CN105228958A - 用于增稠或脱水污泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增稠或脱水污泥的方法，它至少包括：a)将絮凝剂添加到待处理的污泥的步骤；b)通过搅拌由此添加了絮凝剂的污泥的絮凝步骤，以便形成絮凝物和水溶液的混合物；c)机械分离在先前步骤期间形成的絮凝物和水溶液的步骤；d)回收组成经处理的污泥的水溶液和絮凝物的步骤；其特征在于：所添加的絮凝剂由至少一种阳离子型淀粉(A)和至少一种阳离子型聚丙烯酰胺(P)组成；该一种或多种阳离子型淀粉(A)包括至少2％的氮的固定重量百分比；并且包括的表示为固体的重量比(R)mA/(mA+mP)是在0.6和0.99之间。

Description

用于增稠或脱水污泥的方法
发明领域
本发明涉及使用至少一种阳离子型淀粉和一种阳离子型聚丙烯酰胺，用于增稠或脱水污泥的工艺。
现有技术
对来自人类的和工业活动的污水的处理导致污泥产生。总而言之，待处理的污泥主要由水组成，其中有机质是充分分散的。这一污泥经历用于机械分离污泥中包含的有机质和水的一个操作。这些操作包括在增稠工艺中，其中通常在排水台上或通过浮选法来进行机械分离的步骤，或另外包括在污泥脱水工艺中，该污泥脱水工艺通常使用离心、压滤机或带滤机技术。这些工艺目的在于获得具有高水平的干燥度的浓缩污泥，这就是说目的在于尽可能多地浓缩污泥的干物质，并且消除产生的水。然后，由此处理的污泥取决于其来源被运输至填埋场、用于农业散布的地点、或焚烧地点。
用于增稠或脱水污泥的目前工艺需要添加絮凝剂至待处理的污泥中。这将具有产生处于分散在水中的絮体形式的浓缩有机质的效果。然后通过先前提到的机械分离操作，从产生的水中分离这些絮体。然而，在它们的分离期间，后者会强加机械应力到形成的絮体上，并且因此这些絮体必须具有足够的机械强度，以使得能够耐受这些应力。
为此目的，目前主要将聚丙烯酰胺型的聚合物用于工业。这是因为事先通过这些聚合物絮凝的浓缩污泥通常具有高水平的干燥度。此外，絮体具有非常高的强度并且由此易于进行机械增稠或脱水操作。尽管这样，仍存在与它们的使用相关联的各种问题。首先，从一种单体即丙烯酰胺制造这些聚合物，通过2001年8月6日的指令67/548/EEC的第28次技术进步改编(the28thAdaptationtoTechnicalProgress(ATP)ofDirective67/548/EEC)，丙烯酰胺被添加到统一的欧洲分类的附件I(AnnexIoftheharmonizedEuropeanclassifications)中，其中它被值得注意地分类为当摄入时有毒，并且易于引起基因突变或癌症。因此与制造和使用丙烯酰胺有关的风险是不能否认的。在聚合物中痕量单体的存在还引起了关于使用聚丙烯酰胺的众多争论，尤其是在某些国家，例如德国。此外，使用聚丙烯酰胺用于污泥处理(当将其用于从水中分离絮体时)倾向于堵塞过滤机。另一问题是，这些聚丙烯酰胺还相对昂贵。
另一解决方案是使用阳离子型淀粉代替聚丙烯酰胺。这些产品具有从淀粉一种可再生资源制造的优点。在水处理而非污泥处理的更全面领域，可以提到以下文件：Bratskaya(伯拉特斯卡亚)等人，Macromol.Mater.andEng.(高分子材料与工程)，2005，290，第778-785页，该文件描述了使用不同类型的阳离子型淀粉作为絮凝剂用于水性低浓度高岭土溶液(高达1g/l的高岭土)。这些淀粉基絮凝剂使得与聚丙烯酰胺有关的问题得以解决，到目前为止，它们更廉价，并且通常制造自对人类及其环境具有更小毒性的产品。另一优点是，在通过过滤分离絮体和水的步骤中，当这些阳离子型淀粉用作絮凝剂时，观察到过滤机没有堵塞，这和使用聚丙烯酰胺时不一样。然而，与使用聚丙烯酰胺获得的那些相比，使用这些阳离子型淀粉形成的絮体具有非常低的强度。与使用聚丙烯酰胺时相比，在增稠或脱水步骤结束时获得的浓缩污泥还有具有更低水平的干燥度的缺点。
