CN109081552A - 一种无机-有机复合型污泥调理剂的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥技术处理领域,涉及一种污泥脱水调理剂的制备及应用,尤其涉及一种无机‑有机复合型污泥调理剂的制备方法及其应用。提出了先用NaCl处理,再用壳聚糖(CTS)‑聚合氯化铁(PFC)复合调理剂+污泥残渣助凝剂共同调理污泥的新方法,以及具体的聚糖(CTS)‑聚合氯化铁(PFC)复合调理剂制备方法,所述方法污泥脱水效果优异,达到了深度脱水的目的,为污泥脱水及其后续处理提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明属于污泥技术处理领域,涉及一种污泥脱水调理剂的制备及应用,尤其涉及一种无机-有机复合型污泥调理剂的制备方法及其应用。
背景技术
城市污泥是一种产生于污水处理过程中的副产物,随着我国经济的迅速发展及人口的快速增长,我国生活污水处理量逐年增加,随之而来的剩余污泥量也增长迅猛。然而污泥处理的投资和运行费用巨大,可占整个污水厂投资及运行费用的25%一65%,已成为城市污水处理厂所面临的沉重负担。污泥脱水已成为污泥处理及处置流程中一个非常重要的环节,通过减少污泥体积来节省后续运输、填埋、焚烧等处理成本具有重大意义。实践中常通过投加化学药剂来改善污泥的脱水性能,污泥调理剂主要分为无机调理剂、有机调理剂、无机-有机复合调理剂及微生物调理剂四类。
(1)无机污泥调理剂
无机调理剂主要有铁盐、铝盐、铝铁盐和石灰等,按相对分子质量的大小可以分为无机低分子调理剂和无机高分子调理剂。传统的无机低分子絮凝剂主要分为铝盐系和铁盐系。如硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等。无机高分子调理剂主要以聚氯化铝、聚硫酸铁为主。因为高分子调理剂分子量大,高分子链聚合度高,可形成“胶粒-高分子物质-胶粒”的集合体,起到无机低分子调理剂所不具有的吸附架桥作用。因为絮凝能力强、絮凝效果好、价格相对低廉等优点,无机高分子调理剂已逐步成为无机调理药剂的主流(2)有机污泥调理剂
有机高分子调理剂主要有人工合成的聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钠,还有天然的有机高分子调理剂,如淀粉衍生物、纤维素衍生物、植物胶、多聚糖类调理剂经过适当的化学改性后已被广泛使用。有机高分子调理剂相对分子量大,架桥吸附能力更强,网捕性能较好,且具有用量小效率高,受pH、共存盐类及温度影响较小的优点。
(3)无机-有机复合型污泥调理剂
目前常用的复合调理剂有无机/无机、无机/有机等复合调理剂,以无机/有机复合调理剂的研究应用较多。它能综合单一调理剂的各自不同的优点,克服某些性能上的不足。如复合调理剂适应范围广,pH使用范围大,对各种浓度水质或有色废水等均有良好净化效果,污泥脱水性能好等诸多优点,在水处理领域得到越来越广泛的研究与应用。
(4)微生物调理剂
微生物调理剂是一种利用生物技术,通过从微生物体或其分泌物中发酵、抽取、精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的高效、无毒的新型调理剂,其具有絮凝活性高、安全可生物降解、无二次污染的优势,越来越受到重视。尤其活性污泥本身富含有大量的菌胶团,可以利用这一优势从活性污泥中提取制备微生物调理剂,且具有较好的调理效果。
具体例如,CN201010145233.2提供了一种以羧甲基壳聚糖作絮凝剂的海水净化方法,将水溶性羧甲基壳聚糖(CMC)与聚合氯化铁(PFC)分别配制成水溶液,先后投放入海水中,搅拌后静沉,除去沉淀物得到净化的海水。投加的羧甲基壳聚糖、聚合氯化铁与海水的质量比例为:海水∶羧甲基壳聚糖∶聚合氯化铁=1吨∶2~2.5克∶10~20克。
CN201510123228.4提供了一种含盐高温废水生化处理的活性污泥培养方法,该方法以温泉、火山地、地热区土壤等为污泥样品,接种于20℃~30℃的培养装置,采用间歇式驯化培养方式,经过30℃~40℃培养(周期1~7d)、40℃~50℃培养(周期7~14d)、50℃~60℃培养(周期7~14d)三个阶段,加入微生物稳定剂,可以获得用于处理含盐高温废水的活性污泥。
CN201610977282.X提供了一种用于养殖业污水处理的絮凝剂配方,由下例百分比的质量组分组成:8~13%聚硅酸铁(PSF)、10~15%甲基丙烯酸、2~8%氯酸盐、1~6%硅烷偶联剂等。
