CN105417925A - 一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，包括步骤：在常温常压下，调节硅酸盐溶液pH至2～4，使硅酸盐形成聚硅酸，将聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液在温度20～40℃下混合搅拌均匀，聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸溶液与无机絮凝剂摩尔比例为1：0.5～3，即得用于污泥深度脱水的污泥调理剂。本发明的聚硅酸金属盐形成过程中形成了部分多羟基金属盐，具有强大的卷积作用，其卷积作用也是污泥絮体进一步增大，而且该调理剂所形成的絮体更为密实，内部水分容易压出。不仅可以用于含水率为95％以上的污泥，所形成的泥饼仍具有较高的脱水性能，而且也可用于处理含水率为80％的污泥。

Description

一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，属于环境工程和污泥处理技术领域。
背景技术
城市污泥是指城市污水处理厂在污水生物处理后产生的一部分剩余活性污泥，《国家环境保护“十一五"规划》指出：2010年的污水处理能力为365亿吨；2015年污水处理能力为475亿吨；若按每处理万吨污水会产生7.5吨含水率为80％剩余活性污泥(脱水后泥饼计)，我国2015年会产3512.5万吨剩余活性污泥。然而产量如此巨大的污泥得到有效处理处置的比例却不高。据统计，不能安全有效处理处置的脱水污泥占到总量的70％。每年庞大的产量和难处理处置的特点使城市污泥一跃成为了国内的环境热点问题。
城镇污水处理厂在污水处理单元操作过程中产生的污泥通过各种处理工艺进行减容、减量、稳定以及无害化处理。污泥处理工艺单元主要包括污泥浓缩、脱水、消化(厌氧消化和好氧消化)、发酵和干化等工艺过程。但是，大部分城镇污水处理厂都是将产生的污泥通过投加大量的阳离子的聚丙烯酰胺进行机械浓缩后压滤成泥饼，而泥饼的含水率仍然高达80％左右。而阳离子聚丙烯酰胺的聚合作用使得污泥絮体形成松散的网状结构，絮体内部仍有大量水分难以排出，影响污泥后续的处理。
污泥在最终处理处置之前通常需要深度脱水，将污泥含水率降至50％以下。常用的方法有自然干燥法，热源加热法和压滤法。自然干燥法虽然成本较低，但是占用大量的土地，且恶臭等气味无法处理；热源加热法成本和能耗较高，也不是合理的处理方法。压滤法可避免上述缺点，但是对于含水率为80％的污泥，尤其是内含聚丙烯酰胺的污泥，脱水效果很差，在3Mpa压力下，含水率下降不到5％。所以急需一种既能满足污泥一次脱水又不会对其深度脱水有影响的污泥调理剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法。本发明是以硅酸盐，无机絮凝剂发生聚合作用形成一种有电中和和吸附架桥作用的污泥调理剂，其作用能使污泥絮体能形成密实结构，既能增加污泥自由水和间隙水的比例，又使得内部水分容易被压出。在0.05Mpa压力下，污泥含水率可轻易达到75％～80％，如果加大压力至2Mpa，污泥含水率可下降至60％～55％。同时本产品也可用于处理含水率为80％的污泥，在其调理下，污水含水率可降至50％。既能在当前污水处理厂的处理压力下使用，也能在更高压力下使用。实现污泥的减量化。大大减少污泥外运的运输成本和处理处置成本。
本发明的技术方案如下：
一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，包括步骤如下：
1)在常温常压下，调节硅酸盐溶液pH至2～4，对硅酸盐溶液进行酸化，使硅酸盐形成聚硅酸，搅拌3～8分钟后静置，得到聚硅酸溶液；
2)取无机絮凝剂加水溶解，搅拌3～8分钟后静置，制得浓度为1～2mol/L无机絮凝剂溶液；
3)将聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液在温度20～40℃下混合搅拌均匀，聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸溶液与无机絮凝剂摩尔比例为1：0.5～3，即得用于污泥深度脱水的污泥调理剂。
本发明优选的，步骤1)中所述的硅酸盐溶液的质量浓度为0.1～0.3mol/L，硅酸盐溶液为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液。
本发明优选的，步骤1)中在200～400r/min的搅拌速度下将硅酸盐溶液加入到稀盐酸溶液或稀硫酸中，使混合溶液的pH值为2～3，然后停止搅拌反应5～20min，制得聚硅酸溶液。
本发明优选的，步骤2)中无机絮凝剂为铁盐、铝盐、聚合铁盐、聚合铝盐或聚合铝铁盐中的一种或任意两种。
进一步优选的，无机絮凝剂为氯化铁、氯化铝、聚合氯化铝、聚合氯化铁或聚合氯化铝铁。
