高污泥脱水性能。此外本发明的药剂价格便宜，且脱水后泥饼的有机质含量少，在后续制备填埋覆盖土及建材时，调理剂中的无机材料成分有利于强度的形成，脱水后泥饼可以作为制备填埋覆盖材料及制备建材的原材料。

Description

高效污泥脱水的无机复合调理剂

技术领域

本发明涉及污泥处理技术，尤其是涉及一种处理含水率高达97％左右的污泥的无机复合调理剂。

背景技术

城市污水处理厂产生的含水率高达97％左右的污泥，是以胞外聚合物(ECP)为主体的亲水性有机聚集体，外观上具有类似绒毛的分支与网状结构，颗粒形状不规则，高度非均匀，比表面积与孔隙率极高(孔隙率常大于99％)；有机物含量高，容易腐化发臭；颗粒较细、比重较小；含水率高、不易脱水。现行脱水技术一般是采用聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂调理后经机械脱水，仅能获得含水率80％左右的泥饼。通常需要采用高能耗和高运行费用的热干化技术来进一步深度脱水以满足污泥最终处置要求。因此，研发新型高效调理剂，提高污泥的脱水性能是急需解决的技术难题。

目前，在污泥脱水调理剂方面的研究成果较多，主要专利文献如下，CN 1693242A涉及一种对含水率为80％左右的污泥加热干燥和加入粉状物料两步处理方法，实际上是采用了加热脱水的方式，后续加入的氧化钙粉、菱镁粉等碱性粉状物料仅起到稳定化的作用，工艺复杂且耗能较高。CN 1621371A中以无机、有机高分子脱水调理剂、石灰粉为原料制得一种高效脱水调理剂。当其处理效果较好时，有机高分子脱水调理剂含量高，成本较高，脱水泥饼再利用困难。CN1986788A中先将污泥加水调质，再分步投加铁盐、钙盐或氧化钙，尽管脱水效果尚佳，但是钙盐或氧化钙投加量过大，达泥饼碱性大。CN101100345A中公开的污泥脱水剂以含水率为80％左右的脱水污泥为对象，表面活性的离子分散剂高达5％，滤液中表面活性剂势必会增加，造成二次污染。CN101182095A中复合助滤剂的组成包括9种之多，制备工艺复杂。CN 101633549A中公开了一种污泥调理剂由30～95％生物质燃烧后的产物、5～20％生石灰粉、0～50％粉煤灰组成。其缺点在于投加量过大，为含水污泥质量的5～20％，必然导致污泥增容大。CN101693593A调理方式产生的泥饼，有机质含量比铁盐与氧化钙做脱水药剂的泥饼有机质含量高约10％，不利于填埋等后续处置方式。

综上所述，近年来我国的污泥脱水调理剂研究取得了一定的成果，泥饼含水率多由80％降至60％左右，但普遍呈现出以下几点突出问题：

第一，以含水率为80％的脱水污泥为处理对象，虽符合当前污水处理厂的实际运行需求，但长远来看，将脱水污泥再次加入60％～70％的水进行调质，处理工艺复杂，浪费水资源，不利于节能减排；

第二，调理剂同时具有有机及无机成份，使泥饼有机质含量增多，不利于作为填埋覆盖材料或制备建材；

第三，药剂投加量过大，导致泥饼增容大。

发明内容

基于以上的问题，本发明的目的在于提供一种处理含水率高达97％左右污泥的高效污泥脱水的无机复合调理剂。

本发明是这样实现的，一种高效污泥脱水的无机复合调理剂，包括无机高价阳离子混凝剂、生石灰和无机粉体细骨料，其重量百分组成为：无机高价阳离子混凝剂2％～10％，生石灰30％～50％，无机粉体细骨料40％～67％。

其中的无机高价阳离子混凝剂为铁盐、铝盐中的任一种或混合物或其它无机高价金属盐。

其中的无机粉体细骨料优选粉煤灰、水泥、菱镁矿、磷石膏中的任一种或任意几种的混合物。

本发明还公开了这种高效污泥脱水的无机复合调理剂的使用方法。调理时按照高效污泥脱水的无机复合调理剂的重量百分组成先向污泥中加入无机高价阳离子混凝剂，快速搅拌0.5～1min，再加入无机粉体细骨料，慢速搅拌3～5min，最后加入生石灰，慢速搅拌3～5min；将无机复合调理剂按总投加量为湿污泥的1.8％～4.5％加入湿污泥中。

