CN111747630A - 一种剩余污泥调理组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种剩余污泥调理组合物及其应用。本发明的剩余污泥调理组合物含有：（A）无机絮凝剂；（B）分散剂，其选自硫酸盐、脂肪酸及其盐、石蜡、硅油、纤维素或其混合物；和（C）任选的表面活性剂。本发明还涉及将本发明的剩余污泥调理组合物在剩余污泥处理中用于化学调理剩余污泥。本发明的剩余污泥调理组合物提高了热干化效率，并使热干化处理后得到的污泥具有良好的设备通过性能，以及良好的储存稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及剩余污泥的处理。更具体地说，本发明涉及一种含有无机絮凝剂、分散剂和任选的表面活性剂的剩余污泥调理组合物，及其在剩余污泥处理中的应用。
技术背景
人们的生产生活会产生大量废水。为符合国家标准，这些废水需要进行处理后才能排放。市政污水处理广泛使用活性污泥法来处理废水。该方法中产生大量活性污泥，其以剩余污泥的形式从市政污水处理系统中排出。剩余污泥成分复杂。剩余污泥有可能含病源微生物、寄生虫卵、有毒有害重金属及大量难降解物质。同时，剩余污泥含水率高并富含有机物。如果直接排放或废弃，则只是将废水中的污染物进行转移，仍然对环境存在重大危害。因此，仍然需要对剩余污泥进行处理，以实现无害化、稳定化、减量化和资源化的最终目标。
对剩余污泥进行处理的首要任务是降低其含水率。剩余污泥中的水可分为自由水、间隙水、胞间结合水和细胞内部水。不同形式的水需要通过不同方法去除。自由水一般可以通过浓缩、过滤去除；间隙水和胞间结合水一般需要进行化学调理，以破坏剩余污泥的胶团结构，使其由亲水性趋势改变为疏水性趋势，再通过机械脱水去除；细胞内部水一般只能通过热干化去除。
为最大程度降低剩余污泥的含水率，一般的处理方法会包括化学调理、机械脱水和热干化的步骤。已经开发出众多技术，以改造上述步骤，从而改善剩余污泥处理的效率，例如提供更高的脱水率，更低的能耗，等等。
中国专利CN1962495A公开了一种污泥深度脱水的添加剂，其包括含铁物质和含钙物质。并公开了将该添加剂用于污泥调质过程中，以改善污泥脱水。
中国专利申请CN1962496A公开了一种污泥深度脱水的方法，包括调质和脱水两个步骤，其中调质包括，在污泥中加入含Fe原料，反应若干分钟后再添加含Ca原料，再反应若干分钟。通过化学与机械作用相结合，最终污泥的含水率在60％以下。
这些技术已经很好实现了对剩余污泥的脱水。但是，在处理过程中，甚至在处理后，剩余污泥表现出较强的粘性。这使得剩余污泥会粘附在管道和装置，例如储槽、粉碎机、干化机等上。相应降低了剩余污泥的通过性能，甚至损坏设备。同时，剩余污泥表现出较强的粘性使其不易于分散，从而会在热干化期间形成内湿外干的颗粒。这不仅影响了热干化的效果和能耗，还会导致热干化后的污泥出现局部含水率过高，从而仍然会腐化发臭。
因此，仍然需要开发用于剩余污泥的调理组合物，其中在将其用于对剩余污泥进行化学调理时能够使调理后的剩余污泥易于脱水并具有良好的可加工性。
发明内容
本发明至少部分解决了上述问题。本发明提供了一种剩余污泥调理组合物，其含有：（A）无机絮凝剂；（B）分散剂，其选自硫酸盐、脂肪酸及其盐、石蜡、硅油、纤维素或其混合物；和（C）任选的表面活性剂。
本发明还涉及一种剩余污泥处理方法，其包括以下步骤：（i）使所述剩余污泥与本发明的剩余污泥调理组合物接触；（ii）使来自步骤（i）的剩余污泥脱水；和（iii）使来自步骤（ii）的剩余污泥热干化。
具体实施方式
为了避免疑义，本发明的一个方面的任何特征可用于本发明的任何其它方面。词语“包含”意在表示“包括”以及“由…组成”或“由...构成”。换句话说，所列举的步骤或选项不必是穷举的。应当注意的是，在下面的说明书中所给出的实例意在阐明本发明而不意在将本发明限制到那些实例本身。