本发明优选的，步骤(3)中聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸溶液与无机絮凝剂摩尔比例为1：1～2.5。
最为优选的，步骤(3)中聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸与无机絮凝剂摩尔比例为1：1。
本发明优选的，步骤(3)中混合温度为30～38℃。
本发明优选的，步骤(3)中混合时间为1～3h。
本发明制得的污泥调理剂的应用，用于污泥脱水，所述的污泥为一次污泥和/二次污泥，一次污泥的含水率为95％以上，二次污泥的含水率为70～95％。
本发明优选的，本发明的污泥调理剂，用于污泥脱水时，方法如下：在常温下，向污泥中投加污泥调理剂，投加量为每100ml污泥投加6～12ml调理剂，搅拌反应10～60min，在压力0.05～2Mpa下进行污泥脱水，脱水率为20％～45％。
本发明优选的，调理剂的投加量为每100ml污泥投加8ml调理剂。
市面上常用的污泥脱水剂如阳离子聚丙烯酰胺在用于污泥脱水时，所形成的污泥含水率虽然有一定程度的下降，但是所形成的泥饼内部结构松散，当在进行深度处理时因为聚丙烯酰胺的作用，使得内部水分难以脱出，起到了反效果。而本产品通过加入聚硅酸金属盐，一方面中和污泥颗粒的表面电荷，另一方面利用聚硅酸的聚合作用使得污泥絮体进一步增大，再加上聚硅酸金属盐形成过程中形成了部分多羟基金属盐，具有强大的卷积作用，其卷积作用也是污泥絮体进一步增大，而且该调理剂所形成的絮体更为密实，内部水分容易压出。不仅可以用于含水率为95％以上的污泥，所形成的泥饼仍具有较高的脱水性能，而且也可用于处理含水率为80％的污泥。
附图说明
图1为不同污泥调理剂的投加量对毛细吸水时间的影响曲线图；
图2为不同污泥调理剂的投加量对脱水率的影响曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实例中所使用的原料AlCl3，FeCl3，NaSiO3，硫酸均为市购产品
待处理一次污泥(含水率为98％)和二次污泥(含水率为80％)取自济南光大污水处理厂。
实施例1
一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，包括步骤如下：
1)在常温常压下，200r/min的搅拌速度下将浓度为0.3mol/L硅酸钠溶液加入到稀盐酸溶液中，使混合溶液的pH值为2，然后停止搅拌反应10min，制得聚硅酸溶液。
2)取AlCl3无机絮凝剂加水溶解，搅拌5分钟后静置，制得浓度为1mol/LAlCl3无机絮凝剂溶液；
3)将聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液在温度40℃下混合搅拌均匀，混合时间为3h，硅酸钠与AlCl3摩尔比例为1：1，即得用于污泥深度脱水的污泥调理剂。
将制得的产品静置1h后加入一次污泥(含水率为98％)，每100ml污泥投加8ml调理剂混合搅拌10min后，在0.05Mpa下进行压滤，压滤时间为20min，污泥含水率为78％，脱水率20％。
实施例2
一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，包括步骤如下：
1)在常温常压下，200r/min的搅拌速度下将浓度为0.3mol/L硅酸钠溶液加入到稀盐酸溶液中，使混合溶液的pH值为3，然后停止搅拌反应10min，制得聚硅酸溶液。
2)取AlCl3无机絮凝剂加水溶解，搅拌5分钟后静置，制得浓度为1.5mol/LFeCl3无机絮凝剂溶液；
3)将聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液在温度40℃下混合搅拌均匀，混合时间为3h，硅酸钠与FeCl3摩尔比例为1：1，即得用于污泥深度脱水的污泥调理剂。
将制得的产品静置1h后加入二次污泥(含水率为80％)，每100ml污泥投加8ml调理剂混合搅拌20min后，在2Mpa下进行压滤，压滤时间为20min，污泥含水率为48％，脱水率40％。
实施例3
同实施例2所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，不同之处在于：
硅酸钠与FeCl3摩尔比例为1：0.5。
实施例4
同实施例2所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，不同之处在于：
硅酸钠与FeCl3摩尔比例为1：1.5。
实施例5
同实施例2所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，不同之处在于：
硅酸钠与FeCl3摩尔比例为1：2。
实施例6
同实施例2所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，不同之处在于：