具体的，所述湿污泥的含水率为97％。

本发明是先在污泥中加入无机高价阳离子混凝剂(铁盐、铝盐等)，经过快速搅拌，混凝剂中的部分高价阳离子与电负性的污泥颗粒发生电中和反应，从而压缩双电层，使较小的污泥颗粒脱稳，相互絮凝聚集成大颗粒，脱水性能得到初步提高。但是无机高价混凝剂只能增加脱水速度，并不能提高脱水程度。这是由于污泥中有机质具有较强的可压缩性，在机械脱水的高压作用下会因压缩而变形，这样在过滤的后期会堵塞滤饼孔隙，即阻塞了水的过滤通道。

第二步加入的无机粉体细骨料均为无机惰性材料，本身不起混凝作用，因此也称为物理调理剂(physical conditioner)。这些物理调理剂加入到污泥中起到骨架构建体(skeleton builder)的作用，在污泥中形成坚硬网格骨架，即使在高压作用下仍然保持多孔结构，因此有效地解决了污泥中有机质可压缩性问题，改善了污泥的脱水性能，此外，骨架构建体还可以破坏污泥中的絮体结构，释放颗粒内部水，突破传统脱水技术的脱水上限；骨架中硬质点可以增强对污泥中有机絮体的挤压、破碎作用，增强脱水效果。添加无机粉体细骨料在污泥中形成了骨架构建体，其压滤过程属于不可压缩泥饼，能提高污泥的脱水性能。

最后，本发明加入石灰进行调理。石灰本身是常见的助凝剂，也可起到骨架构建体的作用。此外，投加一定量的石灰能一定程度上提高污泥的pH，创造碱性条件，同时产生热量。主要反应过程如下：

CaO+H₂O＝Ca(OH)₂+热量

高pH值可使水溶性的金属离子转化为不溶性的金属氢氧化物，从而一定程度固定了重金属。长时间的碱性条件，阻止或大幅度延迟了臭素和细菌污染源产生的微生物反应，使污泥中微生物群体失活。此过程中可能发生的反应主要为：

Ca²⁺+2HCO₃ ^-+CaO→2CaCO₃+H₂O

2PO₄ ^3-+6H⁺+3CaO→Ca₃(PO₄)₂+3H₂O

CO₂+CaO→CaCO₃

有机酸(RCOOH)+CaO→RCOOHCaOH

脂肪+CaO→脂肪酸

当无机高价阳离子混凝剂选用铁盐时，石灰与之反应生成的Fe(OH)3，对活性污泥颗粒具有非常强吸附能力，能显著提高脱水程度。

此外，本发明中的复合调理剂以无机成分为主，有利于将脱水后的泥饼作为填埋覆盖材料及制备建材的原材料。

综上所述，本发明是无机混凝剂(铁盐、铝盐中的一种或两种)、石灰及无机细骨料粉体(粉煤灰、水泥、菱镁矿、磷石膏中的一种或几种)组成的无机复合调理剂，其优点在于：

(1)本发明中的复合调理剂由多种材料组成，单一成分均有改善污泥脱水性能的作用，但按照上述过程进行复合调理，能产生极强的协同效应，显著提高污泥脱水性能。

(2)本发明中添加的调理剂都是廉价无机材料，替代常规的PAM，脱水后的泥饼中有机质百分含量下降，无机成分增多，有利于作为填埋覆盖土及制备建材。

(3)本发明中，以污泥比阻(SRF)和毛细吸水时间(CST)作为污泥脱水的性能指标，调理后的污泥比阻降至10⁷～10⁸s²/g，CST降至10s以下。

利用本发明的调理剂，可以使污泥比阻(SRF)和毛细吸水时间(CST)明显下降，从而大幅度提高污泥脱水性能。此外本发明的药剂价格便宜，且脱水后泥饼的有机质含量少，在后续制备填埋覆盖土及建材时，调理剂中的无机材料成分有利于强度的形成，脱水后泥饼可以作为制备填埋覆盖材料及制备建材的原材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

取城市污水处理厂含水率为96.8％的浓缩污泥。无机复合调理剂原料组分及百分重量比为：FeCl₃4.3％、粉煤灰63.8％，生石灰32.1％。总投加量为湿污泥(以含水率为97％计)的4.7％。

调理及脱水方法为：按照上述配方首先向污泥中加入FeCl₃溶液，快速搅拌0.5min，然后加入粉煤灰，慢速搅拌5min，最后加入生石灰，慢速搅拌5min。调制后的污泥比阻为1.89×10⁷s²/g，CST降为6.7s。

实施例2：

取城市污水处理厂含水率为96.7％的浓缩污泥。无机复合调理剂原料组分及百分重量比为：FeCl₃2.2％、粉煤灰65.2％，生石灰32.6％。总投加量为湿污泥(以含水率为97％计)的4.6％。

