CN107162383B - 一种高效低氯调理剂及其在高固消化污泥脱水中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效低氯调理剂及其在高固消化污泥脱水中的应用。所述化学调理方法分两步实施，分别投加两种调理药剂，即复合混凝剂以及复合絮凝剂，投加量分别为2%‑15%和0.1%‑1%（按污泥固含量计）。污泥含水率可降至45%，氯离子含量较现有工艺下降80%，导电率下降20%，聚丙烯酰胺消耗量下降60%，综合成本下降7%，并最终实现污泥的资源化利用。复合混凝剂中聚合硫酸铝铁的含量为70‑95%，聚二甲基二烯丙基氯化铵的含量为5%‑30%。复合絮凝剂中聚丙烯酰胺的含量为55%‑85%，聚二甲基二烯丙基氯化铵的含量为15%‑45%，且这两种高分子材料联用具有协同效应。

Description

一种高效低氯调理剂及其在高固消化污泥脱水中的应用

技术领域

本发明属于污泥处理领域，涉及高含固率（＞ 8%）厌氧消化污泥的脱水方法，尤其涉及一种高效低氯调理剂及其在高固消化污泥脱水中的应用。

背景技术

近年来，国家对生态环境保护和生态文明建设愈发重视，城市污水处理率显著提升。但是，在污水得到净化的同时，却有大量的污泥产生，造成了严重的二次污染。截至2015年9月，全国累计建成处理厂达3830座，污水处理能力达到1.62亿立方米/日，伴生污泥超过162万吨/日（含水率98%）。因此，过去“重水轻泥”的思想必须得到纠正，以无害化、减量化、资源化为目的的污泥处理技术也越来越受到重视。

“稳定/浓缩—厌氧消化—机械脱水”这一工艺是我国乃至世界范围内应用最广泛的污泥处置技术。厌氧消化是最常见的污泥稳定化和资源化处理技术，在解决污泥处置问题的同时产生沼气，实现资源回用。但是，由于我国污泥的泥砂含量高，品质差，再加上建设成本高，使污泥厌氧消化技术长期处于建设和运行双困难的状态。基于以上国情，研究人员开发出了有机质协同消化和高含固厌氧消化技术（含固率＞8%），并在长沙某项目中实现国内首次稳定的工业化生产运行。该项目还被科技部评定为科技示范项目，具有积极的示范推广意义。因此，该项目中高固消化污泥的脱水干化也是一项新的课题，之前没有相关的设计和项目运行经验。

关于厌氧消化过程对污泥脱水性能的影响，早期研究认为污泥中的有机物在厌氧环境下分解成为较低相对分子量的有机物，污泥稳定，有利于脱水。但是，也有越来越多的研究表明厌氧消化不利于改善污泥的脱水性能。原因是经过厌氧消化，污泥粒径变小，离子从污泥絮体中释放出来，ζ电位降低，絮凝能力减弱，搅拌产生的剪切力使脱水性能变差。此外，消化过程中还溶出大量的多聚物，其中一部分多聚物溶于水中，增加了溶液的粘度，另一部分包覆在微生物周围，使细胞的EPS显著增加，不利于泥水分离。

为了改善污泥的脱水性能，解决污泥透水性差，易粘结等问题，需对污泥的理化性质进行调理。化学调理法因其操作简便、价格低廉、效果显著成为最常用的方法之一。常用的化学调理剂有无机混凝剂、有机高分子絮凝剂以及两种药剂的联用，且联用技术是目前化学调理的主流方向。

专利CN104150741 A公开了一种污泥的化学调理方法，利用三氯化铁和聚丙烯酰胺（PAM）联用能取得较好的脱水效果。无机混凝剂主要起电荷中和作用，疏水性良好，能够产生骨料滤层，形成的滤饼不会粘结在滤布上，无“糖心”现象；有机絮凝剂依靠大分子的吸附架桥作用，形成的絮体体积较大，泥水分离效率高。长沙某项目即采用三氯化铁和聚丙烯酰胺联用技术，确实取得了良好的脱水效果。但是，由于污泥调理时药剂投加量过大，该调理工艺也会带来一系列问题：氯离子以及电导率等指标的升高导致后续烘干设备受到严重腐蚀；滤饼做林地填埋土时由于铁含量较高而使土壤容易板结；PAM投加量过高一方面导致污泥粘性太大，增大了机械传输阻力，另一方面导致处理后的污泥保水作用明显，填埋土在淋雨条件下粘性增大，表面易包裹胶装透明物质，感官效果极差。

因此，良好的脱水技术和工艺不仅要实现含水率的降低，还要同时考虑工艺对后续干化设备、滤饼综合利用的影响。针对现有技术工艺的不足，本发明采用有机高分子材料和复配技术，最大程度上减轻对三氯化铁以及聚丙烯酰胺的依赖；利用复配药剂的协同作用，降低投加量和处理成本，简化药剂投配的工艺流程。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种能够显著降低污泥中氯离子含量和铁元素含量，减少高分子材料（PAM）使用量的一种高效低氯调理剂及其在高固消化污泥脱水中的应用。能够在保证污泥脱水效率的前提下，有效降低对后续烘干、林地覆土填埋等阶段的不利影响。

