CN104261652B - 高效污泥脱水絮凝剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效污泥脱水絮凝剂，包括混合物A和混合物B，所述混合物A包括以下质量份的几种组分：含1%-5%土壤菌的硅藻土100份、活性炭10～30份、水泥20～50份、有机絮凝剂2～5份，所述混合物B包括以下质量份的几种组分中的至少3种：硫代硫酸钠16～32份、氧化铁16～32份、硫酸钙48～96份、硫酸铝32～80份以及碱金属碳酸盐16～32份。本发明直接投加到含水污泥中搅拌均匀后机械脱水，可将污泥含水率降至60%以下，脱除的水不需要进一步处理即可达标排放，污泥中的重金属被固定在污泥内部，不会被植物根系吸收以及扩散在土壤及水中，脱水后污泥可做肥料原料、燃料原料、建筑材料原料，且无二次污染。

Description

高效污泥脱水絮凝剂

技术领域

本发明涉及一种可用于城市生活污泥、自来水厂污泥、工业污泥以及江、河、湖泊的污泥进行高效脱水处理的脱水剂。

背景技术

污泥经浓缩之后，通常其含水率仍在94%以上，呈流动状，体积很大，因此还需进行污泥脱水。浓缩主要是分离污泥中的间隙水，而脱水则主要是将污泥中的吸附水和毛细水分离出来，这部分水分约占污泥中总含水量的15～25%。污泥脱水是污泥处理费用中较高但又极其关键的过程之一，污泥脱水性能的好坏直接关系到整个污泥处理系统工作的优劣。

污泥脱水技术主要分为自然干化脱水和机械脱水两大类。自然干化脱水是将污泥摊置到由级配砂石铺垫的干化场上，通过蒸发、渗透和清液溢流等方式实现脱水。这种脱水方式适于村镇小型污水处理厂的污泥处理，维护管理工作量很大，且产生大范围的恶臭。机械脱水是利用机械设备进行污泥脱水，因而占地少，与自然干化相比，恶臭影响也较小，但运行维护费用较高。机械脱水的种类很多，按脱水原理可分为真空过滤脱水、压滤脱水和离心脱水三大类，国外目前正在开发螺旋压榨脱水，但尚未大量推广。

单纯使用机械脱水，脱水后污泥的含水率在70%以上。目前，比较好的几种污泥处理方法是：①将污泥油炸，使水份脱除后，将固体物做燃料的原料使用；此法存在的缺点是：投资一条污泥处理生产线，需要8000多万元人民币，并且运行成本极高，以工艺中设备10年寿命计，每处理一吨污泥需要50万元人民币，运行成本约为180元左右；②许多国家用发电石发电尾气将污泥烘干，将固体物做燃料的原料，此法存在的缺点是：投资大，运行成本高，每处理一吨污泥需要10-12万元人民币，运行成本约为200元左右；③将污泥发酵后做成肥料，此法存在的缺点是：污泥中的汞、锌等重金属易通过植物根系被吸收，使粮食和蔬菜的重金属含量超标，对人体健康产生危害。

发明内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高效污泥脱水絮凝剂，无论对于酸性还是碱性污泥，均能与污泥颗粒快速形成坚固絮体，取得相比现有技术更高的脱水率，且制备和运行成本低、脱水操作简单。

本发明的技术方案是：

一种高效污泥脱水絮凝剂，为粉末状，由混合物A和混合物B混合而成，所述混合物A包括以下质量份的几种组分：含1%-5%土壤菌的硅藻土100份、活性炭10～30份、水泥20～50份及有机絮凝剂2～5份，所述混合物B包括以下质量份的几种组分：硫代硫酸钠16～32份以及下列任意两种以上的组分：氧化铁16～32份、硫酸钙48～96份、硫酸铝32～80份以及碱金属碳酸盐16～32份，所述混合物B占总量的质量百分比为20%～30%。

所述硅藻土可以为淡水硅藻土、海水硅藻土或淡水硅藻土与海水硅藻土二者任意比例的混合物。

所述土壤菌可以是枯草菌、杆菌、绿脓菌中的一种或多种。

所述活性炭优选为经100目筛子筛分后得到的较细粒度的活性炭。

所述水泥优选为波特兰水泥、高炉水泥、粉煤灰水泥和以铝酸钙为主原料制备的水泥（简称铝酸钙水泥）中的任意一种或任意多种的任意比例的混合物。

所述有机絮凝剂优选采用聚二甲基二烯丙基氯化铵，也可以采用其他具有类似特性的其他有机絮凝剂。

所述碱金属碳酸盐可以是碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁和白云石中的任意一种或任意几种的任意比例的混合物。