调理及脱水方法为：按照上述配方首先向污泥中加入FeCl₃溶液，快速搅拌0.5min，然后加入粉煤灰，慢速搅拌3min，最后加入生石灰，慢速搅拌5min。调制后的污泥比阻为4.60×10⁷s²/g，CST降为6.6s。

实施例3：

取城市污水处理厂浓缩污泥，其含水率为96.7％，比阻为2.37×10⁹s²/g，CST为15.7。无机复合调理剂原料组分及百分重量比为：FeCl₃2.4％、菱镁矿58.6％，生石灰39.0％。总投加量为湿污泥(以含水率为97％计)的2.05％。

调理及脱水方法为：按照上述配方首先向污泥中加入FeCl₃溶液，快速搅拌0.5min，然后加入菱镁矿，慢速搅拌5min，最后加入生石灰，慢速搅拌5min。调理后的污泥比阻降为1.59×10⁸s²/g、CST降为7.2s。

实施例4：

取城市污水处理厂浓缩污泥，其含水率为96.7％，比阻为2.57×10⁹s²/g，CST为23.6s。无机复合调理剂原料组分及百分重量比为：FeCl₃2.4％、水泥58.6％，生石灰39.0％。总投加量为湿污泥(以含水率为97％计)的2.1％。

调理及脱水方法为：按照上述配方首先向污泥中加入FeCl₃溶液，快速搅拌0.5min，然后加入水泥，慢速搅拌4min，最后加入生石灰，慢速搅拌5min。调理后的污泥比阻降为2.79×10⁸s²/g、CST降为9.9s。

实施例5：

取城市污水处理厂浓缩污泥，其含水率为96.7％，比阻为2.37×10⁹s²/g，CST为23.6。无机复合调理剂原料组分及百分重量比为：FeCl₃2.4％、磷石膏58.6％，生石灰39.0％。总投加量为湿污泥(以含水率为97％计)2.05％。

调理及脱水方法为：按照上述配方首先向污泥中加入FeCl₃溶液，快速搅拌0.5min，然后加入水泥，慢速搅拌3min，最后加入生石灰，慢速搅拌3min。调理后的污泥比阻降为1.79×10⁸s²/g、CST降为8.5s。

污泥比阻采用的测定方法：

采用0.08MPa的真空度进行污泥脱水试验。记录过滤时间t和相应时刻的滤液量V以及滤液总体积，进行计算得出污泥比阻。

CST(毛细吸水时间)测定采用CST仪(304M，TritonElectronics)，开启仪器，按下reset键，将少量污泥样品至于漏斗中(d＝10mm)中，第一次报警声响起开始计时，至第二次报警声响起停止，读取显示屏上的CST值。

以上是对本发明高效污泥脱水的无机复合调理剂及调理脱水方法其进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高效污泥脱水的无机复合调理剂，其特征在于：包括无机高价阳离子混凝剂、生石灰和无机粉体细骨料，其重量百分组成为：无机高价阳离子混凝剂2％～10％，生石灰30％～50％，无机粉体细骨料40％～67％。

2.根据权利要求1所述的高效污泥脱水的无机复合调理剂，其特征在于：所述无机高价阳离子混凝剂为铁盐、铝盐中的任一种或混合物。

3.根据权利要求1所述的高效污泥脱水的无机复合调理剂，其特征在于：所述无机粉体细骨料为粉煤灰、水泥、菱镁矿、磷石膏中的任一种或任意几种的混合物。

4.一种权利要求1所述的高效污泥脱水的无机复合调理剂的使用方法，其特征在于：调理时按照高效污泥脱水的无机复合调理剂的重量百分组成先向污泥中加入无机高价阳离子混凝剂，快速搅拌0.5～1min，再加入无机粉体细骨料，慢速搅拌3～5min，最后加入生石灰，慢速搅拌3～5min；将无机复合调理剂按总投加量为湿污泥的1.8％～4.5％加入湿污泥中。

5.根据权利要求4所述的高效污泥脱水的无机复合调理剂的使用方法，其特征在于：所述无机复合调理剂的重量百分组成为：无机高价阳离子混凝剂2％～10％，生石灰30％～50％，无机粉体细骨料40％～67％。

6.根据权利要求4所述的高效污泥脱水的无机复合调理剂的使用方法，其特征在于：所述无机粉体细骨料为粉煤灰、水泥、菱镁矿、磷石膏中的任一种或任意几种的混合物。

7.根据权利要求4所述的高效污泥脱水的无机复合调理剂的使用方法，其特征在于：所述湿污泥的含水率为97％。