CN107129129B - 一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥处理领域，公开了一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂及其制备方法。该高效调理剂包括以下质量百分含量的组分：沸石50‑80%、石灰10‑40%、电石渣5‑10%、辅料0‑5%；所述辅料为硅酸铝铁盐、壳聚糖、β‑环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺、季铵盐中的至少一种。本发明的污泥深度脱水高效调理剂在能够高效深度脱水的基础上，还具有加工能耗小、成本低，且脱水后污泥的pH值低，不会发生膨胀，无恶臭，无污染，有利于污泥有效利用的特点。

Description

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及污泥处理领域，尤其涉及一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂及其制备方法。

背景技术

目前污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化是环保部门和行业考虑的四个重要取向。其中污泥减量化为重中之重，据网上有关信息表明，2014年我国污泥产生量为2801.47万吨(出自《2016-2022年中国污泥处理市场深度调研及投资前景分析报告》)，时至今日，全国的污泥总量仍在增加，减量化要求的矛盾将日益突出。资源化利用是污泥的最终出路，因为污泥中含有大量的氮、磷、钾等土地可利用物质。因此，污泥的减量化和资源化利用将对污泥处理提出了更高的要求。

现有的污泥前期处理，一般采用带式过滤机、离心机、板框压滤机进行脱水。大部分污泥起初浓度在5％以内，需添加絮凝剂，进行前期调质。其中采用带式过滤机和离心机脱水效率不高，处理后的污泥含水率在80％左右，减量化不明显。

现有的污泥后期处理，一般是填埋、焚烧、土地利用等，发达国家对污泥资源化土地利用发展较快，“长期以来，我国污水处理厂普遍存在重水轻泥现象，使得我国污水处理快速发展，污泥处理停滞不前，污泥处理处置缺口巨大。”(出自《2016-2022年中国污泥处理市场深度调研及投资前景分析报告》)，本申请人认为，这与我国的污水、污泥前期处理不当有关系：1、我国的污水处理厂因为技术要素的制约，没有把部分工业污水和生活污水分别处理，导致重金属、有毒有害有机物在污泥中残留严重，造成污泥资源化利用的极大风险。2、简单的污泥脱水，造成污泥含水率较高、污泥的臭味太重、污泥的pH太高或太低，都是资源化利用的瓶颈，极大的制约污泥的有效回归土地。

综上所述，要做到污泥减量化和资源化，应该首先要采取污泥深度脱水。这也就是本发明的主要依托和重要取向。

现有的深度脱水主要的技术是：污泥在氯化铁、生石灰的调理和调质下，用高压隔膜板框或超高压弹性板框压滤脱水。其中氯化铁添加量是污泥干物质的6-9％，生石灰添加量是污泥干物质的20％左右，可以通过这些工艺，绝大部分污泥含水率可以控制在60％以内，有利于此后污泥的填埋、焚烧等后处理。但该工艺处理的污泥pH值在11左右，有些甚至超过pH值12，无法直接进行土地利用。

此外，该技术还存在以下技术缺陷：

一、生石灰在煅烧过程需要消耗巨大能源，过程会释放大量二氧化碳，对碳排放要求控制的今天，其生产过程就会对大气造成污染。

二、添加生石灰的污泥在搅拌过程中散发出大量的恶臭味气体，严重影响和污染环境。

三、该工艺使用的生石灰属于过量添加，若减少添加，就很难达到深度脱水到60％的含水率要求。

四、过量添加生石灰使得处理后的污泥仍存在如下问题：

1、残留的生石灰会造成污泥二次污染可能性增加，特别是pH值超过12时，污泥其本身就需要按照危险固废处理，更谈不上资源化再利用的价值。

2、使用生石灰调质会使污泥体积增大10-20％，污泥减量化过程不但要质量减少，体积更需减小。

3、在污泥堆放、运输过程中，会持续不断的散发出恶臭；

4、若对污泥进行堆肥，会因石灰造成pH值较高，残留石灰会抑制发酵过程菌类的繁殖，容易造成堆肥熟化时间延长，严重影响堆肥效率，有些氨氮和硫化物含量高的污泥，受高pH值的影响会产生大量恶臭，再次造成大气污染。

5、污泥在填埋处理时，污泥中残留的多余生石灰遇水膨胀，同时会产生热量，致使填埋污泥进一步膨胀，影响填埋作业。

6、污泥当中的石灰含量过高，用作制砖原料时，会严重影响砖的强度。

7、含石灰的污泥填埋时会造成垃圾渗滤液的pH升高，氨浓度因此提高，造成垃圾渗滤液处理系统的生化效率下降，对于新建的早期的垃圾填埋场来说是致命的，甚至会造成垃圾渗滤液生化系统的崩溃(缙云垃圾填埋场垃圾渗滤液处理系统在建成初期发生过该现象)。