除了实施例中，或当另有明确说明时，本说明书中表示材料的量或反应条件、材料的物理性能和/或用途的全部数值被理解为用词语“约”修饰。除非另有规定，否则，以格式“从x至y”表示的数值范围被理解为包括x和y。当对于特定的特征以格式“从x至y”来描述多个优选的范围时，可理解的是，组合不同端点的所有范围也是预期的。
除非特别指出，否则说明书中所提到的百分比为重量百分比。
剩余污泥调理组合物
为便于脱水，处理剩余污泥的方法包括对剩余污泥进行化学调理，以破坏剩余污泥的胶团结构，使其由亲水性趋势改变为疏水性趋势。化学调理通常采用絮凝剂来进行。絮凝剂大致分为有机絮凝剂和无机絮凝剂两类。有机絮凝剂多用于剩余污泥的浅度脱水，而无机絮凝剂多用于剩余污泥的深度脱水。
本发明的剩余污泥调理组合物含有：（A）无机絮凝剂；（B）分散剂，其选自硫酸盐、脂肪酸及其盐、石蜡、硅油、纤维素或其混合物；和（C）任选的表面活性剂。用于本发明的无机絮凝剂选自含铁或亚铁的无机絮凝剂、含铝的无机絮凝剂或其混合物。在一个方案中，所述无机絮凝剂可以选自硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁或氯化亚铁；上述无机絮凝剂的水合物、聚合物或混合物。所述无机絮凝剂的聚合物包括但不限于聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）、聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚硅酸硫酸铁（PFSS）、聚磷氯化铁（PPFC）、聚磷氯化铝（PPAC）、聚硅酸铁（PSF）和聚合硫酸氯化铁铝（PAFCS）。所述无机絮凝剂的混合物可以是两种或多种上述无机絮凝剂的混合物，也可以是其中一种上述无机絮凝剂与其他物质的混合物，例如明矾。无机絮凝剂优选选自铁盐或其聚合物或混合物，更优选为硫酸铁、聚合硫酸铁或其混合物。
基于干重量计，本发明的剩余污泥调理组合物含有约5-50wt%，优选约10-40wt%，更优选约15-35wt%，最优选约15-30wt%的无机絮凝剂。
本发明的剩余污泥调理组合物含有选自硫酸盐、脂肪酸及其盐、石蜡、硅油、纤维素或其混合物的分散剂。本发明所用的分散剂与所用无机絮凝剂呈化学惰性。也就是说，本发明所用的分散剂不与所用无机絮凝剂有明显的离子反应。分散剂优选选自脂肪酸及其盐、硅油、纤维素或其混合物，更优选选自硬脂酸镁、水溶性硅油、羟乙基纤维素或其混合物。
基于干重量计，本发明的剩余污泥调理组合物含有约1-30wt%，优选约2-25wt%，更优选约5-20wt%，最优选约10-20wt%的分散剂。
本发明的剩余污泥调理组合物任选含有表面活性剂。表面活性剂的存在增加了（A）无机絮凝剂与（B）分散剂的相容性。可以使用任何类型的表面活性剂，例如阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂或两性离子表面活性剂。优选表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、聚山梨醇脂或其混合物。
基于干重量计，本发明的剩余污泥调理组合物含有约0-10wt%，优选约0.1-8wt%，更优选约0.5-6wt%，最优选约1-5wt%的表面活性剂。
方法
本发明还涉及一种剩余污泥处理方法，其包括以下步骤：（i）使所述剩余污泥与本发明的剩余污泥调理组合物接触；（ii）使来自步骤（i）的剩余污泥脱水；和（iii）使来自步骤（ii）的剩余污泥热干化。
在使所述剩余污泥与本发明的剩余污泥调理组合物接触的步骤中，基于剩余污泥的干重量计，剩余污泥调理组合物以约10-30 wt%，优选约15-25 wt%，最优选约18-20 wt%的量与剩余污泥混合。通过例如搅拌，使剩余污泥与剩余污泥调理组合物混合均匀。
在使所述剩余污泥与本发明的剩余污泥调理组合物接触的步骤中，可以进一步向所述剩余污泥中加入助凝剂。助凝剂包括例如粉煤灰和含钙化合物，如氧化钙、氢氧化钙、石灰等粉体。基于剩余污泥的干重量计，助凝剂以约0-10wt%，优选约0.5-8wt%，更优选约1-6wt%，最优选约2-4wt%的量与剩余污泥混合。
