CN110002709A - 一种新型市政污泥调理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型市政污泥调理剂。该新型市政污泥调理剂，包括污泥生物炭和高铁酸盐，所述的污泥生物炭和高铁酸盐的质量比为2～130:3，所述的污泥生物炭由如下步骤制备得到，将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下300℃～900℃热解1～4h后得到污泥生物炭。本发明提供的基于市政污泥为原料的市政污泥调理剂，为污泥脱水的处理处置及资源化利用提供了新的途径。

Description

一种新型市政污泥调理剂
技术领域：
本发明涉及城镇固体废弃物处置与资源化技术领域，尤其是涉及一种新型市政污泥调理剂。
背景技术：
我国主要城市生活污水排放量自2010以来每年以大于5.3％增长率增加。2016年生活污水排放量达到了176.84亿吨，按照0.3％的比例估算，市政污泥产量约为5305万吨。浓缩后的市政污泥含水率仍高达95％～97％，填埋处理要求污泥含水率不得高于60％，焚烧处理要求含水率低于50％，热解处理虽无规范要求，过高的含水率必然因水分气化而耗费大量的热量。含水率过高为污泥后续处理处置，特别是焚烧、热解等能源化利用带来极大的挑战。因此，污泥脱水是污泥后续处理处置的关键，实践证明，没有预处理(调理)的污泥几乎不可能实现机械脱水。
无机聚合物和有机聚合物絮凝剂由于腐蚀、毒性、难降解等环境问题，目前仍在世界范围内广泛使用，但逐渐受到限制。为获得环境友好的絮凝剂，改性天然高分子絮凝剂(壳聚糖、淀粉、纤维素、大豆蛋白等)其改性、生产过程中仍需消耗以牺牲大量环境成本得来的化学试剂，例如纤维素改性所需要的强碱(NaOH)、引发剂(NaIO4)、接枝单体(尿素)等。以高环境成本为代价生产用于改善污泥脱水性能的絮凝剂，导致其环保性下降。此外，还有一类混凝剂(硅藻土、石灰、石膏、煤粉、褐煤、粉煤灰、甘蔗渣、木屑等)，或者称作骨架构建体，主要通过降低污泥压缩性、构建水渗透通道的方式，改善污泥脱水性能，然而其存在用量过大，改善效果一般的问题，很少单独使用。因此，当前亟需探索和研究一种环保、高效、低成本的污泥调理技术。
发明内容：
本发明的目的是提供一种新型市政污泥调理剂，该市政污泥调理剂的制备过程简便，安全环保，活性污泥添加该污泥调理剂脱水后活性污泥泥饼含水率较目前污水处理厂泥饼含水率显著降低。
本发明的一个目的是提供了一种新型市政污泥调理剂，包括污泥生物炭和高铁酸盐，所述的污泥生物炭和高铁酸盐的质量比为2～130:3，所述的污泥生物炭由如下步骤制备得到，将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下300℃～900℃热解1～4h后得到污泥生物炭。
本发明中，利用现有废弃物市政污泥为原料，进行热解炭化，丰富污泥生物炭的孔隙结构及官能团，作为新型污泥调理剂的骨架构建体。
本发明提出的市政污泥调理剂调理污泥脱水的基本原理是，该市政污泥调理剂中的高铁酸盐因具有强氧化性，使得活性污泥中的大块絮体被破解成较小絮体，释放出截留水，降低活性污泥的含水率(如图1所示)。污泥生物炭在脱水过程起到骨架构建体的作用，提高污泥的可压缩性，为水分提供渗流通道，从而达到降低脱水后污泥泥饼的含水率的效果(如图2中的a和b所示)。
优选地，所述的高铁酸盐为高铁酸钾(分析纯级高铁酸钾)。
优选地，步骤(1)所述的预处理后的市政污泥的预处理的具体步骤如下：将污泥泥饼先进行手动剔除固体杂质后，置于烘箱105℃干燥至恒重后取出，用粉碎机进行粉碎处理并过筛，得到预处理后的市政污泥。
优选地，将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下500℃～600℃热解2h后得到污泥生物炭。
优选地，所述的污泥生物炭和高铁酸盐的质量比为8～125:3。
本发明还提供了新型市政污泥调理剂在污泥脱水中的应用。
优选地，包括如下步骤：将高铁酸盐加入到活性污泥中，以100～300rpm的搅拌速度搅拌1～10min后，再将污泥生物炭投加到活性污泥中，再以50～100rpm的搅拌速度搅拌5～30min后，静止0～120min，并记录静置沉降情况，经脱水处理后，得到污泥脱水率。
优选地，所述的活性污泥的pH值为2～7。
优选地，每100mL活性污泥中加入0.06～0.3g的高铁酸盐，每100mL活性污泥中加入0.25～1.3g的污泥生物炭。