还已知的是，在序贯工艺中使用两种具有相反电荷的絮凝剂。因此，在专利US4,382,864中描述了用于脱水污泥的工艺，其中通过在剧烈搅拌下添加第一絮凝剂来进行絮体形成的第一步骤，并且通过在较弱搅拌下添加具有与第一絮凝剂相反的电荷的第二絮凝剂来进行第二絮凝步骤，使得能够增加絮体的尺寸。阴离子的和阳离子型絮凝剂可以是聚丙烯酰胺和淀粉。包括至少两个连续絮凝步骤的这一工艺在实施上是相对复杂的，并且每一絮凝步骤都要求搅拌速率的精确调节。
发明概述
因此目前对于发现使用小量的聚丙烯酰胺并且能够易于实施的增稠或脱水工艺仍存在需要，这些工艺使可能获得具有高水平的干燥度的污泥，并且其中在此工艺期间形成的絮体具有足够的机械强度，以允许易于机械分离絮体和水。
这正是本发明使得能够达到的，本发明涉及用于增稠或脱水污泥的工艺，至少包括：
a)将絮凝剂添加到待处理的污泥的步骤；
b)通过搅拌以此方式添加了絮凝剂的污泥的絮凝步骤，以便形成絮体和水溶液的混合物；
c)机械分离在先前步骤中形成的絮体和水溶液的步骤；
d)回收形成经处理的污泥的水溶液和絮体的步骤；
其中：
·添加的絮凝剂由至少一种阳离子型淀粉(A)和至少一种阳离子型聚丙烯酰胺(P)组成；
·该一种或多种阳离子型淀粉(A)包括至少2％的固定的氮的重量百分数；
·并且表示为干重的重量比(R)wS/(wS+wP)是在0.6和0.99之间。
使用具有相同(阳离子的)电荷的絮凝剂的这一工艺使得能够达到很好的折衷并且接近、匹配或甚至超过用一个使用阳离子型淀粉或阳离子型聚丙烯酰胺作为唯一絮凝剂的工艺所获得的结果。
包含流化的阳离子型淀粉的组合物描述于在本申请人名下的专利申请US2004/0112559A1中。这一阳离子型淀粉包括至多1.5％的固定的氮。这一组合物可以用于处理工业污水。此外，该淀粉质组合物还可以与聚丙烯酰胺组合。
如在实例中所示，对于处理工业污水有用并且包含至多1.5％固定的氮的这些阳离子型淀粉，当与阳离子型聚丙烯酰胺组合时，在污泥增稠或脱水工艺中并不允许实现足够的效率。
发明详细说明
本发明涉及用于处理污泥的工艺，更确切地涉及增稠或脱水工艺，其中使用了不同的污泥阳离子絮凝剂，也就是说，主要是阳离子型淀粉(A)，以及少量阳离子型聚丙烯酰胺(P)。
该阳离子型淀粉包括至少2％的固定的氮的重量百分数。
在本发明的背景下所用的阳离子型淀粉可以从任何类型的天然的或杂交来源的原淀粉中得到，包括从经历了基因突变或基因操作的植物生物体中衍生的淀粉。所述淀粉尤其可来源于以下各项：马铃薯、具有高支链淀粉含量的马铃薯(糯马铃薯)、小麦、具有高支链淀粉含量的小麦(糯小麦)、玉米、具有高支链淀粉含量的玉米(糯玉米)、具有高直链淀粉含量的玉米、水稻、豌豆、大麦或木薯、可以从以上中得到的切块或部分、以及上文所提到的产品的至少任何两种的任何混合物。例如，对这一原淀粉的选择影响了其最终分子量和支化度，这关系到直链淀粉和支链淀粉的含量。根据本发明，该阳离子型淀粉优选获得自玉米淀粉、小麦淀粉、糯玉米淀粉或获得自马铃薯粉，最优选获得自马铃薯粉。
可以使用阳离子试剂，例如在如以下文献中描述的那些进行该阳离子化反应：“淀粉化学与技术(StarchChemistryandTechnology)”-卷II-第XVI章-惠斯勒(R.L.WHISTLER)以及帕斯卡尔(E.F.PASCHALL)-学术出版社(AcademicPress)(1967)。将该淀粉引入有这些试剂存在的反应器中。
通常在粘性相中进行该反应。“粘性相”旨在指淀粉至少部分溶解(通常是完全溶解)在溶剂相中，所述溶剂相通常是水相或水-醇相。在这一工艺结束时，由此获得处于液体淀粉质组合物形式的阳离子型淀粉。通过干燥该组合物或另外通过从醇或水-醇溶剂沉淀，还可能获得固体形式的阳离子型淀粉。
优选地，阳离子化反应是使用基于叔胺或季铵盐的含氮试剂进行的。在这些试剂中，优选使用2-二烷基氨基氯乙烷盐酸盐，如2-二乙基氨基氯乙烷盐酸盐或缩水甘油基三甲基卤化铵及其卤代醇，如N-(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵，优选后面的试剂。