本发明提出的一种高效低氯调理剂，所述调理剂为粉末状，可用于高固消化污泥脱水工艺中调节污泥理化性质，提高污泥的泥水分离能力；所述调理剂由复合混凝剂和复合絮凝剂组成，其中：复合混凝剂由聚合硫酸铝铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵按（70-95）：（5-30）的质量比混合而成；所述复合絮凝剂由阳离子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵按（55-85）：（15-45）的质量比混合而成。以污泥的固含量计，复合混凝剂的投加量为2%-15%；复合絮凝剂的投加量为0.1%-1%。

本发明中，复合混凝剂中聚合硫酸铝铁的总铁有效成分为18%-22%，聚二甲基二烯丙基氯化铵粘度为800cps-1200cps。

本发明中，复合絮凝剂中阳离子聚丙烯酰胺的分子量为5,000,000-10,000,000，阳离子度25-30%，聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量为500,000-800,000。

本发明提出的一种高效低氯调理剂在高固消化污泥脱水中的应用，具体步骤为：

（１）向高固消化污泥中投加复合混凝剂的水溶液，同时进行搅拌，控制搅拌速度为28-32 r/min，搅拌时间为3-5分钟；以污泥的固含量计，复合混凝剂的投加量为2%-15%；

（２）向步骤（1）所得高固消化污泥中投加复合絮凝剂，同时进行搅拌，快速搅拌30s之后慢速搅拌，搅拌时间为3-5分钟；复合絮凝剂的投加量为0.1%-1%，以污泥的固含量计。

本发明中，所述高固消化污泥为含固率在8％以上的厌氧消化污泥。

本发明中，污泥胶体粒子表面荷负电，粒子间存在静电斥力和水化膜作用力。投加高价金属阳离子絮凝剂可以起电荷中和作用，降低粒子间的斥力，并在范德华力的作用下碰撞团聚。常见的无机阳离子絮凝剂包括三氯化铁、硫酸铝等。本发明人在研究中发现，铝盐形成的絮体较小，比重较轻，不易沉降；而三氯化铁的大量投加会引起氯离子含量和导电率的迅速升高，进而腐蚀后续的干化设备。采用硫酸铝铁既能满足电荷中和的需要，又能形成较大的絮体，且不会裹挟大量氯离子，铝盐的使用还可减缓铁含量过高引起的土壤板结问题。

此外，为了进一步降低铁盐的使用量，避免干化污泥做林业覆土时因铁含量过高而容易板结结块。本发明专利采用硫酸铁复配聚二甲基二烯丙基氯化铵使用。聚二甲基二烯丙基氯化铵是一种高阳电荷、低分子量的水溶性聚合物，可任意溶于水，氯稳定性较好，位于主链上的正电荷数量比同类产品高很多，可以代替无机混凝剂使用。复配混凝剂在保留部分铁盐混凝剂形成骨料滤层的同时，能够最大程度上降低铁盐的使用量。

聚丙烯酰胺为有机高分子絮凝剂，分子量在500万-1000万之间，分子结构为网状或者链状。在与污泥颗粒发生静电中和作用的同时能够产生吸附架桥作用，形成较大的絮体，泥水分离效果较好，能够避免“泥包水”现象的产生。但是，在满足脱水需求的条件下，降低聚丙烯酰胺投加量既是经济方面的考虑，也是滤饼后续用作林地覆土时的需要。

本发明专利考虑采用聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵复配使用。聚二甲基二烯丙基氯化铵是一种阳离子聚合物，分子量在几十万之间，粘度低于聚丙烯酰胺。利用聚二甲基二烯丙基氯化铵的荷电性以及聚合物分子结构，可以部分替代聚丙烯酰胺的使用。并且，本发明人在研究中发现，聚丙烯酰胺复配聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液的絮凝效果优于分步投加两种药剂，原因可能是两者之间存在协同效应。复配药剂一步投加法还能简化投加工艺，管路简洁，节省基建投资。

按照本发明的技术方案和调理药剂，可有效提升污泥的脱水性能，并有效降低滤饼和滤液中氯离子，残留铁和PAM的含量。在保证污泥脱水性能的同时，降低综合成本，最大程度降低污泥调理工艺对后续干化设备、覆土填埋的不利影响。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案。最后应当说明的是，以下实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

下面对本发明作进一步详细描述。

实施例1：烧杯实验，化学调理，投加复合混凝剂和复合絮凝剂

步骤A: 取200 mL新鲜污泥，加入2%-15%的复合混凝剂的水溶液，复合混凝剂的质量浓度为20%，投加后用玻璃棒搅拌10s，并用烧杯来回倾倒约10次，保证药剂混合均匀。