对于前述任意一种所述的高效污泥脱水絮凝剂，可以采用如下步骤制得：（1）按各自的质量份配比，将组成所述混合物A的各组分混合均匀；（2）按各自的质量份配比，将组成所述混合物B的各组分混合均匀；（3）按比例向所述混合物A中加入所述混合物B并均匀混合得到粉末状混合物，所述混合物B占总量（混合物A和混合物B混合后的絮凝剂总量）的质量百分比为20%～30%。

所述污泥可以为城市生活污泥、自来水厂污泥、工业污泥或江、河、湖泊的污泥等各种适宜的污泥。

对于前述任意一种所述的高效污泥脱水絮凝剂，其污泥脱水的方法为：将絮凝剂按比例加入待处理污泥中，混合后静置3-6小时，加入待处理污泥中的絮凝剂与待处理污泥的质量比优选为1%-3%。

本发明的有益效果为：在各组分的协同作用下，能快速改变污泥成分的微观状态，脱水絮凝剂与污泥颗粒快速形成坚固絮体，有利于污泥比阻的减小，并使原本与污泥分子吸附在一起的水分子/集团脱稳，使得本发明能够达到较现有技术显著的脱水效果和脱水效率。

所述硅藻土可作为污泥脱水的调理剂降低污泥比阻值，从而提高污泥的脱水性能；所述活性炭比表面积大、活性位点多，具有吸附污泥中的间隙水、毛细水的作用，可改变水与污泥固体物之间的结合状态，显著提高脱水率，同时对污泥中的重金属还具有强吸附作用，有利于对重金属的捕获和固化；水泥在污泥脱水的同时增加污泥的固化性，使污泥在自然状态下迅速干燥并达到定型化干燥程度，以减少污泥的恶臭，并有利于污泥在建筑物添加剂、道路地基添加剂中的应用；硫代硫酸钠与污泥中的重金属产生反应，可形成不溶性的硫代硫酸金属化合物，因此可起到对于污泥中的重金属的良好的固化效果；硅藻土中的土壤菌可以在硅藻土成分的协同作用下，通过离子交换、络合、载体跨膜运输等物理化学过程实现对污泥中重金属的固化，并能够延缓或减轻有机物的腐败；硫酸钙可以充当絮凝和固化反应的助剂，进一步提高污泥脱水和重金属固化的效率，重金属被有效地固化在污泥中，可以避免重金属被植物根系吸收，并且也避免了重金属扩散到土壤及附近水体中，碳酸钙等碱金属碳酸盐易溶于污水之中，能促使污泥形成碱性环境，起到除臭的作用；所述硫代硫酸钠可以与污泥中的重金属产生反应，形成不溶性的硫代硫酸金属化合物，从而达到固化污泥中重金属的效果；所述氧化铁对污泥的絮凝、改性起到较好的触媒作用；所述硫酸钙的主要功能是中和硫酸铝离解时产生的游离酸，另外它还是絮凝和固化反应的助剂；所述硫酸铝属于无机混凝剂，可促进污泥颗粒絮凝，改善污泥的脱水性能。

本发明在使用时直接投加到待处理污泥中（待进行脱水处理的含水污泥）中，搅拌均匀后进行机械脱水即可，无需事先溶解，处理工艺简单，运行成本较低，污泥泥饼含水率可降至60%以下，污泥脱除的水不需要进一步处理即可达标排放。同时，能有效捕集胶体颗粒，形成不易搅碎的坚固絮体，污泥中的重金属被固定在污泥内部、污泥自身被改性为与自然土壤相近的土质，因此，经本脱水絮凝剂处理的脱水污泥可以用来作为土壤利用、生产陶泥或建筑材料的原材料，实现了污泥的资源化利用。

本发明制备成本低，使用时不必先溶解而是采用直接投加的方式即可，因此运行成本低、工艺简单，且适用范围广，无论对于酸性还是碱性污泥，其均能与污泥颗粒能快速形成坚固絮体，有利于污泥比阻的减小，增强了污泥的脱水性能，促进脱水后滤饼的含固率提高，改善污泥的脱水效果。同时本发明还能够使污泥中的重金属被固化，因此不会被植物根系吸收，也不会被扩散在土壤及水中，因此用本发明脱水后的污泥做肥料原料、燃料原料或建筑材料的原料，不产生二次污染，更重要的是污泥脱除的水不需要进一步处理即可达标排放。

