CN103172250B - 一种污泥多元调质工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥处理技术领域，特别是一种污泥多元调质工艺，解决现有的生活污泥脱水干化处理存在的处理能力低、成本高、效果差的问题，其特征在于添加物具有以下配方：按污泥绝干质量计分别添加5～15%的石灰、5～20%的生物质、0.1%的PAM并搅拌均匀；将污泥与添加物均匀混合，其中添加物中的石灰与污泥中所含的水分发生化学反应并产生热量；所述的生物质为工业废角料，是无机物质，以降低污泥压缩性系数。添加物来源充足，价格低廉，操作简单，干化后污泥含水量在50%左右，脱水效果明显，且对生产设备无特殊要求，可推广大规模处理生活污泥。

Description

一种污泥多元调质工艺

技术领域

本发明涉及一种污泥处理技术领域，特别是一种污泥多元调质工艺。 

背景技术

污泥是污水处理的最终附属产物。目前污泥的主要处置手段有：卫生填埋、堆肥、焚烧等手段。卫生填埋有二次污染，焚烧是一种较好处理方式，不仅实现污泥减量，而且实现资源再利用，焚烧热量可用于供暖发电，焚烧灰渣可用建筑材料。污泥含水率是制约污泥处置和利用的关键问题，无论是卫生填埋、堆肥还是焚烧都绕不过这个因素。而干化环节是污泥处理处置系统中的主要能耗环节，干化新技术研发是实现污泥处理系统节能降耗的着力点，污泥含水率越高热值越低，一般当含水率达到50%时才适合焚烧。 

污泥中的水分按其存在状态分为四种：一是间隙水，是污泥颗粒包围的游离水分，一般占污泥总含水量的70%左右；二是毛细水，是污泥颗粒之间或颗粒裂隙中由于毛细作用与污泥颗粒结合在一起的水分，占污泥总含水量的20%左右；三是吸附水，是由于表面张力的作用而吸附在污泥颗粒表面的水分，由于污泥颗粒小具有极强的表面吸附力；四是结合水，包含在污泥微生物细胞内的水分，只有破坏了微生物细胞才能使结合水分离。结合水与吸附水共占污泥总含水量的10%左右。按照其存在状态分析，间隙水理论上是最容易脱去的。而由于污泥颗粒表面吸附有各种荷电离子以及微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物，这些荷电粒子和胞外聚合物具有很强的持水率，这些污泥颗粒组成了污泥团，形成许许多多的毛细孔道，污泥颗粒表面所持的吸附水和毛细孔道中的毛细水是束缚水，不容易脱去；结合水只有破坏微生物细胞才能成为自由水，所以污泥脱水的对象主要是颗粒间的间隙水。 

为了改善污泥的脱水性能，必须对污泥进行前期的处理，即 “污泥调质”。脱水性能系指污泥脱水的难易程度，不同种类的污泥，其脱水性能不同；即使同一种类的污泥，其脱水性能也因工艺不同存在差异。目前衡量污泥脱水性能的指标主要有二个：一是污泥的比阻(R)，另一个是污泥的毛细吸水时间(CST)。 

以现有的技术和条件，如何把含水率降到50%是个难题，一般来说含水率从80%开始单纯的机械外力已经很难再继续脱水。现有的生活污泥干化手段比较多，如专利公开号为CN2910920Y的一种污泥干化与焚烧系统，采用导热油作为热媒介质，采用两级脱硫技术。又如专利公开号为CN201999846U的一种污泥干化处理系统，采用污泥和石灰混合干化装置等技术方案，虽有其可取之处，但占地量大，处置能力低，处理成本过高，脱水效果不理想，不适宜焚烧。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的生活污泥脱水干化处理存在的处理能力低、成本高、效果差的问题，提供一种成本相对较低、环境效益明显的纯机械式的污泥多元调质工艺。 

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种污泥多元调质工艺，其特征在于添加物具有以下配方：按污泥绝干质量计分别添加5～15%的石灰、5～20%的生物质、0.1%的PAM并搅拌均匀；将污泥与添加物均匀混合，其中添加物中的石灰与污泥中所含的水分发生化学反应并产生热量；所述的生物质为工业废角料，是无机物质，以降低污泥压缩性系数。 