步骤B：投加复合絮凝剂（阳离子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵组成）水溶液，质量浓度为1.7%，投加量为0.1%-1%，投加后用玻璃棒搅拌10s，并用烧杯来回倾倒约10次，保证药剂混合均匀。

步骤Ａ的复合混凝剂（硫酸铝铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵组成）和复合絮凝剂（阳离子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵组成）配制方法如下：按各自质量比将混凝剂和絮凝剂的各组分配制成一定浓度的溶液，搅匀备用。

结果：混凝剂质量浓度为20%，投加量为7%；絮凝剂质量浓度为1.7%，投加量为0.69%。泥水分离效果良好。

实施例2：中试实验，化学调理，投加复合混凝剂和复合絮凝剂

步骤A: 取70L新鲜污泥，加入复合混凝剂溶液（硫酸铝铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵组成），溶液配制比例同实施例1，投加量同实施例1。搅拌速度为30 r/min，搅拌时间为3分钟。保证药剂混合均匀。

步骤B：投加复合絮凝剂溶液（阳离子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵组成），溶液配制比例同实施例1，投加量同实施例1。快速搅拌30s之后慢速搅拌（10 r/min），搅拌时间为3分钟。保证药剂混合均匀。

结果，污泥输送压力稳定在5MPa，最大压力为10Mpa。20分钟内完成进泥过程，说明泥水分离效果明显，且污泥粘度较低，沿程阻力较小。板框压滤机液压压力稳定在15MPa，渗出压滤液较多，水质透明，无浑浊现象。泥饼含水率和压滤液水质参数如表1所示。

实施例3：原调理工艺实际运行案例—对比实验

调理工艺采用三氯化铁和聚丙烯酰胺联用技术，投加量为三氯化铁5%，阳离子聚丙烯酰胺0.5%，压滤液水质及滤饼参数如表1所示。

对比实验表明，原工艺和低氯复配药剂调理后，污泥含水率均能降至45%左右。但是，使用该发明中低氯高效复配混凝剂之后，压滤液中的氯离子含量能降低80%，电导率下降约20%，这两项指标的改善能够有效减缓泥饼对后续干化设备的腐蚀，同时有利于其资源化处理。

同时，聚丙烯酰胺的投加量由0.5%降至0.175%，能有效降低污泥及压滤液的粘性，避免泥饼外运填埋时因保水作用而影响感官效果，药剂成本也因此明显下降。采用主要成分为硫酸铝铁的复配混凝剂，单位投加量的铁元素含量远低于三氯化铁，可避免土壤因铁含量过高而板结。

按三氯化铁液体（固含量38%-40%，市场价900元/吨）投加量5%、 PAM（市场价30000/吨）投加量0.5%计算，折合成本为24.41元/吨湿污泥（固含量9.3%）；按原材料聚二甲基二烯丙基氯化铵10000元/吨，硫酸铝铁1200元/吨，聚丙烯酰胺30000元/吨计算，采用本发明中化学调理工艺并使用复配混凝剂和复配絮凝剂的综合处理成本是22.55元/吨湿污泥（固含量9.3%），节约7.6%的综合成本。

由此可见，本发明在保证污泥脱水效率（含水率降至45%）的前提下，能有效降低滤饼及滤液中氯离子、铁以及聚丙烯酰胺的含量，满足后续烘干和覆土填埋的需求。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

附表

Claims (3)

1.一种高效低氯调理剂，其特征在于，所述调理剂为粉末状，可用于高固消化污泥脱水工艺中调节污泥理化性质，提高污泥的泥水分离能力；所述调理剂由复合混凝剂和复合絮凝剂组成，其中：复合混凝剂由聚合硫酸铝铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵按（70-95）：（5-30）的质量比混合而成；所述复合絮凝剂由阳离子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵按（55-85）：（15-45）的质量比混合而成；以污泥的固含量计，复合混凝剂的投加量为2%-15%；复合絮凝剂的投加量为0.1%-1%；复合混凝剂中聚合硫酸铝铁的总铁有效成分为18%-22%，聚二甲基二烯丙基氯化铵粘度为800cps-1200cps；复合絮凝剂中阳离子聚丙烯酰胺的分子量为5,000,000-10,000,000，阳离子度25-30%，聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量为500,000-800,000。

2.一种如权利要求1所述的高效低氯调理剂在高固消化污泥脱水中的应用，其特征在于具体步骤为：

（1）向高固消化污泥中投加复合混凝剂的水溶液，同时进行搅拌，控制搅拌速度为28-32 r/min，搅拌时间为3-5分钟；以污泥的固含量计，复合混凝剂的投加量为2%-15%；

（２）向步骤（1）所得高固消化污泥中投加复合絮凝剂，同时进行搅拌，快速搅拌30s之后慢速搅拌，搅拌时间为3-5分钟；复合絮凝剂的投加量为0.1%-1%，以污泥的固含量计。

3.根据权利要求２所述的应用，其特征在于，所述高固消化污泥为含固率在8％以上的厌氧消化污泥。