具体实施方式

以下是本发明的几个实施例：

实施例1：

（1）高效污泥脱水絮凝剂的制备

1）取含2%土壤菌的硅藻土100kg，向其中添加10kg的活性炭、20kg的水泥及2kg的有机絮凝剂（聚二甲基二烯丙基氯化铵），混合均匀，配制成混合物A；

2）分别取硫代硫酸钠16kg、氧化铁16kg和硫酸钙48kg，混合均匀，配制成混合物B；

3）按混合物B:混合物A为20:80的比例，将相应比例的混合物B加入到混合物A中，均匀混合即可配制成高效污泥脱水絮凝剂。

（2）污泥污水预处理

取含水率重量比为78.5%的生活污水污泥，加水调制至含水率重量比为92%，形成含水率（质量百分比，下同）为92%的污水污泥。

（3）污泥脱水对比实验

取常用污泥脱水剂聚合硫酸铁（PFS）和本发明的所述高效污泥脱水絮凝剂各10公斤分别施加于上述含水率为92%的污水污泥中，污水污泥的质量均为1000公斤，用翻土机将预处理后的污泥与污泥脱水剂混匀，静置4小时后，经测定，采用PFS和本发明的所述高效污泥脱水絮凝剂脱水后的污泥含水率分别为70%和50.6%。

（4）重金属溶出率对比实验

采用酸碱中和容量实验和渗透溶率试验相结合，对上述分别经过PFS和本发明的高效污泥脱水絮凝剂脱水处理后的污泥进行重金属溶出率的对比测定实验，经测定（依据GB5085.3-2007规定的相同测定方法，下同），经PFS和本发明的脱水剂脱水处理后的污泥的重金属溶出率分别为25%和0，采用本发明高效污泥脱水絮凝剂进行脱水处理前后污泥中的重金属污染物含量如表1所示。

表1，高效污泥脱水絮凝剂进行脱水处理前后污泥中的重金属污染物含量（实施例1）

实施例2：

（1）高效污泥脱水絮凝剂的制备

1）取含3%土壤菌的硅藻土100kg，向其中添加20kg的活性炭、35kg的水泥及4kg的有机絮凝剂（聚二甲基二烯丙基氯化铵），混合均匀，配制成混合物A；

2）分别取硫代硫酸钠24kg、氧化铁24kg、硫酸钙72kg和硫酸铝56kg混合均匀，配制成混合物B；

3）按混合物B:混合物A为30:70的比例，将相应比例的混合物B加入到混合物A中，均匀混合即可配制成高效污泥脱水絮凝剂。

（2）污泥污水预处理

取含水率重量比为82.5%的生活污水污泥，加水调制至含水率重量比为95%，形成含水率为95%的污水污泥。

（3）污泥脱水对比实验

取常用污泥脱水剂聚合硫酸铁（PFS）和本发明的所述高效污泥脱水絮凝剂各20公斤分别施加于上述含水率为95%的污水污泥中，污水污泥的质量均为1000公斤，，用翻土机将预处理后的污泥与污泥脱水剂混匀，静置3小时后，经测定，采用PFS和本发明的所述高效污泥脱水絮凝剂脱水后的污泥的含水率分别为75%和55%。

（4）重金属溶出率对比实验

采用酸碱中和容量实验和渗透溶率试验相结合，对上述分别经过PFS和本发明的高效污泥脱水絮凝剂脱水处理后的污泥进行重金属溶出率的对比测定实验，经测定，经PFS和本发明的脱水剂处理的污泥的重金属溶出率分别为33%和0，采用本发明高效污泥脱水絮凝剂进行脱水处理前后污泥中的重金属污染物含量如表2所示。

表2，高效污泥脱水絮凝剂进行脱水处理前后污泥中的重金属污染物含量（实施例2）

实施例3：

（1）高效污泥脱水絮凝剂的制备

1）取含4%土壤菌的硅藻土100kg，向其中添加30kg的活性炭、50kg的水泥及5kg的有机絮凝剂（聚二甲基二烯丙基氯化铵），配制成混合物A；

2）分别取硫代硫酸钠30kg、氧化铁28kg、硫酸钙80kg、硫酸铝80kg和碱金属碳酸盐（碳酸钙）24kg混合均匀，配制成混合物B；

3）将混合物B加入到混合物A中，均匀混合即可配制成高效污泥脱水絮凝剂。

（2）污泥污水预处理

取含水率重量比为89.3%的印染污水污泥，加水调制至含水率重量比为93%，形成含水率为93%的污水污泥。

（3）污泥脱水对比实验

取常用污泥脱水剂聚合硫酸铁（PFS）和本发明的所述高效污泥脱水絮凝剂各30公斤分别施加于上述含水率为93%的污水污泥中，污水污泥的质量均为1000公斤，，用翻土机将预处理后的污泥与污泥脱水剂混匀，静置6小时后，经测定，采用PFS和本发明的所述高效污泥脱水絮凝剂脱水后的污泥含水率重量比分别为72%和50.2%。