通常，在碱性介质中，在大于8、或甚至大于10的pH下进行这一反应，可能用氢氧化钠来调节pH。
如此选择使用的试剂的量，使得生成的阳离子型淀粉具有固定在淀粉上的氮的百分比。根据本发明的阳离子型淀粉(A)具有至少2％的固定的氮的重量百分数。优选地，该阳离子型淀粉(A)具有范围从2.5％至5％的固定的氮的重量百分数。
常规地通过克氏定氮法确定固定的氮的量。
非限制性地，可以使用在文件WO2007121981、EP737210、WO9962957、US2995513、US3842005和US4579944中描述的工艺。
根据本发明，可以按包含至少一种阳离子型淀粉的液体淀粉质组合物的方式，在该工艺的步骤a)期间添加阳离子型淀粉。这一变体具有易于在工业设施中实施的优点。优选地，按重量计，在步骤a)期间添加的这一组合物的阳离子型淀粉的浓度的范围是从0.1至20g/l。
为了生产这一淀粉质组合物，如果这一阳离子型淀粉处于固体形式，则可能必须在溶剂中溶解该阳离子型淀粉。对于本发明有用的阳离子型淀粉(A)可溶于冷水中。例如，它可以处于可溶于冷水中的粉末的形式。该液体淀粉质组合物通常是一种水性组合物，它主要可包括作为溶剂的水以及任选地少量的与水混溶的有机溶剂，例如醇类(例如乙醇)，例如按所有这些溶剂的重量计小于10wt％的量的有机溶剂。然而，还可能使用源自先前描述的粘性相阳离子化工艺的液体淀粉质组合物。
根据本发明的一种有利的变体，使用一种不含防腐剂的阳离子型淀粉的液体淀粉质组合物。
当该阳离子型淀粉处于液体淀粉质组合物的形式时，在其储存以及产品的运输期间可以观察到微生物降解。为了限制这一现象，可以添加杀生物剂，这种杀生物剂可以选自邻苯二甲酸盐，例如由陶氏化学公司(DowChemicalCompany)以商标名VinyzeneTM销售的那些中的一种。现在，虽然为了保藏处于液体溶液形式的淀粉所需的杀生物剂的浓度是低的，但是对于处理污泥而言，这些杀生物剂可能是不希望的组分，例如，因为在该处理工艺后，会散布所经处理的污泥。将淀粉以固态进行储存和运输的事实限制了降解的问题。这允许省却添加防腐剂的步骤，在水处理工艺中，这会是尤其有利的。
包括该阳离子型淀粉的淀粉质组合物还可以包括另外的组分，例如上文描述的杀生物剂。
根据本发明的工艺，使用的聚丙烯酰胺(P)是阳离子型聚丙烯酰胺。
关于阳离子型聚丙烯酰胺，它优选具有高分子量，具体是至少1x106g.mol-1的分子量Mn。有利地，聚丙烯酰胺的分子量Mn的范围是从1x106至20x106g.mol-1，尤其从1x106至15x106g.mol-1。可以按直链或支链的形式来使用阳离子型聚丙烯酰胺。所述聚丙烯酰胺在电荷上可以是高达100％阳离子的，并且优选是在0.1％和55％之间，例如在电荷上在0.1％和25％之间的阳离子的。可替代地，可以使用流动电流检测仪(SCD)型的流量检测器，通过使用聚乙烯磺酸钠的滴定，来量化聚丙烯酰胺的阳离子度。优选地，聚丙烯酰胺的阳离子度的范围是从500至5000μeq/g，优选是从2000至4500μeq/g。
阳离子型聚丙烯酰胺可以选自聚丙烯酰胺与阳离子单体的共聚物或根据曼尼希反应改性的聚丙烯酰胺。作为阳离子型聚丙烯酰胺共聚物的实例，可以提及丙烯酰胺/二烯丙基二烷基卤化铵(优选是二烯丙基二烷基氯化铵)，共聚物，二氨基烷基(甲基)丙烯酸酯/丙烯酰胺共聚物和二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯/丙烯酰胺共聚物、三烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯共聚物，其中该烷基优选包括从1至6个碳原子。
根据本发明，可以按包含至少一种阳离子型聚丙烯酰胺的液体组合物的方式，在该工艺的步骤a)期间添加阳离子型聚丙烯酰胺。这一变体具有易于在工业设施中实施的优点。优选地，按重量计，这一组合物中的阳离子型聚丙烯酰胺的浓度范围是从0.1至20g/l。