已有技术问题及缺陷主要在于:
(1)无机低分子调理剂价廉易得,但投加量大,一般要达到污泥干固体重量的5%~20%,会导致污泥滤饼体积增大。而且铁离子具有颜色,铁盐还具有的较强腐蚀性,而水中的氯离子也会降低明矾的絮凝作用,加大明矾的投加量,因此无机低分子调理剂的使用已经越来越少。
(2)人工合成的有机高分子调理剂成本较高,一般难降解,且有生物毒性,应用最多的PAM单体易残留在污泥中,且脱水率仅为75%,还具有“三致”效应,对环境危害较大。壳聚糖虽然无毒易降解,但是单独使用脱水率也难以降到60%以下,达不到深度脱水的目的。
(3)无机-有机复合型调理剂虽然处理效果好,但仍然存在难降解、污染环境等问题,而且复合调理剂合成困难,无机-天然有机复合絮凝剂由于天然有机物成分复杂,稳定性较差,还难以进行大规模工业化生产。
(4)对于微生物调理剂而言,缺乏对优良的调理剂产生菌诱变育种和基因控制方面的研究,而且存在制备过程复杂、周期长、成本高产量低等缺点。
发明内容
本发明制备了一种新型无机-有机复合调理剂,并提出了一种“NaCl预处理-复合调理剂调理-污泥残渣助凝”的新型的组合方法来对污泥进行调理,以提高其脱水性能,达到深度脱水的目的。
本发明通过以下技术方案来实现:
一种无机-有机复合型污泥调理剂污泥调理的方法,包括:
(1)、选择待处理的污泥,先用NaCl处理,NaCl的投加量为0.1~0.5mol/L;
(2)、再加入壳聚糖(CTS)-聚合氯化铁(PFC)复合污泥调理剂处理,CTS与PFC的质量比为0.5~2,复合污泥调理剂的投加量比为20~50mg/L;
(3)、最后加入污泥热解残渣,投加量为前述污泥总质量的40%~60%。
污泥的泥水混合物中,大部分水与污泥中的胞外聚合物结合,极大的限制了污泥的深度脱水。前述方案是通过大量实验意外得到的,首先用NaCl溶液预处理泥水混合物可以破坏污泥中的胞外聚合物将其中的水释放出来;然后加入制备好的复合调理剂对污泥进行调理,通过吸附架桥、电中和、卷扫等作用使污泥结合成体积较大、易于沉降的絮体。最后加入的污泥热解残渣在污泥脱水中起到骨架作用,可以曾强絮体强度,减小污泥比阻,有利于压滤脱水。
作为本发明的一种优选方案,提供了壳聚糖(CTS)-聚合氯化铁(PFC)调理剂的制备方法,所述方法包括:
室温下称取一定量的壳聚糖,将其溶于1%~2%的醋酸溶液中,配置成1~2mg/mL的壳聚糖溶液;配置一定浓度的FeCl3溶液于烧杯中,在快速搅拌下加入一定浓度的NaOH溶液,制得碱化度0≤OH/Fe<1的聚合氯化铁溶液;在45~80℃水浴、磁力搅拌条件下,将壳聚糖溶液缓慢加入到制备的聚合氯化铁溶液中,其中CTS与PFC的质量比为0.5~2,反应时间0.5~3h,反应结束后取下烧杯冷却,熟化24h备用。
FeCl3溶液的浓度为0.2~0.6mol/L,NaOH溶液的浓度为0.1mol/L~0.3mol/L。碱化度以1为最佳。
壳聚糖是一种线型分子,其分子链中含有反应性基团一NH,和一OH,在酸性溶液中会形成高电荷密度的阳离子聚电解质,且线性分子链上含有多个羟基和氨基,使其对金属离子具有一定的螯合作用。若醋酸溶液浓度过大,将会导致壳聚糖分子的过度电离,影响其对金属的螯合作用,1%~2%的醋酸溶液浓度较佳。此外碱化度O≤OH/Fe<1的聚合氯化铁溶液更稳定,便于与壳聚糖分子反应。上述制备条件对于制备的复合调理剂产率较高。
作为本发明的一种优选方案,NaCl的投加量为0.2~0.3mol/L,既最大限度的降低使用量,又最大可能的降低含水率和污泥比阻。
作为本发明的一种优选方案,复合污泥调理剂的投加量比为20~35mg/L,既最大限度的降低使用量,又最大可能的降低含水率和污泥比阻。
作为本发明的一种优选方案,所述步骤污泥热解残渣的制备方法为:取一定量的污泥,放入微波炉中,功率800~1200W,热解时间为10~20分钟。热解完成后取出研磨至过200目筛;污泥残渣含水量为0。
通过前述污泥热解残渣方法,脱水污泥经过微波热解可以获得合成气及生物油,剩余的固体产物即污泥残渣即可用作助凝剂,变废为宝。
作为本发明的一种优选方案,步骤(1)的处理时间优选为100~200min。
作为本发明的一种优选方案,步骤(2)处理时间优选为3~8min。
作为本发明的一种优选方案,步骤(3)调理时间优选为5~10min。
根据大量的试验发现,搅拌时间若过长,会破坏已经形成的污泥絮体,不利于后续脱水;若搅拌时间过短又不利于药剂与污泥的充分接触,经过试验验证上述搅拌时间处理效果较好。