五、石灰在滤液当中的残留有如下的不良后果：

1、造成滤液pH较高，回流到生化池后，容易造成污水的pH值的升高，影响水处理的生化效率，若过量，甚至对生化系统产生不可逆的冲击。

2、滤液中残留的石灰成分，同样会以污泥的形式排出，造成污水处理系统的整体产泥量增加。

3、残留有石灰的滤液提高了整个生化系统的碱度，加重了污水处理的负荷，所需相关处理药剂量的增加，成本也随之增加。

为此，继续开发出一种能够在深度脱水的基础上，具有环保、脱水后污泥pH值更趋于中性、成本低、能够有效利用污泥的污泥深度脱水调理剂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂及其制备方法。本发明的污泥深度脱水高效调理剂在能够高效深度脱水的基础上，还具有加工成能耗小、成本低，且脱水后污泥的pH值更趋于中性，不会发生膨胀，无恶臭，无污染，有利于污泥回收利用的特点。

本发明的具体技术方案为：一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，包括以下质量百分含量的组分：沸石50-80％、石灰10-40％、电石渣5-10％、辅料0-5％；所述辅料为硅酸铝铁盐、壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺、季铵盐中的至少一种。

在本发明中，各组分的作用如下：

沸石在配方中起到主要主用，其微粒自身有一定的电荷中和作用，可以在污泥中起到一定的絮凝作用，同时，它是絮凝和混凝(氯化铁与在利用石灰的氢氧根离子产生的氢氧化铁混凝作用)，并形成支撑絮凝颗粒的骨架。同时，多孔隙的沸石起到良好的助滤脱水和除臭作用。

石灰：含有大量氢氧化钙化钙和少量氧化钙，主要是为氯化铁提供氢氧根离子，生成不同价位的氢氧化铁，可以起到很好的混凝作用。

电石渣：主要成分是氢氧化钙，主要作用是取代并减少石灰的用量，废物利用并使产品的成本降低。

硅酸铝铁盐：因为铝盐和铁盐的混凝作用不一样，铝盐的混凝更加近似聚丙烯酰胺，既有混凝作用又有絮凝作用。且在水中的pH值比氯化铁更趋于中性。主要是补强污泥的絮凝和混凝作用。

壳聚糖、聚丙烯酰胺、季铵盐：主要起到污泥的絮凝作用，亲水性好的污泥或者污泥原先颗粒较大易变形的需要壳聚糖，其絮凝效果比聚丙烯酰胺更好。若亲水性不好或者原先污泥颗粒较小，聚丙烯酰胺的絮凝效果比壳聚糖更好。季铵盐相对与壳聚糖和聚丙烯酰胺价格便宜，使用效果很好。在这3种絮凝剂复合配合下使用性价比更高。

β-环状糊精：主要是可以提高壳聚糖在水中的溶解速度，进而提高絮凝效果。

可溶性淀粉：补强因为环状糊精包溶壳聚糖过程所损失的酰基。

本发明根据无机质含量，对不同的污泥设有针对性的特定配方，具体如下：

作为优选，针对无机质含量5-80wt％物化污泥，所述高效调理剂包括以下质量百分含量的的组分：沸石50-80％、石灰10-40％、电石渣5-10％。

由于上述污泥中污泥颗粒性状比较统一，因此不需要添加、硅酸铝铁盐和高分子絮凝剂。

作为优选，针对无机质含量40-51wt％的生化污泥，所述高效调理剂包括以下质量百分含量的组分：沸石50-80％、石灰10-40％、电石渣5-10％、硅酸铝铁盐1-5％。

上述污泥在重力沉降浓缩后，污泥活性较低，污泥较细，无机质含量在40-51wt％左右，添加硅酸铝铁盐可增加絮凝效果。

作为优选，针对无机质含量低于40wt％的生化污泥，所述高效调理剂包括以下质量百分含量的组分：沸石50-80％、石灰10-40％、电石渣5-10％、辅料1-5％；所述辅料由壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季铵盐组成。

上述污泥较为新鲜，活性较强，特别是污泥的无机质含量低于40％时，污泥颗粒易于变形，且污泥中含有大分子非亲水性的物质较多，可考虑添加壳聚糖、聚丙烯酰胺、季铵盐。也正因为壳聚糖的添加，所以，在生产过程中要添加β-环状糊精、可溶性淀粉。