本技术方案的基本原理是：首先对来料湿污泥进行物理调质和化学调质，去除更多的游离态的水，同时降低污泥中结合水（毛细水）存在的比例，使污泥比阻下降到1.5×1011m/kg，满足后续的脱水指标。然后通过污泥脱水装置进行脱水，从而使污泥的含水率降低到50%以下，可以直接用于焚烧处置。 

将污泥与细石灰均匀混合，石灰与污泥中所含的水分发生如下反应： 

CaO+H2O→Ca(OH)2+热量    Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O+热量

由以上的反应式可以知道：

碱性物质Ca(OH)₂使污泥中的pH值增高，胶质粘性链断裂分解，并杀菌，从而使菌体分解，完成脱水。由于反应过程放热，导致污泥温度升高，可以蒸发掉部分水分。反应生成物中结合了部分游离水，由于是放热反应，一部分游离水被蒸发。改变污泥性质：对于污水厂的污泥及其它外来污泥在前期混凝沉淀时使用铝盐混凝剂，污泥中便含有大量的铝成分，污泥和石灰反应后，污泥由铝粘土变成了钙粘土，污泥中钙粘土粒子容易相互聚合成团粒，生成聚合状土团粒，这些聚合状土团粒呈坚固的针状，在脱水装置的板框中易于脱水，即在污泥中加入一定量的CaO后，使污泥结构发生了变化，大幅度降低了污泥比阻，改善了脱水性能。碱性物质不仅使污泥中pH值升高，起到杀菌无害化、降低粪大肠菌群个数，而且，由于pH值升高，混凝沉淀污泥中含有大量的Al(OH)₃ ,利用其酸碱两性，加入石灰生成Ca(OH)₂使其溶解，减少了结合水。

污泥压缩性系数高的污泥在过滤压力下，泥饼会变形，导致毛细管管径缩小，水分不易通过，物理性结合水就难以去除。加入生物质后可降低污泥压缩性系数，由于物质本身外形的不规则性和不同的抗压性等原因降低了污泥比阻，改善了污泥脱水性能。这些生物资在泥饼形成过程中如同泥饼的骨架，在增加污泥脱水性能的同时，也增加泥饼的硬度，使泥饼易从滤布上剥落。 

本技术方案采用阳离子型聚丙烯酰胺，其作用机理包括两个方面：一是其分子上带的正电荷能中和污泥胶体颗粒所带的负电荷，使之脱稳；二是利用其高分子的长链条作用把许多细小污泥颗粒吸附并缠结在一起，形成较大的颗粒。前一作用称为压缩双电层，后一作用称为吸附架桥。 

作为优选，所述的石灰为细石灰，石灰与污泥中的水分反应生成碱性物质，在碱性物质的作用下致使污泥中的pH值增高，使污泥的胶质粘性链断裂分解。反应生成碱性物质Ca(OH)₂，在稳定污泥性质的同时起到杀菌作用，从而使菌体分解，实现脱水。 

作为优选，所述的PAM采用阳离子型聚丙烯酰胺，其投加量视污泥比阻值做适时调整。聚丙烯酰胺简称PAM，分阴离子（HPAM)、阳离子(CPAM)、非离子(NPAM)，是一种线型高分子聚合物，是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一，PAM和它的衍生物可以用作有效的絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂以及液体的减阻剂等。 

作为优选，所述的阳离子型聚丙烯酰胺，离子度35，分子量为800万。作为一种絮凝剂，阳离子聚丙烯酰胺在降低生活污泥比阻能力上要大于同条件下的阴离子聚丙烯酰胺的能力，在降低表面张力上的能力也要大于同条件下的阴离子聚丙烯酰胺的能力。 

作为优选，所述的生物质粒度为20～30目，含水率≤50%，发热量≥1700Cal/g。生物质粒度控制在20～30目之间，污泥的脱水效果最佳。生物质的作用是作为助剂帮助污泥降低比阻值，污泥比阻值越低，脱水效果越好。生物质太细，如粒度大于30目，则纤维过细不利降低比阻值，脱水效果就较差；生物质过粗，如粒度小于20目，则影响进料，在压榨过程中会损伤过滤机的隔膜。 