在使所述剩余污泥与本发明的剩余污泥调理组合物接触后，得到化学调理的剩余污泥。随后对化学调理的剩余污泥进行脱水，这通过机械脱水设备，例如离心脱水机、带式脱水机、叠螺机、卧式板框压滤机或立式板框压滤机进行。脱水得到的污泥滤饼的含水率可以低至约45重量%。
将污泥滤饼进行热干化，以进一步降低含水率。热干化后的污泥的含水率低至约10重量%。
出人意料地发现，使用本发明的剩余污泥调理组合物对剩余污泥进行化学调理后，相对于使用常规剩余污泥调理组合物，热干化效率更高，而脱水效率相当或更好。更重要的是，热干化处理后，得到的污泥呈现细小、均匀的颗粒状，并且粘性低、易分散。这种污泥具有良好的设备通过性能，以及良好的储存稳定性。
性能测试
热干化效率测量如下：将1吨含水率为50重量%的污泥滤饼进料到热干化机中，在80℃的温度进行热干化，当污泥含水率降低到25重量%时出料并记录时间。通过单位时间内所处理的污泥滤饼的重量（kg/h）来表征热干化效率。
热干化后的污泥的形状测量如下：使用10*10的筛网（孔面积为1平方厘米）对定量的热干化后的污泥进行过筛，计算截留污泥量相对于污泥总量的百分数得到筛余量（%），以此表征热干化后的污泥的形状。
热干化后的污泥的设备通过性能测量如下：使用30m/s的风，将热干化后的污泥，通过直径250毫米的提升管道提升15米，输送到高位储料仓中。通过运行状况表征热干化后的污泥的设备通过性能。
热干化后的污泥的储存稳定性测量如下：将2kg热干化后的污泥堆积于环境条件下1个月，记录出现腐化臭味的时间。
现借助于如下非限制性实施例进一步举例说明本发明。
实施例
制备实施例
剩余污泥调理组合物具有以下组成，其中各成分用量以重量%计：
| 组合物1 | 组合物2 | 组合物3 | 组合物4 | 组合物5 | 组合物6 | |
| 聚合硫酸铝 | 20 | - | - | - | - | - |
| 硫酸铝 | - | 20 | 15 | 3 | - | - |
| 聚合硫酸铁 | - | - | - | - | - | 18 |
| 硫酸铁 | - | - | - | 12 | 18 | - |
| 水溶性硅油 | - | - | 20 | - | - | - |
| 硬脂酸镁 | - | - | - | 20 | - | 5 |
| 羟乙基纤维素 | - | - | - | - | 10 | - |
| 硫酸锰 | - | - | - | - | - | 5 |
| 硬脂酸镁 | - | - | - | - | - | - |
| 脂肪醇聚氧乙烯醚 | - | - | 5 | - | 1 | 1 |
| 聚山梨醇脂 | - | - | - | 5 | ||
| 水 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 |
*聚合硫酸铝：购自湖北振兴化工有限公司；
聚合硫酸铁：购自济南驰远化工有限公司；
水溶性硅油：购自嘉善江南纺织材料有限公司，商品名为JF-805亲水性氨基硅油；
羟乙基纤维素：购自任丘市鹏宇化工有限公司，商品名为羟乙基纤维素HEC；
脂肪醇聚氧乙烯醚：购自邢台鑫蓝星科技有限公司，商品名为乳化剂 AEO-9；
聚山梨醇脂：购自郑州超群化工产品有限公司，商品名为聚山梨酸酯80。
在搅拌下，将上述物质以上表所示量加入混合器中，在室温下充分混合，得到组合物1-6。其中，组合物1-2为对比剩余污泥调理组合物，组合物3-6为本发明剩余污泥调理组合物。
应用实施例