作为本发明的一种优选方案,处理步骤为将NaCl加入到烧杯中,80r/min搅拌120分钟;然后加入一定量制备好的污泥调理剂污泥混合物以300r/min搅拌30s,然后以80r/min搅拌3min;最后将一定量的污泥热解残渣粉末加入到烧杯中,并将污泥混合物以80r/min搅拌5min。
根据大量的试验发现,上述工艺参数下污泥的脱水效果较好,可以达到深度脱水的目的。
本发明相对于现有技术的有益效果包括:
(1)本发明制备了一种新型无机-有机复合污泥调理剂,并提出了先用NaCl处理,再用复合调理剂+污泥残渣助凝剂共同调理污泥的新方法,污泥脱水效果优异,达到了深度脱水的目的,为污泥脱水及其后续处理提供了技术支持。
(2)先用NaCl处理,再加入CTS-PFC复合调理剂、污泥残渣粉末调理的污泥,污泥比阻和泥饼的含水率得到最大程度的降低。
附图说明
图1,NaCl投加量对污泥脱水性能的影响示意图;
图2,CTS-PFC复合型调理剂对污泥的脱水性能影响示意图;
图3,新提出的污泥调理方法与单一调理方法对污泥的调理效果对比示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种壳聚糖(CTS)-聚合氯化铁(PFC)调理剂的制备方法
室温下称取一定量的壳聚糖,将其溶于1%~2%的醋酸溶液中,配置成1~2mg/mL的壳聚糖溶液;配置浓度为0.5mol/L的FeCl3溶液于烧杯中,在快速搅拌下加入浓度为0.25mol/L的NaOH溶液,制得碱化度为1的聚合氯化铁溶液;在60℃水浴、磁力搅拌条件下,将壳聚糖溶液缓慢加入到制备的聚合氯化铁溶液中,其中CTS与PFC的质量比为1,反应时间1h。反应结束后取下烧杯冷却,熟化24h备用。
实施例2
一种壳聚糖(CTS)-聚合氯化铁(PFC)调理剂的制备方法
室温下称取一定量的壳聚糖,将其溶于1%~2%的醋酸溶液中,配置成1~2mg/mL的壳聚糖溶液;配置浓度为0.5mol/L的FeCl3溶液于烧杯中,在快速搅拌下加入浓度为0.25mol/L的NaOH溶液,制得碱化度为1的聚合氯化铁溶液;在60℃水浴、磁力搅拌条件下,将壳聚糖溶液缓慢加入到制备的聚合氯化铁溶液中,其中CTS与PFC的质量比为1.5,反应时间2h。反应结束后取下烧杯冷却,熟化24h备用。
实施例3
一种无机-有机复合型污泥调理剂污泥调理的方法
首先,在量程为1L的烧杯中加入500mL污泥样品,将0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mol/L的NaCl溶液加入到烧杯中,80r/min搅拌120分钟;然后加入(实施例1污泥调理剂)30mg/L制备好的污泥调理剂污泥混合物以300r/min搅拌30s,然后以80r/min搅拌3min;最后将前述污泥总质量的50%的污泥热解残渣粉末(SR)加入到烧杯中,并将污泥混合物以80r/min搅拌5min。
污泥热解残渣粉末的制备方法为取一定量的污泥,放入微波炉中,功率1200W,热解时间为20分钟。热解完成后取出研磨至过200目筛;污泥残渣含水量为0。
其中,NaCl投加量对污泥脱水性能的影响如图1所示,由图1可知,投加NaCl对污泥的絮体有破坏作用,随着NaCl投加量的增加,污泥比阻与泥饼的含水率均有一定程度的降低,其中污泥比阻降低了70.8%,污泥含水率降低了14.5%,证明NaCl处理过的污泥其脱水性能具有较好的改善。
实施例4
一种无机-有机复合型污泥调理剂污泥调理的方法
首先,在量程为1L的烧杯中加入500mL污泥样品,将0.3mol/L的NaCl溶液加入到烧杯中,80r/min搅拌120分钟;然后加入(实施例1污泥调理剂)0、10、20、30、40、50mg/L制备好的污泥调理剂污泥混合物以300r/min搅拌30s,然后以80r/min搅拌3min;最后将前述污泥总质量的50%的污泥热解残渣粉末(SR)加入到烧杯中,并将污泥混合物以80r/min搅拌5min。
污泥热解残渣粉末的制备方法为取一定量的污泥,放入微波炉中,功率1200W,热解时间为20分钟。热解完成后取出研磨至过200目筛;污泥残渣含水量为0。
其中,CTS-PFC复合型调理剂对污泥的脱水性能影响如图2所示,如图可知,CTS-PFC复合型调理剂对污泥的调理效果较明显,随着复合型调理剂的增加,污泥比阻与泥饼含水率均呈现先降低后升高的趋势,其中污泥比阻最多降低了73%,泥饼含水率最多降低了29%,但是当调理剂投加过量时,污泥脱水效果明显变差,所以CTS-PFC的投加量在20~35mg/L时调理效果最好。