在本发明中有用的阳离子型聚丙烯酰胺可以可溶于冷水中。例如，它可以处于可溶于冷水中的粉末的形式。
该液体阳离子型聚丙烯酰胺组合物通常是一种水性组合物，它可以主要包括作为溶剂的水以及任选地少量的与水混溶的有机溶剂，例如醇类(例如乙醇)，例如相对于所有溶剂的按重量计小于10wt％的量的有机溶剂。
根据本发明，按表示为0.6和0.99之间的干重的重量比(R)wS/(wS+wP)，将阳离子型淀粉和阳离子型聚丙烯酰胺添加至待处理的污泥。
除非明确指出，应该指出，阳离子的淀粉和聚丙烯酰胺(即絮凝剂)的量被表示为干重。
R有利地是在0.7和0.97之间，优选地在0.85和0.95之间，最优选地在0.87和0.94之间。
在根据本发明的工艺期间，在步骤a)期间，可以分开地或同时地添加阳离子型淀粉和阳离子型聚丙烯酰胺。根据其中同时添加絮凝剂的变体，可以按添加包含至少一种阳离子型淀粉和至少一种阳离子型聚丙烯酰胺的液体组合物的方式，进行这一添加步骤。
按允许待处理的污泥絮凝的量，在本发明的工艺中使用这些絮凝剂。将能够由本领域的普通技术人员根据待处理的污泥的类型来修改这些量。同样，为了令人满意地进行下文详细描述的b)絮凝和c)机械分离的步骤，将由本领域的普通技术人员根据希望的机械强度改编这些量。
待由絮凝剂处理的污泥的量还表示为待处理的污泥的干重。
根据本发明的工艺，阳离子的淀粉和聚丙烯酰胺的总量可以是范围从1至50g/kg的待处理的污泥(干/干)，有利地是从3至35g/kg(干/干)，优选是从4至20g/kg(干/干)。
根据本发明的工艺，可以按单剂量或通过添加不同剂量，来将絮凝剂添加至污泥。在连续污泥处理工艺的情况下，可能通过连续添加，来添加絮凝剂至待处理的污泥。
虽然对于进行根据本发明的工艺，它们的使用并不是必须的，但是在步骤a)期间，还可以添加常规用于污泥处理的其他产品，尤其是凝结剂，或甚至是除了对本发明有用的一种或多种阳离子型聚丙烯酰胺(P)和一种或多种阳离子型淀粉(A)的一种或多种絮凝剂。在本申请中被定义为“另外的絮凝剂”的这些其他絮凝剂可以是除了阳离子型淀粉(A)外的阴离子的或阳离子的多糖，不然可以是阴离子聚丙烯酰胺。有利地，按重量计，另外的絮凝剂的量小于50g/kg(干/干)的待处理的污泥，有利地小于30g/kg(干/干)，优选小于10g/kg(干/干)。最优选地，在本发明的工艺中，并不添加另外的絮凝剂。
在步骤a)中，待处理的污泥可以是任何类型，并且尤其可以来自任何类型的人类的和工业的活动。当污泥来自城市污水时，或当它是工业污泥时，尤其是来自食品加工业的污泥，例如来自淀粉工业、造纸行业或化学工业的污泥时，根据本发明的工艺是尤其有用的。对于包括悬浮有机质的污泥，根据本发明的工艺是尤其有效的。
根据本发明的工艺，在步骤a)中添加絮凝剂之前，待处理的污泥可以经历预处理，例如通过细菌消化的预处理，或通过化学试剂的预处理。根据本发明的工艺，待处理的污泥可以尤其是经历使用凝结剂，例如使用金属盐的预处理。待处理的污泥通常是包含水和悬浮物质的水性组合物，其中悬浮物质的量是水性组合物的重量的大于或等于0.2％。
该工艺的步骤b)由通过搅拌污泥与添加至它的絮凝剂的絮凝的步骤组成，以便形成絮体和水溶液的混合物。常规在絮凝器中进行这一步骤。
如先前解释的，可以分开地引入阳离子型淀粉(A)和聚丙烯酰胺(P)，在每个引入之间具有一个延时。这一延时通常小于数分钟，例如小于1分钟。因此可能在添加第一絮凝剂的第一步骤后进行絮凝的第一步骤，然后是在添加第二絮凝剂的第二步骤后进行絮凝的第二步骤。
虽然如此，出于工艺简明性的理由，优选在包括(A)和(P)的组合物的添加的步骤a)之后，只进行一个絮凝的步骤b)。
因此，本发明的另一主题是一种组合物，该组合物能够用于根据本发明的工艺，包括至少一种阳离子型淀粉(A)和至少一种阳离子型聚丙烯酰胺(P)，在该组合物中：
·该一种或多种阳离子型淀粉(A)包括至少2％的固定的氮的重量百分数；
