CN104016566A - 一种污泥脱水絮凝剂及其脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥脱水絮凝剂及其深度脱水方法水方法，所述污泥脱水絮凝剂由如下重量百分比的各组分组成：氧化铝5~27%、甲壳素4~18%、二氧化硅13~25%、丙烯酰胺10~24%、氯化钠6~18%、浓硫酸2~13%，所述絮凝剂原料来源广泛、且价格低廉。本发明还提供了一种利用所述高效絮凝剂深度脱水的方法，利用本发明的污泥脱水絮凝剂及其脱水方法处理污泥，在减少污泥脱水时间的同时还能实现污泥的深度脱水，可直接将1吨含水率为60%～99%的污泥在45分钟内脱水至含水率达到25-45%，大大方便了污泥的后续处理，满足后续进行复耕、绿化的要求，解决了大量堆放污泥的处理处置难题。另外，本发明方法无须使用压滤或离心设备，大大降低了污泥脱水处理的运行成本。

Description

一种污泥脱水絮凝剂及其脱水方法

技术领域

本发明属于污泥脱水技术，特别涉及一种污泥脱水絮凝剂及其脱水方法。

背景技术

近年来，随着我国社会经济的高速发展和人口密度的迅猛增加，我国城镇污水处理厂污水处理量日益增加， 由此将产生大量活性污泥，引起的二次污染问题已不容忽视。由于这些活性污泥不仅性质很不稳定、力学性能差、极易腐化，而且体积非常庞大，含水率较高，普遍存在着“重水轻泥”的问题，不利于运输和处置，也无法进行后续的土地利用，造成大量土地资源的浪费。因此，作为一种具有巨大环境污染危害的废弃物，污泥如何妥善处理处置已经成为公众关注的环境问题。

目前，污泥的处理工艺主要包括污泥的浓缩、消化、脱水、干化及焚烧、制有机肥以及填埋等方法处理。然而，污泥含水率高，污泥与水分子的结合非常紧密，脱水困难是制约污泥处理处置的关键因素。污泥中的水分按其状态共分为四种，包括间隙水、毛细水、吸附水、结合水，其中间隙水一般占污泥总含水量的70%左右，这些间隙水与污泥颗粒的水分结合势能较高，直接采用真空预压、堆载预压等常规排水方法，只能将极少的自由水脱出，污泥的物理力学性质基本得不到改善。针对污泥脱水的难题，国内外研究人员开发出了一系列污泥脱水剂及其脱水方法，脱水剂主要采用无机、有机或其混合型絮凝剂，无机絮凝剂如铁盐、铝盐、钙离子等通过电性中和、压缩双电层、降低斥力电位，从而减少微粒间的排斥作用，达到聚沉的目的；有机絮凝剂，如聚丙烯酰胺类主要通过高分子化合物的吸附和桥联作用使微粒聚集在一起，形成较大絮体而沉降。例如，申请号为CN102180582A的专利公开了一种高效无机污泥脱水剂，由以下组分按不同重量百分比组成：氯化钠25~50％、氯化镁35~60％、氯化铁1~10％、98％浓硫酸1-5％；专利号为CN 102515464 B的专利和申请号为CN 102515465 A的专利也分别公开了利用以SiO₂、Al₂O₃为主要成分的黄金尾矿和煤粉制备复合污泥絮凝脱水调理剂的方法，指出Si、Al、Ca这些元素恰恰是复合型无机高分子污泥脱水剂的主要成份；申请号为CN 103193374 A的专利一种污泥脱水调质剂及其污泥脱水的方法，所述脱水调质剂由聚丙烯酰胺、无机高分子絮凝剂、粉煤灰、表面活性剂组成；申请号为CN 102702387 A的专利记载了一种利用脱乙酰度为23%的干燥甲壳素为原料制备浅黄色的甲壳素季鏻盐，作为杀菌污泥脱水剂的方法，大大改善了现有脱乙酰基的甲壳素直接用于污泥脱水剂脱水效果差的缺陷。但这些现有技术存在用药量大，成本高、且脱水率低、脱水周期长的缺陷。另外，对于几万甚至十几万方的污泥，是不可能实现将其再次输送进入脱水设备进行深度脱水的。因此，开发出一种低廉高效污泥脱水剂，采用新型原位脱水技术改善污泥的物理力学性质，将污泥堆场改造为可以满足土地绿化等要求的场地，是目前亟待解决的环境问题之一。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的第一个目的在于通过对现有污泥脱水剂的组方进行研究，提供一种工艺简单、成本低廉、脱水速度快、脱水效率高的污泥脱水絮凝剂。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种污泥脱水絮凝剂，其特征在于：所述污泥脱水絮凝剂其组分和含量按如下重量百分比的成分组成：