作为优选，所述的污泥含水率为75～85%。本技术方案对于含水率在80%左右的污泥作用效果最佳。 

作为优选，所述的污泥脱水性能的检测指标采用污泥的比阻(R)。衡量污泥脱水性能的指标主要有二个：一个是污泥的比阻(R)，另一个是污泥的毛细吸水时间(CST)。 

为优选，所述的来自污水厂的污泥或外来污泥前期混凝沉淀处理时，使用铝盐混凝剂，使污泥中含有铝成分。通过本发明技术方案，使得含有大量铝成分的污泥生成聚合状土团粒：3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O。 

本发明的有益效果是：添加物来源充足，价格低廉，操作简单，干化后污泥含水量在50%左右，脱水效果明显，且对生产设备无特殊要求，适宜推广大规模处理生活污泥。 

附图说明

图1是本发明的一种石灰投加量与污泥比阻的关系示意图。 

图2是本发明的一种生物质投加量与污泥比阻的关系示意图。 

具体实施方式

下面通过实施例，并参考图表，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 

本实施例一种污泥多元调质工艺，添加物配方是：按污泥绝干质量计分别添加15%的石灰、15%的生物质、0.1%的PAM，搅拌均匀，其中，生物质为无机物质的工业废角料，经处理，粒度为25目，含水率≤50%，发热量在1700Cal/g以上；PAM采用阳离子型聚丙烯酰胺，离子度35，分子量为800万。 

污泥来自于造纸污泥，含水率≈80%。前期混凝沉淀处理时，使用铝盐混凝剂，使污泥中含有大量的铝成分。 

将污泥与添加物均匀混合，使添加中的石灰与污泥中所含的水分发生化学反应并产生热量： 

CaO+H2O→Ca(OH)2+热量

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O+热量

以下图表是本技术方案工艺操作所得部分数据列表及关系：

图表一：石灰投加量对污泥中粪大肠杆菌的影响

项目	粪大肠菌群
		原始湿污泥	≥15000
投加5%的CaO	≥2200
		投加15%的CaO	未检出
投加30%的CaO	未检出

参见附图1，可知石灰投加量与污泥比阻的关系，附图2是生物质投加量与污泥比阻的关系图。

由此可知，在设定范围内石灰投加量越大，粪大肠杆菌越少，污泥比阻越小，生物质投加量越大污泥比阻越小，而污泥比阻越小意味着脱水难度越低，考虑到成本等因素可综合灵活利用，以达到最佳脱水效果。 

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的方法均属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种污泥多元调质工艺，其特征在于添加物具有以下配方：按污泥绝干质量计分别添加5～15%的石灰、5～20%的生物质、0.1%的PAM并搅拌均匀；将污泥与添加物均匀混合，其中添加物中的石灰与污泥中所含的水分发生化学反应并产生热量；所述的生物质为工业废角料，是无机物质，以降低污泥压缩性系数，所述的生物质粒度为20～30目，含水率≤50%，发热量≥1700Cal/g；所述的污泥含水率为75～85%；来自污水厂的污泥或外来污泥前期混凝沉淀处理时，使用铝盐混凝剂，使污泥中含有铝成分。

2.根据权利要求1所述的一种污泥多元调质工艺，其特征在于所述的石灰为细石灰，石灰与污泥中的水分反应生成碱性物质，在碱性物质的作用下致使污泥中的pH值增高，使污泥的胶质粘性链断裂分解。

3.根据权利要求1或2所述的一种污泥多元调质工艺，其特征在于所述的PAM采用阳离子型聚丙烯酰胺，其投加量视污泥比阻值做适时调整。

4.根据权利要求3所述的一种污泥多元调质工艺，其特征在于所述的阳离子型聚丙烯酰胺，离子度35，分子量为800万。

5.根据权利要求1或2所述的一种污泥多元调质工艺，其特征在于污泥脱水性能的检测指标采用污泥的比阻(R)。