·并且表示为干重的重量比(R)wS/(wS+wP)是在0.6和0.99之间。
以上描述的关于根据本发明的工艺的优选变体，涉及(A)和(P)以及它们的比例，以及还有根据本发明的组合物的优选变体。
根据本发明的组合物通常处于包括至少一种阳离子型淀粉和至少一种阳离子型聚丙烯酰胺(这二者都是溶解的)的液体组合物的形式。这一根据本发明的组合物具有易于在工业设施中使用的优点。为了生产根据本发明的这一液体组合物，可以将处于固体形式的阳离子型淀粉溶解在溶剂中。对于本发明有用的阳离子型淀粉可溶于冷水中。例如，它可以处于可溶于冷水中的粉末的形式。根据本发明的液体组合物，阳离子型淀粉和阳离子型聚丙烯酰胺(都处于固体形式)可以被溶解在溶剂中。还可以通过将阳离子型聚丙烯酰胺溶解在阳离子型淀粉粘胶中，来制造根据本发明的液体组合物。根据本发明的液体组合物通常是一种水性组合物，它主要可包括作为溶剂的水以及任选地少量的与水混溶的有机溶剂，例如醇类(例如乙醇)，例如按所有这些溶剂的重量计小于10％的量的有机溶剂。
优选地，按重量计，相对于该组合物的总重量，阳离子型淀粉和阳离子型聚丙烯酰胺之和的量的范围是从0.01％至70％，有利地是从20％至60％，并且优选是从30％至50％。
当希望运输或储存这一组合物时，按重量计，在所述组合物中的阳离子型淀粉和阳离子型聚丙烯酰胺之和的量优选是范围从10％至70％，有利地是从20％至60％，优选是从30％至50％。
当希望使用根据本发明的工艺中的组合物时，按重量计，阳离子型淀粉和阳离子型聚丙烯酰胺之和的量的范围优选是从0.01％至2％。
根据本发明的工艺，在步骤b)中获得的絮凝污泥经历至少一个机械分离步骤c)，以便分离先前获得的絮体和水溶液。
根据一个实施例，通过穿过排水台，通过离心和/或通过浮选法，处理在步骤b)中获得的絮凝污泥，来进行这一步骤c)。通常当希望进行用于增稠污泥的工艺时，使用这些技术。这些工艺通常使得可能获得中等水平的污泥干燥度，这一干燥度水平范围是从4％至10％，通常是从5％至7％。由此获得的污泥通常处于液体形式。
根据另一个实施例，通过离心和/或穿过压滤机或带滤机，处理在步骤b)中获得的絮凝污泥，来进行这一步骤c)。通常当希望进行用于脱水污泥的工艺时，使用这些技术。取决于使用的技术，这些工艺使得可能获得高水平的污泥干燥度，这一干燥度水平的范围通常是从大于10％并且高达40％。应该指出，离心是使得能够获得经处理的污泥的中等或高水平干燥度的技术，这取决于本领域普通技术人员所选择的离心设置。
根据本发明，该工艺可以包括不同的连续分离步骤。通过举例，可能进行用于脱水污泥的工艺，包括通过穿过排水台、通过离心和/或通过浮选法进行的第一分离步骤，然后是通过离心和/或穿过压滤机或带滤机的第二分离步骤。
凭借聚丙烯酰胺和淀粉的类型的特定组合，根据本发明的工艺使得能够消除来自待处理的污泥的大量水，在一些特性方面，其结果接近或甚至超过了用类似工艺(仅仅使用阳离子型聚丙烯酰胺)所获得的那些。因此与已知的工艺相比，这使得能够使用更小量的聚丙烯酰胺，同时保持有效工艺。具体地，在步骤d)结束时，根据本发明处理的污泥可以具有至少4％的干燥度水平，通常范围是从4％至60％，通常不超过40％，有利地大于10％，优选至少20％。
根据本发明的工艺，连续的步骤a)、b)、c)和d)可以进行一次或若干次。这意味着在步骤d)中回收的经处理的污泥可以任选地经历通过连续的步骤a)、b)、c)和d)的再一次处理。
现在将以本发明的以下非限制性实例来说明本发明。
实例1：淀粉的阳离子度的影响的研究
按照专利US4579944的教授内容，制备阳离子化的马铃薯粉的溶液，这些马铃薯粉具有表示为固定的氮的百分数(％N)的不同阳离子度，在表1中详细说明了这一百分比。
表1
产物 ％N
淀粉1 1.2
淀粉2 1.5
淀粉3 2.0
淀粉4 3.0
淀粉5 4.0