对比实施例1仅使用NaCl的方案
室温下称取一定量的氯化钠固体,溶于去离子水中,配置成浓度为0.5mol/L的NaCl溶液。在量程为1L的烧杯中加入500mL污泥样品,将0.5mol/L的NaCl溶液加入到烧杯中,50r/min搅拌100分钟。
对比实施例2仅使用PFC的方案
配置一定量浓度为0.5mol/L的FeCl3溶液于烧杯中,在快速搅拌下加入一定量浓度为0.25mol/L的NaOH溶液,制得碱化度为1的聚合氯化铁溶液。在量程为1L的烧杯中加入500mL污泥样品,然后加入制备好的聚合氯化铁溶液,400r/min搅拌60s。
对比实施例3使用CTS-PFC的方案
首先,在量程为1L的烧杯中加入500mL污泥样品,然后加入制备好的CTS-PFC=1的调理剂,设定仪器程序,400r/min搅拌60s,然后以50r/min搅拌5min。
实施例5调理效果测试
实施例3(NaCl为0.3mol/L)的污泥调理方法方案与单一调理方法(对比实施例1-3)对污泥的对比调理效果如图3所示,从图3可以看出:
与原污泥相比,添加NaCl污泥比阻降低68.8%,可以极大的改善污泥的脱水性能;CTS-PFC复合调理剂对污泥的脱水性能也有明显的改善,较单独使用PFC调理剂污泥含水率可降到70%以下;而先用NaCl处理,再加入CTS-PFC复合调理剂、污泥残渣粉末调理的污泥,污泥比阻仅为4ⅹ108s2/g,泥饼的含水率为58%。污泥残渣粉末作为助凝剂与调理剂联合使用,可以在调理过程中起到骨架作用,增加污泥絮体的强度,使其更易于脱水。可见本发明提出的污泥调理方式适用于污泥的深度脱水,可以成功将泥饼的含水率降低到60%以下。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无机-有机复合型污泥调理剂污泥调理的方法,其特征在于,包括:
(1)、选择待处理的污泥,先用NaCl处理,NaCl的投加量为0.1~0.5mol/L;
(2)、再加入壳聚糖(CTS)-聚合氯化铁(PFC)复合污泥调理剂处理,CTS与PFC的质量比为0.5~2,复合污泥调理剂的投加量比为20~50mg/L;
(3)、最后加入污泥热解残渣,投加量为前述污泥总质量的40%~60%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,壳聚糖(CTS)-聚合氯化铁(PFC)调理剂的制备方法包括:
室温下称取一定量的壳聚糖,将其溶于1%~2%的醋酸溶液中,配置成1~2mg/mL的壳聚糖溶液;配置一定浓度的FeCl3溶液于烧杯中,在快速搅拌下加入一定浓度的NaOH溶液,制得碱化度O≤OH/Fe<1的聚合氯化铁溶液;在45~80℃水浴、磁力搅拌条件下,将壳聚糖溶液缓慢加入到制备的聚合氯化铁溶液中,其中CTS与PFC的质量比为0.5~2,反应时间0.5~3h,反应结束后取下烧杯冷却,熟化24h备用。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,FeCl3溶液的浓度为0.2~0.6mol/L,NaOH溶液的浓度为0.1mol/L~0.3mol/L;碱化度为1。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述复合污泥调理剂的投加量比为20~35mg/L。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)的处理时间优选为100~200min。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)处理时间优选为3~8min。
7.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)调理时间优选为5~10min。
8.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,处理步骤为将一定量的NaCl加入到烧杯中,80r/min搅拌120分钟;然后加入一定量制备好的污泥调理剂污泥混合物以300r/min搅拌30s,然后以80r/min搅拌3min;最后将一定量的污泥热解残渣粉末加入到烧杯中,并将污泥混合物以80r/min搅拌5min。
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