本发明提供的基于污泥为原料的市政污泥调理剂，为污泥脱水的处理处置及资源化利用提供了新的途径。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中，利用现有废弃物市政污泥为原料，进行热解炭化，丰富污泥生物炭的孔隙结构及官能团，作为新型调理剂的骨架构建体。
(2)本发明提供的基于污泥为原料的市政污水调理剂制备方法，为脱水污泥的处理处置及资源化利用提供了新的途径。
(3)本发明提出的污泥调理剂，避免了使用酸碱催化剂或有机溶剂，环保，原料易得，生产成本低，污泥调理剂的脱水效果良好。
附图说明：
图1为本发明市政污泥调理剂调理污泥脱水的基本原理图；
图2为本发明市政污泥调理剂调理污泥脱水的基本原理图。
具体实施方式：
下面结合具体实例，进一步阐明本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。高铁酸钾购自上海麦克林生化科技有限公司。下述实施例中的活性污泥取自广东省佛山市污水处理厂。
将市政污泥泥饼先进行手动剔除固体杂质后，置于烘箱105℃干燥至恒重后取出，进行粉碎处理并过筛，得到预处理后的市政污泥，然后在惰性气体氛围下300℃～900℃热解后得到污泥生物炭。
实施例1
将市政污泥泥饼先进行手动剔除固体杂质后，置于烘箱105℃干燥至恒重后取出，进行粉碎处理并过筛，得到预处理后的市政污泥，然后将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下600℃热解2h后得到污泥生物炭。
称取0.6g的污泥生物炭6份，分别加入pH值为2、3、4、5、6和7的100mL的活性污泥中以100rpm的搅拌速度搅拌5min，搅拌完成后，静置30min后，对其进行脱水处理，得到污泥脱水率，不同pH值下活性污泥的脱水率如表1所示。
表1
活性污泥pH值 2 3 4 5 6 7
活性污泥含水率(％) 70.72 68.98 73.64 74 75.38 74.46
由表1可以得出，在pH值为2～3的活性污泥，活性污泥含水率较小，污泥生物炭在pH值为3的活性污泥中脱水效果最好。
实施例2
将市政污泥泥饼先进行手动剔除固体杂质后，置于烘箱105℃干燥至恒重后取出，进行粉碎处理并过筛，得到预处理后的市政污泥，然后将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下600℃热解2h后得到污泥生物炭。
量取pH值为3的100mL的活性污泥6份，分别加入0.25g、0.5g、0.6g、0.8g、1.0g和1.3g的污泥生物炭以100rpm的搅拌速度搅拌5min，搅拌完成后，静置30min后，对其进行脱水处理，得到污泥脱水率，不同质量的污泥生物炭活性污泥的脱水率如表2所示。
表2
活性污泥(g) 0.25 0.5 0.6 0.8 1.0 1.3
活性污泥含水率(％) 70.44 71.23 67.80 61.66 59.94 72.2
由表2可以得出，在pH值为3的活性污泥中，污泥生物炭的加入量为0.8～1.0g时的活性污泥含水率较小，每100mL的活性污泥中加入1.0g污泥生物炭，活性污泥脱水效果最好。
实施例3
将市政污泥泥饼先进行手动剔除固体杂质后，置于烘箱105℃干燥至恒重后取出，进行粉碎处理并过筛，得到预处理后的市政污泥，然后将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下不同热解条件下(具体条件参见表3)得到污泥生物炭。
量取pH值为3的100mL的活性污泥，分别加入1.0g的上述不同热解条件下的污泥生物炭以100rpm的搅拌速度搅拌5min，搅拌完成后，静置30min后，对其进行脱水处理，得到污泥脱水率，不同热解条件下的污泥生物炭活性污泥的脱水率如表3所示。
表3
热解温度(℃) 300 400 500 500 600 800 900
热解时间(h) 4 3 3 2 2 2 1
活性污泥含水率(％) 72.54 65.16 64.48 61.92 63.43 69.89 71.24
由表3可以得出，在pH值为3的活性污泥中，经过热解条件为500℃～600℃热解2h得到的污泥生物炭处理的活性污泥含水率较小，热解条件为500℃热解2h得到的污泥生物炭，活性污泥脱水效果最好。
实施例4
量取pH值为4的100mL的活性污泥6份，分别加入0.06g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g和0.3g的高铁酸钾以200rpm的搅拌速度搅拌5min，搅拌完成后，静置30min后，对其进行脱水处理，得到污泥脱水率，不同质量的高铁酸钾活性污泥的脱水率如表4所示。
表4
高铁酸钾(g) 0.06 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