氧化铝          5~27%          

甲壳素          4~18%

二氧化硅        13~25%  

丙烯酰胺        10~24%  

氯化钠          6~18%         

浓硫酸          2~13%  。

本发明的另一目的在于提供一种污泥脱水方法，包括如下步骤：

（1）制备所述污泥脱水絮凝剂，其中，所述絮凝剂由如下重量百分比含量的各组分组成：氧化铝含量为所述絮凝剂总量的5~27%、甲壳素含量为所述絮凝剂总量的4~18%、二氧化硅含量为所述絮凝剂总量的13~25%、丙烯酰胺含量为所述絮凝剂总量的10~24%、氯化钠含量为所述絮凝剂总量的6~18%，浓硫酸含量为所述絮凝剂总量的2~13%，将所述氧化铝、甲壳素、二氧化硅、丙烯酰胺、氯化钠按所述含量混合均匀后研碎成粉末，待用，将所述浓硫酸单独放置，待用；

（2）取含水率为60～99%的待处理污泥，在污泥中先添加步骤（1）中所述混合均匀研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤（1）中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥，其中，所述絮凝剂的用量为污泥重量的5 ～10%；

（3）将步骤（2）中所述调质好的污泥静置25~45分钟，静置后污泥与水分层、污泥沉淀在底层，较清澈的水则聚集在污泥上方，将上层清水取出后，分别测出底层污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。

本发明的污泥脱水絮凝剂脱水原理如下所述：   

丙烯酰胺的作用

丙烯酰胺通过中和一些污泥小颗粒上的表面带电电荷，使单个小颗粒变得不稳定来促进絮凝作用，然后小颗粒被絮凝剂所吸附，从而在颗粒间起到活性官能基架桥作用，再絮凝形成较大的絮状物。

甲壳素的作用

甲壳素在水中可以形成絮凝分子，絮凝分子借助离子键、氢键同时结合了多个污泥颗粒分子，因而起到“中间桥梁”的作用。本发明中，甲壳素在水中可以形成的絮凝分子，可以把这些颗粒联结在一起，从而使之形成一个大的整体沉淀下来，进而促进絮凝效果。

氯化钠的作用

由固体溶解度可知，在污泥中加入氯化钠后，其他与氯离子结合的化学物质，如钙离子、镁离子等在水中的溶解量会降低，从而促进钙离子、镁离子等的沉淀。在本发明污泥脱水过程中，钙离子、镁离子等扩散在污泥中，随着钙离子、镁离子等的沉淀，会加速污泥沉淀过程。

氧化铝的作用

本发明在污泥中加入氧化铝后，氧化铝在水中溶解生成氢氧根，氢氧根与钙离子、镁离子等结合，使钙离子、镁离子等生成沉淀。本发明的污泥脱水絮凝剂，在污泥脱水过程中，钙离子、镁离子等又扩散在污泥中，随着钙离子、镁离子等的沉淀，也会加速污泥的沉淀。

二氧化硅的作用

二氧化硅能与污泥中的一些金属离子反应，使他们沉淀下来，同时这些沉淀又可以促进污泥的沉淀，加速了污泥沉淀过程。

浓硫酸的作用

浓硫酸的作用主要有两点：1、作为催化剂，在本发明专利中，浓硫酸能加速化学药品，如氧化铝、二氧化硅等发挥作用，进而促进整个污泥脱水过程，节约时间；2、在本发明所述污泥脱水方法中，浓硫酸能与污泥中的钙离子、镁离子等结合，使钙离子、镁离子等生成沉淀，由于钙离子、镁离子等扩散在污泥中，随着钙离子、镁离子等的沉淀，加速了污泥的沉淀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明的一种污泥脱水絮凝剂，采用的组分如甲壳素、丙烯酰胺等原料来源广泛、且价格低廉，大大降低了污泥脱水处理的运行成本；（2）利用本发明的污泥脱水絮凝剂及其脱水方法处理污泥，在减少污泥脱水时间的同时还能实现污泥的深度脱水，可直接将1吨含水率为60%～99%的污泥在45分钟内脱水至含水率达到25-45%，大大方便了污泥的后续处理；（3）本发明方法无须使用压滤或离心设备即可实现污泥深度脱水，直接在待处理的污泥中加入所述絮凝剂后，静置一段时间即可，进一步节省了污泥脱水处理成本；（4）本发明方法通过电性中和作用、离子沉淀反应、催化以及桥联作用聚集沉降，实现了污泥原位处理，提高了污泥的物理力学性质，满足后续进行复耕、绿化的要求，解决了大量堆放污泥的处理处置难题。

具体实施方式

实施例1

（1）制备所述污泥脱水絮凝剂50Kg，其中，所述絮凝剂各组分含量如下：氧化铝2.5Kg、甲壳素9Kg、二氧化硅12.5Kg、丙烯酰胺12Kg、氯化钠7.5Kg，浓硫酸6.5Kg，将所述氧化铝、甲壳素、二氧化硅、丙烯酰胺、氯化钠按所述重量混合均匀后研碎成粉末，待用，将所述浓硫酸单独放置，待用；

（2）取1吨含水率为60%的待处理污泥，在污泥中添加步骤（1）中所述研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤（1）中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥；

（3）将步骤（2）中所述调质好的污泥静置25~45分钟，静置后污泥与水分层、污泥沉淀在底层，较清澈的水则聚集在污泥上方，将上层清水取出后，分别测出底层污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。