硅酸钠与FeCl3摩尔比例为1：2.5。
实施例7
同实施例2所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，不同之处在于：
硅酸钠与FeCl3摩尔比例为1：3。
应用试验：
试验例1
取含水率为80％的二次污泥，将实施例2-7制得的产品静置1h后加入二次污泥中，每100ml污泥投加8ml调理剂混合搅拌10min后，在0.2Mpa下进行压滤，压滤时间为20min，分别测定脱水率。
以下是不同硅酸钠与FeCl3摩尔比与脱水率之间的关系，如表1所示：
表1不同硅酸钠与FeCl3摩尔比与脱水率之间的关系
硅酸钠与FeCl3摩尔比 脱水率/％
1：0.5 35
1：1 40
1：1.5 35
1：2 32
1：2.5 30
1：3 28
从表1可以看出，聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸与无机絮凝剂摩尔比会直接影响托税率，随着无机絮凝剂比例的增加，反而抑制了脱水效率，聚硅酸的比例小于1:1时，脱水率也较小，从上表可看出，聚硅酸与无机絮凝剂摩尔比为1:1时，脱水效果最好。
试验例2
取含水率为98％的一次污泥，将实施例1得的产品静置1h后加入一次污泥中，改变污泥调理剂的投加量，在0.05Mpa下进行压滤，压滤时间为20min，分别测试毛细吸水时间及脱水率，污泥调理剂的投加量对毛细吸水时间及脱水率的影响见图1所示，图2所示。
从图1、图2中可以看出，随着投加量的增加cst逐渐下降，zeta也逐渐升高，泥饼含水率逐渐下降。

Claims (10)

1.一种用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，包括步骤如下：
1)在常温常压下，调节硅酸盐溶液pH至2～4，对硅酸盐溶液进行酸化，使硅酸盐形成聚硅酸，搅拌3～8分钟后静置，得到聚硅酸溶液；
2)取无机絮凝剂加水溶解，搅拌3～8分钟后静置，制得浓度为1～2mol/L无机絮凝剂溶液；
3)将聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液在温度20～40℃下混合搅拌均匀，聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸溶液与无机絮凝剂摩尔比例为1：0.5～3，即得用于污泥深度脱水的污泥调理剂。
2.根据权利要求1所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的硅酸盐溶液的质量浓度为0.1～0.3mol/L，硅酸盐溶液为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液。
3.根据权利要求1所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中在200～400r/min的搅拌速度下将硅酸盐溶液加入到稀盐酸溶液或稀硫酸中，使混合溶液的pH值为2～3，然后停止搅拌反应5～20min，制得聚硅酸溶液。
4.根据权利要求1所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中无机絮凝剂为铁盐、铝盐、聚合铁盐、聚合铝盐或聚合铝铁盐中的一种或任意两种。
5.根据权利要求4所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，无机絮凝剂为氯化铁、氯化铝、聚合氯化铝、聚合氯化铁或聚合氯化铝铁。
6.根据权利要求1所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸溶液与无机絮凝剂摩尔比例为1：1～2.5。
7.根据权利要求5所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中聚硅酸溶液与无机絮凝剂溶液中聚硅酸与无机絮凝剂摩尔比例为1：1。
8.根据权利要求1所述的用于污泥深度脱水的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中混合温度为30～38℃，步骤(3)中混合时间为1～3h。
9.一种权利要求1所述的污泥调理剂的应用，用于污泥脱水，所述的污泥为一次污泥和/二次污泥，一次污泥的含水率为95％以上，二次污泥的含水率为70～95％。
10.根据权利要求9所述的污泥调理剂的应用，其特征在于，用于污泥脱水时，方法如下：在常温下，向污泥中投加污泥调理剂，投加量为每100ml污泥投加6～12ml调理剂，搅拌反应10～60min，在压力0.05～2Mpa下进行污泥脱水，脱水率为20％～45％，优选的，调理剂的投加量为每100ml污泥投加8ml调理剂。
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