优选之一，一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至60-300目，接着进行加热脱水活化。

活化的沸石确保瞬间的吸水动力，并形成絮凝核心，部分的沸石利用其高孔隙率和比表面积，产生压榨过程的助滤作用。

(2)按配比称取各组分，并混合均匀，得到混合料。

(3)将混合料在135-230℃常压下进行改性，保温5-30min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

对于不添加上述高分子絮凝剂的高效调理剂，可以考虑在135-230℃内加温。

作为优选，步骤(1)中，在230-280℃下加热脱水活化。

作为优选，步骤(1)中，采用微波加热活化，活化温度为200-250℃。

采用微波加热活化，主要是加热速度较快，加速沸石内部分子振动，可以更进一步地扩张沸石孔道，提升比表面积，降低含水率。

成品水份控制在8-9％以内，以施加一定压力不结团为准，17％水份就会明显结团。

优选之二，一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至60-300目，接着进行加热脱水活化。

(2)按配比称取壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季铵盐并加水混合均匀，再按配比称取其他各组分，混合均匀，得到混合料，使含水率控制在15wt％以内。

主要考虑能耗和水份，故前期组分添加带入的水份应控制在总质量的15％以内。

(3)将混合料在105-135℃常压下进行改性，保温5-30min，并利用石灰吸收部分水分，制得成品；其中成品水份控制在8-9％。

作为优选，步骤(1)中，在230-280℃下加热脱水活化。

由于添加有壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺、季铵盐等高分子絮凝剂，需要在105-135℃的较低温度下加温，否则，高温会造成有机物炭化，并造成失效。

作为优选，步骤(1)中，采用微波加热活化，活化温度为200-250℃。

采用微波加热活化，主要是加热速度较快，加速沸石内部分子振动，可以更进一步地扩张沸石孔道，提升比表面积，降低含水率。

与现有技术对比，经过总结，本发明具有以下有益效果：

1、沸石就是一种天然矿产资源，加工过程不需煅烧，加工能耗较小，零排放，是绿色工艺，沸石更是一种良好的土壤改良剂。

2、添加本发明产品的污泥在搅拌过程基本消除恶臭味气体，极大改善工作环境和污水处理厂周边环境。

3、该产品在深度脱水过程中既有提供氯化铁水解所需物质，同时，起到助滤作用，脱水率比之生石灰的使用可以提高10-15％(通过试验性应用对比数据表明)。

4、在添加本发明产品数量等同于添加生石灰时，pH值很容易控制在7-9以内，碱物质残留极少。

5、相比于生石灰调质，添加该调理剂后，污泥压榨过程基本无臭味(特别明显)，滤液泡沫减少、更加清澈，压出的干泥块体积更小，泥块臭味基本得以消除。

6、使用本发明产品，污泥堆肥过程恶臭可以得到明显改善，沸石有很好的氨氮吸附功能，使得污泥的肥份增加，有利于污泥的堆肥和填埋处理。

7、本发明产品加工后保持原有沸石结构，沸石不溶于水，随着污泥排出也不会加重污染负担，也不会产生污泥膨胀等不良现象。

8、沸石可以不残留在水体中，不会增加污水处理系统的负荷，更不会对污水处理系统的酸碱度产生不良影响。

9、沸石可以吸附污泥里的绝大部分氨氮，消除部分重金属离子等物质，较大地降低污水处理系统该类物质的负荷。

10、沸石有良好的化学稳定性，在填埋、堆肥等过程中绝不会增加二次污染压力。

11、本发明产品具有助滤效果，可以减少氯化铁的用量，可以降低成本。

12、本发明产品可降低污泥粘度，有利于过滤脱水操作时省工、省时(用生石灰处理的污泥不易从滤布剥离，需要人工辅助清理)，因污泥脱离完全，减少过滤设备的维护保养(过滤设备反冲洗可减少)，因此，可以提高机械效率降低成本。

14、若污泥用于制砖，焚烧灰掺入水泥中，不单不影响砖和水泥的质量，反而会增加强度和提高性能。

15、本发明产品不像生石灰在储罐中容易吸潮结硬，利于长期保存、使用，即使受潮也不结块、结硬，确保使用过程对储罐、输送管道和装置不受堵塞和损坏。

16、最关键的一点是：使用本发明产品产生的污泥的pH值接近中性，若无重金属、有毒有害有机物时，可以用于花草、苗木等种植(当然需要添加一些杀菌剂如低成本的璜基硫胺等物质)，为最终实现污泥再利用创造可能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