一种阳离子型聚丙烯酰胺，下文表示为PAM(由SNF销售的FLOPAMDW2160，处于具有83.5％干物质的粉末的形式，具有+2900μeq/g的离子电荷(SCD))，也被用作絮凝剂。在用于处理污泥之前，在电磁搅拌下持续1h，将其预先制备为处于1％溶液的形式。
通过烧杯测试，作为来自淀粉工业的净化厂的污泥的絮凝剂，连同阳离子型聚丙烯酰胺一起(具有等于0.8(干/干)的重量比RwS/(wS+wP)，总计18克的干产物/千克的干污泥(g/kg的干污泥))，测试了阳离子型淀粉的这些溶液。单独用等效剂量(即3.6g/kg的干污泥)的聚丙烯酰胺进行参考测试。在表2中给出了待处理的污泥的特征。
表2
干物质 1.5％
化学需氧量 18.30g/l
悬浮物质 18.10g/l
钙 604mg/kg
首先，在以200转每分钟(rpm)的速度持续10秒的搅拌下，添加聚丙烯酰胺溶液。然后，在以45rpm的速度持续30秒的搅拌下，添加淀粉溶液。然后将絮凝的结果表示为烧杯中絮体的尺寸(分级为从0至10:0＝无可见絮体，10＝非常大的絮体)。然后，在具有500μm的筛孔尺寸的筛子上过滤絮凝污泥；然后评价以下项：
-保留在筛子上的絮体的量(分级为从0至10:0＝无可见絮体，10＝非常大的絮体)；
-穿过筛子的过滤速度(为随着时间的推移所收集的体积，以ml/s计)；
-穿过筛子的絮体的量(按重量计，滤过物中絮体的％)；
-滤过物的浊度(以NTU计)。
结果在表3中给出。
表3
当淀粉的含氮量大于或等于2％时，观察到絮凝的明显改进。具体地，淀粉改进了絮凝能力，以便产生更多足够大而能保留在筛子上的絮体。迅速过滤，因为仅10秒后，70％体积的滤过物就已经穿过了筛子。此外，滤过物中絮体的百分比小于10％，这类似于用可商购的合成絮凝剂所获得的值。聚丙烯酰胺单独并不能解释这样的功效，因为在不存在淀粉的情况下，在等效剂量下，结果是中等的。
实例2：同时或分开添加的研究
在此实例中，根据按不同比率的两种添加模式，通过烧杯测试，测试了基于淀粉5和PAM的絮凝剂。絮凝剂的总剂量是32g/kg。
污泥与先前实例中相同，实验方案同样如此，除了搅拌时间和搅拌速度。
-在步骤1中添加(“步骤1”)：在200rpm持续5s的搅拌下，按包括PAM和淀粉的单组合物的方式，在相同时间添加这两种产物。
-在步骤2中添加(“步骤2”)：在200rpm持续10s的搅拌下，添加PAM，然后在45rpm持续40s的搅拌下，添加淀粉。
确定在絮体的流变学强度方面的效率百分比，并且还确定在滤过物中的絮体的百分比。
对絮体的强度的测量由以下组成，使用同心圆柱型测量几何学，在AR2000流变仪上，在20℃下，在1Hz的频率下，当絮体保留在筛子上时，测量絮体破坏时的应力，其中该应力从0.02Pa增加至880Pa。
为了更容易解释这些结果，以效率百分比的方式给出后者。相对于100％的参考值，计算这一效率百分比，该参考值是针对使用如下工艺获得的絮体的强度而获得的应力，所述工艺包括以一个步骤添加用于淀粉/PAM混合物的絮凝剂，该淀粉/PAM混合物包括按重量计98％的淀粉。选择这一参考，因为可能观察到在这一剂量，污泥处理很容易并且快速地进行，尤其是在筛子上的絮体的过滤上。
当这一效率变得太低时，这些絮体会倾向于破碎，和/或这些絮体会穿过筛子，并且污泥处理则会变得更艰难。
尽管如此，可能观察到，小于100％的效率还能满足对于令人满意地处理污泥的需要。
计算的效率百分比使得可能易于将不同处理进行分类。
结果在表4中给出。
表4
这些结果示出了根据本发明使用单絮凝剂组合物用于处理污泥的优点，因为当同时添加这些产物时，改进了这些结果。
总而言之，可能指出的是，好的絮体强度使得能够获得未穿过筛子的絮体。因此，好的絮体强度构成了用于在不同处理工艺彼此之间进行比较的好的指标。
实例3：重量比R的影响以及絮凝剂的量的影响
用基于来自实例1的阳离子马铃薯粉的四种溶液中的每一种，或者用阳离子型聚丙烯酰胺，以范围从4至32g的絮凝剂/kg的待处理的干污泥的不同剂量，处理来自净化厂的污泥。
该污泥和实验方案与实例1中相同。
如在实例2中一样，测量针对絮体强度的效率百分比。