（4）重金属溶出率对比实验

采用酸碱中和容量实验和渗透溶率试验相结合，对上述分别经过PFS和本发明的高效污泥脱水絮凝剂脱水处理后的污泥进行重金属溶出率的对比测定实验，经测定，经PFS和本发明的脱水剂脱水处理后的污泥的重金属溶出率分别为27%和0，采用本发明高效污泥脱水絮凝剂进行脱水处理前后污泥中的重金属污染物含量如表2所示。

表3，高效污泥脱水絮凝剂进行脱水处理前后污泥中的重金属污染物含量（实施例3）

为减小篇幅，下面几个实施例仅给出脱水絮凝剂的组分配比，具体制备方式与实施例1-3相同，对于重金属污染状况与实施例1-3相仿的污泥进行脱水实验，脱水处理前污水的含水量为91-98%，脱水处理后的含水量为50-55%，处理后的重金属浓度均符合相应标准（GB5085.3-2007）的规定，同时，在各实施例下对常见的若干相关有机絮凝剂、碱金属碳酸盐、土壤菌和水泥进行平行实验，结果显示制备出的脱水絮凝剂的脱水效果相仿，脱水后的含水量均在50-55%，对重金属污染物的固化效果明显，处理后污泥中的重金属测定结果均相应标准的限定，采用优选的各具体成分制备的脱水絮凝剂，脱水处理后污泥中的重金属含量明显低于相应标准规定的上限（阈值）。由于采用不同的有机絮凝剂、碱金属碳酸盐、土壤菌和水泥均能在所需程度上实现本发明所应实现的反应机理和反应效果，由此可以推知均能够实现本发明的技术效果和目的。

实施例4：

混合物A：含1%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭10kg、波特兰水泥50kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵3.5kg。

混合物B：硫代硫酸钠16kg、氧化铁32kg、硫酸钠63kg、硫酸铝32kg以及碳酸钠32kg。

混合物B与混合物A的质量比：25:75。

实施例5：

混合物A：含3.5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭30kg、波特兰水泥35kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵2kg。

混合物B：硫代硫酸钠32kg、氧化铁26kg、硫酸钠48kg、硫酸铝80kg以及碳酸钠25kg。

混合物B与混合物A的质量比：20:80。

实施例6：

混合物A：含5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭20kg、波特兰水泥20kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵5kg。

混合物B：硫代硫酸钠26kg、氧化铁16kg、硫酸钠96kg、硫酸铝60kg以及碳酸钠16kg。

混合物B与混合物A的质量比：30:70。

实施例7：

混合物A：含4%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭10kg、波特兰水泥50kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵3.5kg。

混合物B：硫代硫酸钠32kg、氧化铁16kg、硫酸钠96kg、硫酸铝66kg以及碳酸钠32kg。

混合物B与混合物A的质量比：30:70。

实施例8：

混合物A：含4.5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭22kg、波特兰水泥41kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵3.3kg。

混合物B：硫代硫酸钠32kg、硫酸钠96kg、硫酸铝32kg以及碳酸钠16kg。

混合物B与混合物A的质量比：20:80。

实施例9：

混合物A：含2.5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭10kg、波特兰水泥20kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵5kg。

混合物B：硫代硫酸钠32kg、氧化铁16kg、硫酸铝80kg以及碳酸钠19kg。

混合物B与混合物A的质量比：27:73。

实施例10：

混合物A：含5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭18kg、波特兰水泥20kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵5kg。

混合物B：硫代硫酸钠16kg、氧化铁30kg、硫酸钠58kg以及碳酸钠30kg。

混合物B与混合物A的质量比：23:-77。

实施例11：

混合物A：含1%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭25kg、波特兰水泥25kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵2.5kg。

混合物B：硫代硫酸钠32kg、氧化铁16kg、硫酸钠96kg以及硫酸铝32kg。

混合物B与混合物A的质量比：18:72。

实施例12：

混合物A：含5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭19kg、波特兰水泥29kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵2.9kg。