针对无机质含量5-80wt％的物化污泥。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，包括以下质量百分含量的组分：沸石70％、石灰25％、电石渣5％。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至100目，接着在265℃下加热脱水活化。

(2)按配比称取各组分，并混合均匀，得到混合料。

(3)将混合料在170℃常压下进行改性，保温20min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

实施例2

针对无机质含量5-80wt％的物化污泥。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，包括以下质量百分含量的组分：沸石50％、石灰40％、电石渣10％。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至100目，接着进行微波加热活化，活化温度为230℃。

(2)按配比称取各组分，并混合均匀，得到混合料。

(3)将混合料在135℃常压下进行改性，保温30min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

实施例3

针对无机质含量40-51wt％的生化污泥。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，包括以下质量百分含量的组分：沸石65％、石灰25％、电石渣8％、硅酸铝铁盐2％。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至100目，接着在250℃下加热脱水活化。。

(2)按配比称取各组分，并混合均匀，得到混合料。

(3)将混合料在200℃常压下进行改性，保温5min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

实施例4

针对无机质含量40-51wt％的生化污泥。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，包括以下质量百分含量的组分：沸石80％、石灰10％、电石渣5％、硅酸铝铁盐1％。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至300目，接着进行微波加热活化，活化温度为230℃。

(2)按配比称取各组分，并混合均匀，得到混合料。

(3)将混合料在180℃常压下进行改性，保温25min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

实施例5

针对无机质含量低于40wt％的生化污泥。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，包括以下质量百分含量的组分：沸石65％、石灰25％、电石渣5％、壳聚糖2％、β-环状糊精0.5％、可溶性淀粉0.5％、聚丙烯酰胺1％和季铵盐1％。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至200目，接着在260℃下加热脱水活化。

(2)按配比称取壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季铵盐并加水混合均匀，再按配比称取其他各组分，混合均匀，得到混合料，使含水率控制在15wt％以内。

(3)将混合料在105℃常压下进行改性，保温20min，并利用石灰吸收部分水分，制得成品；其中成品水份控制在8-9％。

实施例6

针对无机质含量低于40wt％的生化污泥。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，包括以下质量百分含量的组分：沸石70％、石灰20％、电石渣7％、、壳聚糖1％、β-环状糊精0.2％、可溶性淀粉0.3％、聚丙烯酰胺1％和季铵盐0.5％。

一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将沸石粉碎至60目，接着进行微波加热活化，活化温度为245℃。

(2)按配比称取壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季铵盐并加水混合均匀，再按配比称取其他各组分，混合均匀，得到混合料，使含水率控制在15wt％以内。

(3)将混合料在130℃常压下进行改性，保温30min，并利用石灰吸收部分水分，制得成品；其中成品水份控制在8-9％。

采用本发明的高效调理剂对污泥进行深度脱水后，具有以下技术效果：

一、当脱水污泥在60％水分以下时，pH值在7-9之间，让污泥直接回到土地创造最基本、最关键的条件，特别是对氮、磷、钾等物质的吸附，将持续为土壤提供肥力创造条件，因此，在缺乏磷矿资源的我国将有非凡的社会价值。

二、因为本产品的原材料主要以沸石为主，目前在本地，沸石主要加工成水泥添加剂和饲料添加剂，价格均在100元/吨以内，本地周边的生石灰价格在400-500元/吨，若能推广应用，将为沸石产业带来一轮价值的提升。

三、根据试产和实际试用的结果，主要应用和经济指标如下：

注：以80％含水率污泥计算吨污泥处理成本。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂，其特征在于：针对无机质含量低于40wt%的生化污泥，所述高效调理剂包括以下质量百分含量的组分：沸石50-80%、石灰10-40%、电石渣5-10%、辅料1-5%；所述辅料由壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季铵盐组成。

2.一种如权利要求1所述沸石改良的污泥深度脱水高效调理剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）先将沸石粉碎至60-300目，接着进行加热脱水活化；

（2）称取壳聚糖、β-环状糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季铵盐并加水混合均匀，再按配比称取其他各组分，混合均匀，得到混合料，使含水率控制在8-15wt%以内；

（3）将混合料在105-135℃常压下进行改性，保温5-30min，并利用石灰吸收部分水分，制得成品；其中成品水分控制在8-9%。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，在230-280℃下加热脱水活化。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，采用微波加热活化，活化温度为200-250℃。