这一应力被表示为，以16g/kg剂量的PAM所获得的絮体相对于获得的100％的参考值的百分比。选择这一参考，因为可能观察到在这一剂量，污泥处理很容易并且快速地进行，尤其是在筛子上的絮体的过滤上。
在表5中给出了单独使用PAM的结果。
表5
在表6中给出了单独使用淀粉的溶液的结果。
表6
在此可见，不论阳离子型淀粉和剂量如何，都不能达到100％的效率。
现在进行相同的污泥处理工艺，除了使用阳离子型淀粉和PAM的混合物代替淀粉或PAM的溶液之外。淀粉/PAM的重量比是变化的，这一混合物的剂量同样如此。
在表7中给出了对于包含PAM和淀粉5溶液的混合物的结果。
表7
如以上解释，100％效率使得能够进行卓越的污泥处理。尽管如此，这一值只是参考，并且完全可能令人满意地处理污泥，同时获得小于100％的强度。
从上文的结果得出的结论是，由此可能使用仅包括5％PAM(即0.8g的PAM/kg经处理的污泥)的阳离子型淀粉/PAM絮凝剂的混合物，用16g/kg的剂量获得50％的效率。例如，这一效率大于针对其中絮凝剂仅由8g/kg的PAM组成的处理所获的效率。
以16g/kg的等效剂量，用包括30％PAM的絮凝剂混合物进行的处理(4.8g的PAM/kg经处理的污泥)甚至与用仅由PAM组成的絮凝剂进行的处理一样有效。如果寻求100％的效率，还可能选择使用按32g/kg干污泥的剂量具有0.95的比率R的絮凝剂混合物，用最小剂量的PAM(1.6g/kg)进行处理。
总之，可能使用根据本发明的工艺，同时使用非常有限量的聚丙烯酰胺，进行高效的污泥处理。
实例5：造纸污泥的处理
在烧杯测试中，作为用于处理造纸污泥的絮凝剂，测试了淀粉5和PAM。在表8中给出了污泥的特征。
表8
干物质 2.3％
化学需氧量 14.50g/l
悬浮物质 21.74g/l
钙 4700mg/kg的粗料
以可变剂量，单独地或作为混合物测试了淀粉5溶液和PAM溶液。
如在前述实例中一样，相对于针对用16g/kg剂量的PAM所获得的絮体而获得的100％的参考值，确定该效率百分比。
为了更易于比较，针对使用混合物的工艺计算了理论效率百分比，这一理论百分比是通过取单独使用淀粉抑或单独使用PAM的工艺的效率百分比的重量平均值进行计算的。
结果在表9中给出。
表9
在这一污泥上，单独使用淀粉5的效率百分比保持很低，不论使用的絮凝剂的量如何。
PAM使得能够进行有效的污泥处理。
在使用混合物的工艺的情况下，与在所有情况下达到的理论强度相比，絮体的强度实现改进。当絮凝剂剂量是32g/kg干污泥时，在此实例中这一改进是尤其显著的。
实例6：植物来源的影响
以等效程序和等效程度的阳离子度，制备了具有不同植物来源的三种溶液，以获得等于3％的固定氮百分数。
糯玉米具有高比例的支链淀粉，同时豌豆比马铃薯更富含直链淀粉。
在烧杯测试中，按对于18g/kg干污泥的总量0.8的比率R，与PAM溶液一起，作为用于来自实例1的污泥的絮凝剂，测试这些溶液。单独用等效剂量(即3.6g/kg的干污泥)的聚丙烯酰胺进行参考测试。实验方案与实例1中相同。结果在表10中给出。
表10
絮凝良好，无论淀粉的植物来源如何。
尽管如此，与当使用豌豆或糯玉米时相比，在该工艺中使用马铃薯使得可能获得略微更好的结果。确实，当马铃薯是基质时，与豌豆相比，穿过筛子的絮体的量更低，同时与当糯玉米是基质时相比，过滤速度更高。

Claims (18)

1.一种用于增稠或脱水污泥的工艺，至少包括：
a)将絮凝剂添加到待处理的污泥的步骤；
b)通过搅拌以此方式添加了絮凝剂的污泥的絮凝步骤，以便形成絮体和水溶液的混合物；
c)机械分离在先前步骤中形成的絮体和水溶液的步骤；
d)回收形成经处理的污泥的水溶液和絮体的步骤；
其特征在于：
·添加的絮凝剂由至少一种阳离子型淀粉(A)和至少一种阳离子型聚丙烯酰胺(P)组成；
·该一种或多种阳离子型淀粉(A)包括至少2％的固定的氮的重量百分数；