实施例2

（1）制备所述污泥脱水絮凝剂80Kg，其中，所述絮凝剂各组分含量如下：氧化铝21.6Kg、甲壳素3.2Kg、二氧化硅20Kg、丙烯酰胺19.2Kg、氯化钠14.4Kg，浓硫酸1.6Kg，将所述氧化铝、甲壳素、二氧化硅、丙烯酰胺、氯化钠按所述重量混合均匀后研碎成粉末，待用，将所述浓硫酸单独放置，待用；

（2）取1吨含水率为70%的待处理污泥，在污泥中添加步骤（1）中所述研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤（1）中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥； 

（3）将步骤（2）中所述调质好的污泥静置25~45分钟，静置后污泥与水分层、污泥沉淀在底层，较清澈的水则聚集在污泥上方，将上层清水取出后，分别测出底层污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。

实施例3

（1）制备所述污泥脱水絮凝剂100Kg，其中，所述絮凝剂各组分含量如下：氧化铝25Kg、甲壳素18Kg、二氧化硅13Kg、丙烯酰胺24Kg、氯化钠10Kg，浓硫酸10Kg，将所述氧化铝、甲壳素、二氧化硅、丙烯酰胺、氯化钠按所述重量混合均匀后研碎成粉末，待用，将所述浓硫酸单独放置，待用；

（2）取1吨含水率为80%的待处理污泥，在污泥中添加步骤（1）中所述研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤（1）中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥；

（3）将步骤（2）中所述调质好的污泥静置25~45分钟，静置后污泥与水分层、污泥沉淀在底层，较清澈的水则聚集在污泥上方，将上层清水取出后，分别测出底层污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。

实施例4

（1）制备所述污泥脱水絮凝剂140Kg，其中，所述絮凝剂各组分含量如下：氧化铝 37.8Kg、甲壳素21Kg、二氧化硅28Kg、丙烯酰胺28Kg、氯化钠8.4Kg，浓硫酸16.8Kg，将所述氧化铝、甲壳素、二氧化硅、丙烯酰胺、氯化钠按所述重量混合均匀后研碎成粉末，待用，将所述浓硫酸单独放置，待用；

（2）取1吨含水率为90%的待处理污泥，在污泥中添加步骤（1）中所述研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤（1）中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥； 

（3）将步骤（2）中所述调质好的污泥静置25~45分钟，静置后污泥与水分层、污泥沉淀在底层，较清澈的水则聚集在污泥上方，将上层清水取出后，分别测出底层污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。

实施例5

（1）制备所述污泥脱水絮凝剂140Kg，其中，所述絮凝剂的用量为：氧化铝33.6Kg、甲壳素21Kg、二氧化硅28Kg、丙烯酰胺14Kg、氯化钠25.2Kg，浓硫酸18.2Kg，将所述氧化铝、甲壳素、二氧化硅、丙烯酰胺、氯化钠按所述重量混合均匀后研碎成粉末，待用，将所述浓硫酸单独放置，待用；

（2）取1吨含水率为99%的待处理污泥，在污泥中添加步骤（1）中所述研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤（1）中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥；

（3）将步骤（2）中所述调质好的污泥静置25~45分钟，静置后污泥与水分层、污泥沉淀在底层，较清澈的水则聚集在污泥上方，将上层清水取出后，分别测出底层污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。

表1含水率测试结果

Claims (2)

1.一种污泥脱水絮凝剂，其特征在于：所述污泥脱水絮凝剂其组分和含量按如下重量百分比的成分组成：

氧化铝          5~27%          

甲壳素          4~18%

二氧化硅        13~25%  

丙烯酰胺        10~24%  

氯化钠          6~18%         

浓硫酸          2~13%  。

2.一种根据权利要求1所述的污泥脱水絮凝剂深度脱水的方法，包括如下步骤：

（1）制备所述污泥脱水絮凝剂，其中，所述絮凝剂由如下重量百分比含量的各组分组成：氧化铝含量为所述絮凝剂总量的5~27%、甲壳素含量为所述絮凝剂总量的4~18%、二氧化硅含量为所述絮凝剂总量的13~25%、丙烯酰胺含量为所述絮凝剂总量的10~24%、氯化钠含量为所述絮凝剂总量的6~18%，浓硫酸含量为所述絮凝剂总量的2~13%，将所述氧化铝、甲壳素、二氧化硅、丙烯酰胺、氯化钠按所述含量混合均匀后研碎成粉末，待用，将所述浓硫酸单独放置，待用；

（2）取含水率为60～99%的待处理污泥，在污泥中先添加步骤（1）中所述混合均匀研碎后的粉末，搅拌均匀，然后再向污泥中加入步骤（1）中所述重量的浓硫酸，继续搅拌均匀，得到调质好的污泥，其中，所述絮凝剂的用量为污泥重量的5 ～14%；

（3）将步骤（2）中所述调质好的污泥静置25~45分钟，静置后污泥与水分层、污泥沉淀在底层，较清澈的水则聚集在污泥上方，将上层清水取出后，分别测出底层污泥在静置20分钟，25分钟，30分钟，35分钟，40分钟，45分钟后的含水率。