在60m3的污泥调理罐中注入来自污水处理厂的剩余污泥30m3。该剩余污泥的含水率为97.6%。在搅拌状态下分别加入180kg组合物1-6。10分钟后，停止搅拌，并通过进料泵将污泥调理罐中的化学调理后的剩余污泥注入板框压滤机中。采用双污泥调理罐进行连续的化学调理和进料，即在从第一个污泥调理罐中将化学调理后的剩余污泥注入板框压滤机的同时，在第二个污泥调理罐中按同样比例进行化学调理操作。当第一个污泥调理罐料位为零时，转换为由第二个污泥调理罐向板框压滤机进料，并在第一个污泥调理罐中重复化学调理操作，如此循环。当板框压滤机的进料压力达到1.2MPa时停止进料。启动压榨系统，使压榨压力为2.5MPa。滤液回流到污水处理厂处理。80分钟后停止压榨。卸出污泥滤饼。将污泥滤饼进料到干化机中。在80℃的温度进行热干化。污泥滤饼连续进料，在干化机内连续缓慢移动，180分钟后在干化机出口连续出料，如此连续生产。根据如上所述检测其性能，结果总结在下表中：
| 组合物1 | 组合物2 | 组合物3 | 组合物4 | 组合物5 | 组合物6 | |
| 热干化效率（kg/h） | 800 | 750 | 750 | 1150 | 1200 | 1350 |
| 热干化后的污泥的含水率（重量%） | 39 | 38 | 38 | 36 | 35 | 32 |
| 热干化后的污泥的筛余量（%） | 30 | 28 | 6 | 2 | 1 | 0 |
| 热干化后的污泥的设备通过性能 | 3小时后提升管堵塞 | 2小时后提升管堵塞 | 运行1个月提升管未堵塞 | 运行1个月提升管未堵塞 | 运行1个月提升管未堵塞 | 运行1个月提升管未堵塞 |
| 热干化后的污泥的储存稳定性 | 储存5天出现腐化臭味 | 储存6天出现腐化臭味 | 储存1个月未出现腐化臭味 | 储存1个月未出现腐化臭味 | 储存1个月未出现腐化臭味 | 储存1个月未出现腐化臭味 |
本领域技术人员可以理解，可以对上述实施方案进行改变而不偏离其发明构思。因此，应理解的是，本发明不限于公开的特定实施方案，而是要覆盖所附权利要求确定的本发明精神和范围内的修改。
Claims (10)
1.一种剩余污泥调理组合物，其含有：（A）无机絮凝剂；（B）分散剂，其选自硫酸盐、脂肪酸及其盐、石蜡、硅油、纤维素或其混合物；和（C）任选的表面活性剂。
2. 权利要求1所述的组合物，其中在一个方案中，所述无机絮凝剂选自硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁或氯化亚铁；上述无机絮凝剂的水合物、聚合物或混合物，
优选选自铁盐或其聚合物或混合物，或
更优选选自硫酸铁、聚合硫酸铁或其混合物。
3. 权利要求1所述的组合物，其中基于干重量计，所述剩余污泥调理组合物含有5-50wt%，优选10-40wt%，更优选15-35wt%，最优选15-30wt%的无机絮凝剂。
4.权利要求1所述的组合物，其中所述分散剂选自脂肪酸及其盐、硅油、纤维素或其混合物，或
优选选自硬脂酸镁、水溶性硅油、羟乙基纤维素或其混合物。
5. 权利要求1所述的组合物，其中基于干重量计，所述剩余污泥调理组合物含有1-30wt%，优选2-25wt%，更优选5-20wt%，最优选10-20wt%的分散剂。
6.权利要求1所述的组合物，其中所述表面活性剂选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂或两性离子表面活性剂，或
优选选自脂肪醇聚氧乙烯醚、聚山梨醇脂或其混合物。
7.权利要求1所述的组合物，其中基于干重量计，所述剩余污泥调理组合物含有0-10wt%，优选0.1-8wt%，更优选0.5-6wt%，最优选1-5wt%的表面活性剂。
8.一种剩余污泥处理方法，其包括以下步骤：（i）使所述剩余污泥与权利要求1-7任一项所述的剩余污泥调理组合物接触；（ii）使来自步骤（i）的剩余污泥脱水；和（iii）使来自步骤（ii）的剩余污泥热干化。
9. 权利要求8所述的方法，其中基于剩余污泥的干重量计，剩余污泥调理组合物以10-30 wt%，优选15-25 wt%，最优选18-20 wt%的量与剩余污泥混合。
10.权利要求8所述的方法，其中在所述接触步骤中，基于剩余污泥的干重量计，向所述剩余污泥中进一步加入0-10wt%，优选0.5-8wt%，更优选1-6wt%，最优选2-4wt%的助凝剂。
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