混合物B：硫代硫酸钠16kg、硫酸钠96kg以及碳酸钠20kg。

混合物B与混合物A的质量比：25:75。

实施例13：

混合物A：含5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭10kg、波特兰水泥20kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵2kg。

混合物B：硫代硫酸钠32kg、氧化铁16kg以及硫酸钠55kg。

混合物B与混合物A的质量比：20:80。

实施例14：

混合物A：含5%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭30kg、波特兰水泥50kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵5kg。

混合物B：硫代硫酸钠16kg、硫酸铝80kg以及碳酸钠16kg。

混合物B与混合物A的质量比：20:80。

实施例15：

混合物A：含1%土壤菌的硅藻土100kg、活性炭10kg、波特兰水泥50kg及聚二甲基二烯丙基氯化铵5kg。

混合物B：硫代硫酸钠16kg、氧化铁32kg以及硫酸钠68kg。

混合物B与混合物A的质量比：30:70。

在上述实施例下，经多种具体成分的替换实验显示，所述波特兰水泥可采用高铝水泥、粉煤灰水泥和铝酸钙水泥中的任意一种或任意多种的任意比例的混合物替代，能够取得相同或相仿的效果，所述聚二甲基二烯丙基氯化铵可以采用具有相同或相仿吸附特性的其他有机絮凝剂替代，能够取得相同或相仿的效果，所述碳酸钠可用碳酸钙、碳酸镁和白云石中的任意一种或任意几种的任意比例的混合物替代，能够取得相同或相仿的效果，所述土壤菌采用枯草菌、杆菌、绿脓菌中的任意一种或任意多种，能够取得相同或相仿的效果。

将这些高效污泥脱水絮凝剂混入待处理污泥中，其能与污泥颗粒快速形成坚固絮体，有利于污泥比阻的减小，从而增强了污泥的脱水性能，促进脱水后滤饼的含固率提高，改善污泥的脱水效果，污泥脱除的水不需要进一步处理即可达标排放。同时，污泥中所含有的重金属类物质不会再溶出，污泥中残留的有机物的腐败物也会吸附作用和被土壤菌所抑制，随着时间的推移，可以自然腐殖化。

Claims (8)

1.一种高效污泥脱水絮凝剂，为粉末状，其特征在于由混合物A和混合物B混合而成，所述混合物A包括以下质量份的几种组分：含1%-5%土壤菌的硅藻土100份、活性炭10～30份、水泥20～50份及有机絮凝剂2～5份，所述土壤菌是枯草菌、杆菌、绿脓菌中的一种或多种，所述水泥为波特兰水泥、高铝水泥、粉煤灰水泥和以铝酸钙为主原料制备的水泥中的任意一种或任意多种的任意比例的混合物，所述混合物B包括以下质量份的几种组分：硫代硫酸钠16～32份以及下列任意两种以上的组分：氧化铁16～32份、硫酸钙48～96份、硫酸铝32～80份以及碱金属碳酸盐16～32份，所述混合物B占总量的质量百分比为20%～30%。

2.如权利要求1所述的高效污泥脱水絮凝剂，其特征在于所述硅藻土为淡水硅藻土、海水硅藻土或淡水硅藻土与海水硅藻土二者任意比例的混合物。

3.如权利要求1所述的高效污泥脱水絮凝剂，其特征在于所述活性炭是经100目筛子筛分后得到的较细粒度的活性炭。

4.如权利要求1所述的高效污泥脱水絮凝剂，其特征在于所述有机絮凝剂采用聚二甲基二烯丙基氯化铵。

5.如权利要求1所述的高效污泥脱水絮凝剂，其特征在于所述碱金属碳酸盐是碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁和白云石中的任意一种或任意几种的任意比例的混合物。

6.如权利要求1-5中任意一种所述的高效污泥脱水絮凝剂，其特征在于其采用如下步骤制得：（1）按各自的质量份配比，将组成所述混合物A的各组分混合均匀；（2）按各自的质量份配比，将组成所述混合物B的各组分混合均匀；（3）按比例向所述混合物A中加入所述混合物B并均匀混合得到粉末状混合物，所述混合物B占总量的质量百分比为20%～30%。

7.如权利要求6所述的高效污泥脱水絮凝剂，其特征在于所述污泥为城市生活污泥、自来水厂污泥、工业污泥或江、河、湖泊的污泥。

8.如权利要求7所述的高效污泥脱水絮凝剂，其特征在于其污泥脱水的方法为：将絮凝剂按比例加入待处理污泥中，混合后静置3-6小时，加入待处理污泥中的絮凝剂与待处理污泥的质量比为1%-3%。