·并且表示为干重的重量比(R)wS/(wS+wP)是在0.6和0.99之间。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，R是在0.7与0.97之间。
3.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，R是在0.85与0.95之间。
4.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于，R是在0.87与0.95之间。
5.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于该阳离子型淀粉(A)具有范围从2.5％至5％的氮的重量百分数。
6.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于该阳离子型淀粉获得自玉米淀粉、小麦淀粉、糯玉米淀粉或获得自马铃薯粉，最优选获得自马铃薯粉。
7.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于按包括至少一种阳离子型淀粉的液体淀粉质组合物的方式添加该阳离子型淀粉。
8.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于在步骤a)期间，该阳离子型淀粉和该阳离子型聚丙烯酰胺是分开添加的。
9.如权利要求1至7中的一项所述的工艺，其特征在于在步骤a)期间，该阳离子型淀粉和该阳离子型聚丙烯酰胺是同时添加的。
10.如权利要求9所述的工艺，其特征在于该阳离子型淀粉和该阳离子型聚丙烯酰胺是按包括至少一种阳离子型淀粉和至少一种聚丙烯酰胺的液体组合物的方式而同时添加的。
11.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于，通过使用流动电流检测仪(SCD)型的流量检测器的电离度测量，通过使用聚乙烯磺酸钠的滴定，该聚丙烯酰胺具有范围从500至5000μeq/g的、优选从2000至4500μeq/g的阳离子度。
12.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于按干重计，阳离子型淀粉和聚丙烯酰胺的总量范围是从1至50g/kg的待处理的污泥(干/干)，有利地是从3至35g/kg(干/干)，优选是从4至20g/kg(干/干)。
13.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于该待处理的污泥已经历使用凝结剂、例如使用金属盐的预处理。
14.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于步骤a)中的待处理的污泥来自工业污泥，尤其是来自食品加工业的污泥，例如来自淀粉工业、造纸行业、化学工业或来自城市污水的污泥。
15.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于通过穿过排水台和/或通过污泥浮选法处理絮凝污泥进行的至少一个机械分离步骤c)。
16.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于通过离心和/或穿过压滤机处理絮凝污泥进行的至少一个机械过滤步骤c)。
17.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其特征在于在步骤d)中获得的经处理的污泥具有至少4％、有利地至少15％、优选至少20％的干燥度水平。
18.包括至少一种阳离子型淀粉(A)和至少一种阳离子型聚丙烯酰胺(P)的一种组合物，在该组合物中，该一种或多种阳离子型淀粉(A)包括至少2％的固定的氮的重量百分数，并且表示为干重的重量比(R)wS/(wS+wP)是在0.6和0.99之间。
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