活性污泥含水率(％) 70.9 66.5 64.3 59.1 59 58.7
由表4可以得出，在pH值为3的活性污泥中，高铁酸钾的投加量为0.2～0.3g时的活性污泥含水率较小，每100mL的活性污泥中加入0.3g高铁酸钾时活性污泥脱水效果最好。
实施例5
将市政污泥泥饼先进行手动剔除固体杂质后，置于烘箱105℃干燥至恒重后取出，进行粉碎处理并过筛，得到预处理后的市政污泥，然后将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下600℃热解2h后得到污泥生物炭。
量取pH值为3的100mL的活性污泥6份，将不同质量的高铁酸钾加入到活性污泥中(高铁酸钾的质量如表5所示)，以200rpm的搅拌速度搅拌5min后，再将不同质量的污泥生物炭投加到活性污泥中(污泥生物炭的质量如表5所示)，再以100rpm的搅拌速度搅拌5min后，静置120min，其进行脱水处理，得到污泥脱水率，不同质量的污泥生物炭活性污泥的脱水率如表5所示。
以活性污泥直接脱水作为对比例1，具体步骤为量取pH值为3的100mL活性污泥；将活性污泥在300rpm的搅拌速度下搅拌2min，再在100rpm的搅拌速度下搅拌5min，搅拌完成后，将活性污泥静置30min，再对其进行脱水处理。
以市购的絮凝剂产品阳离子型聚丙烯酰胺作为对比例2，量取pH值为3的100mL活性污泥，将0.4g阳离子型聚丙烯酰胺投加到活性污泥以300rpm搅拌速度搅拌2min，再100rpm搅拌5min；搅拌完成后，将污泥静置30min，再对其进行脱水处理。
表5
高铁酸钾(g) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.03 0.03
污泥生物炭(g) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.25 1.30
活性污泥含水率(％) 68.13 63.36 61.74 59.98 53.9 58.76 64.31
对比例1活性污泥直接脱水后，污泥的含水率为83.32％，对比例2采用的阳离子型聚丙烯酰胺的含水率为78.93％，由表5可以得出，污泥生物炭协同高铁酸钾共同调理污泥效果优于污泥生物炭单独调理，协同调理后泥饼含水率最优效果为53.9％。该值远远低于直接脱水的活性污泥泥饼含水率及目前污水处理厂采用的阳离子型聚丙烯酰胺的含水率。本发明提供的污泥调理剂具有优异的脱水效果，能够高效的去除污泥泥饼中的含水率，活性污泥脱水效果最好。
上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种新型市政污泥调理剂，其特征在于，包括污泥生物炭和高铁酸盐，所述的污泥生物炭和高铁酸盐的质量比为2～130:3，所述的污泥生物炭由如下步骤制备得到，将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下300℃～900℃热解1～4h后得到污泥生物炭。
2.根据权利要求1所述的新型市政污泥调理剂，其特征在于，所述的高铁酸盐为高铁酸钾。
3.根据权利要求1所述的新型市政污泥调理剂，其特征在于，步骤(1)所述的预处理后的市政污泥的预处理的具体步骤如下：将污泥泥饼先进行手动剔除固体杂质后，置于烘箱105℃干燥至恒重后取出，用粉碎机进行粉碎处理并过筛，得到预处理后的市政污泥。
4.根据权利要求1或3所述的新型市政污泥调理剂，其特征在于，将预处理后的市政污泥在惰性气体氛围下500℃～600℃热解2h后得到污泥生物炭。
5.根据权利要求1所述的新型市政污泥调理剂，其特征在于，所述的污泥生物炭和高铁酸盐的质量比为8～125:3。
6.权利要求1所述的新型市政污泥调理剂在污泥脱水中的应用。
7.根据权利要求6所述的新型市政污泥调理剂在污泥脱水中的应用，其特征在于，包括如下步骤：将高铁酸盐加入到活性污泥中，以100～300rpm的搅拌速度搅拌1～10min后，再将污泥生物炭投加到活性污泥中，再以50～100rpm的搅拌速度搅拌5～30min后，静止0～120min，并记录静置沉降情况，经脱水处理，得到污泥脱水率。
8.根据权利要求7所述的新型市政污泥调理剂在污泥脱水中的应用，其特征在于，所述的活性污泥的pH值为2～7。
9.根据权利要求7所述的新型市政污泥调理剂在污泥脱水中的应用，其特征在于，每100mL活性污泥中加入0.06～0.3g的高铁酸盐，每100mL活性污泥中加入0.25～1.30g的污泥生物炭。
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