CN114751623B - 一种污泥脱水调理剂及污泥脱水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污泥处理技术领域，具体的，涉及一种污泥脱水调理剂及污泥脱水方法。其中，调理剂包括质量比为2‑10:1‑3的镧系无机盐和有机絮凝剂，该调理剂能够有效破坏污泥絮体结构，释放出细胞间的间隙水和细胞内的结合水，改善污泥脱水性能，实现污泥的减量化；本发明的调理剂还可去除污泥中磷酸盐，维持污泥体系的酸碱度，简化后续工艺流程，具有广阔应用前景。

Description

一种污泥脱水调理剂及污泥脱水方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体的，涉及一种污泥脱水调理剂及污泥脱水方法。
背景技术
污泥是污水处理厂处理污水过程中产生的沉淀物质，其颗粒细，含水量高，成分复杂，并且寄生着各种细菌、病毒和寄生生物，还富含重金属和多环芳烃等有毒物质，如不妥善处理，便会对环境造成二次污染。我国污泥的处理遵循“减量化、稳定化、无害化和资源化”的原则，脱水作为污泥处置的重要前提，能极大的减小污泥体积、降低污泥的运输成本，属于“减量化”原则的重要手段。在污泥减量化处理过程中，经过简单的机械脱水后污泥的含水率依然在70%以上，并不满足“减量化”的标准。为了进一步改善污泥的脱水性能，在污泥深度脱水之前采用不同的预处理方法，如投加无机混凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。絮凝法可改变污泥中悬浮胶体的化学组成和物理结构，破坏胶体结构，降低颗粒之间的阻力，使污泥絮体分离而提高污泥的脱水性能。但是，传统的无机混凝剂投加量大，无机成分占比增大，易导致污泥总量增大，使污泥处理难度进一步增加，对环境有潜在的危害；有机絮凝剂，如阳离子聚丙烯酰胺，其长链吸附架桥容易形成团装而包裹一定的水，使污泥后续脱水受到影响；微生物絮凝剂实际应用时易受到污泥成分、环境等多方面因素的限制，不便于大范围推广。
基于上述单一种类絮凝剂存在各种各样的缺陷，众多学者开始研发各种复合污泥脱水调理剂。例如专利申请CN101348318A公开了一种污泥脱水复合絮凝剂，包括聚合氯化铝铁和阳离子聚丙烯酰胺，相比于单独使用阳离子聚丙烯酰胺，能够提高脱水效率，降低脱水成本。又如，专利申请CN102531329A公开了一种污泥调质脱水的有机复合絮凝剂，其有效物质主要由阳离子有机化合物A和高分子有机絮凝剂B组成，其中，阳离子有机化合物A可以是水溶性的阳离子有机化合物，如聚乙烯胺、聚N-乙烯基甲酰胺、聚乙烯基丙烯酰胺；或者甲基丙烯酸酯季铵盐与丙烯酰胺的高分子共聚物，聚乙烯亚胺，聚乙烯多胺，壳聚糖。高分子有机絮凝剂B可选自水溶性阳离子絮凝剂或非离子絮凝剂中的一种或几种；优选是水溶性的重均分子量在800万以上的高分子量聚丙烯酰胺，它包括丙烯酰胺的均聚物和单体是甲基丙烯酰胺的共聚物等物质。上述有机复合絮凝剂具有出人意料的协同效果，它使得污泥的絮凝过程中形成的絮体密实，避免了高分子絮凝剂的加入导致的大凝胶状絮体的形成，可将絮体中水分最优释放从而降低污泥中的最终含水率，同时可显著改善污泥的比阻抗性，从而改善污泥的过滤特性。虽然以上专利均可以有效改善单一絮凝剂使用时存在的缺陷，降低污泥中含水率，改善污泥的过滤特性，但是其仅仅实现了污泥的脱水，并不能对污泥中的其他有害物质实现同步的去除，以提高后续污泥处理效率，作用比较单一。因此，亟需开发一种功能更加丰富的污泥脱水调理剂及脱水方法。
发明内容
基于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种不仅对磷酸根有较高的去除率，同时能够减少污泥碱度消耗的污泥脱水调理剂和污泥脱水方法。
为此，本发明提供一种污泥脱水调理剂，包括质量比为2-10:1-3的镧系无机盐和有机絮凝剂。
优选的，所述镧系无机盐选自水合氯化镧、水合硝酸镧中的一种或两种。
优选的，所述有机絮凝剂选自阳离子的聚丙烯酰胺、壳聚糖、阳离子淀粉中的一种或多种。
优选的，所述污泥为市政污泥水厂产生的污泥，包括初沉污泥、剩余污泥中的一种或两种。
本发明进一步提供一种污泥脱水的方法，利用上述调理剂，包括以下步骤：污泥中加入镧系无机盐溶液进行反应后，加入有机絮凝剂，过滤。
优选的，所述污泥中镧系无机盐和有机絮凝剂的添加量分别为10-50mg/g TSS 和5-15mg/g TSS。
优选的，所述镧系无机盐溶液浓度为80-120g/L。
优选的，添加镧系无机盐溶液时，搅拌转速为100-300rpm，添加时间为1-5 min。
优选的，添加镧系无机盐溶液后反应时间为5-20min。
优选的，加入有机絮凝剂后在100-300rpm条件下搅拌1.5-3min，然后在20-60 rpm条件下继续搅拌10-15min。
优选的，所述过滤为高压过滤，压力为0.5-0.8Mpa，过滤时间为40-60min。
本发明的有益效果为：
本发明提供的污泥脱水调理剂包括镧系无机盐和有机絮凝剂。二者配合使用能够有效破坏污泥絮体结构，释放出细胞间的间隙水和细胞内的结合水，改善污泥脱水性能，实现污泥的稳定化和无害化，还可去除污泥中磷酸盐，维持污泥体系的酸碱度，简化后续工艺流程。具体原理如下：镧系无机盐中Ln3+与污泥液相和固相组分中大量的PO4 3−反应生成LnPO4沉淀，该沉淀既实现了污泥中磷酸根的去除，又能够支撑污泥的絮体结构，降低其可压缩性，同时形成的沉淀能够覆盖污泥表面的粘性组分，改善污泥的过滤性能；另外，Ln3+还能够与组成污泥絮体的无机离子Ca2+、Mg2+等进行离子交换，中和污泥絮体表面的负电荷，破坏污泥的胶体形态使污泥胶体脱稳，此时再通过有机高分子絮凝剂的架桥、电中和网捕等作用，使胶体颗粒团聚形成大的颗粒，有利于泥水分离，从而强化污泥的脱水性能，使污泥的含水率降低至60%以下，真正实现污泥的减量减容。
另一方面，镧系无机盐为弱碱盐，其不会改变污泥体系的酸碱度，因此可以省去调节pH值等步骤，简化工艺流程，更有利于污泥脱滤液的处理。
附图说明
图1为本发明污泥脱水方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
本发明对有机絮凝剂无特殊要求，一般市面上可购买到的可用作絮凝剂的聚丙烯酰胺、壳聚糖、阳离子淀粉均可实现本发明的发明目的。例如，以下实施例中，阳离子聚丙烯购自阿拉丁，其分子量为1000万，阳离子度为60%；壳聚糖购自阿拉丁，其脱乙酰度≥95%，粘度100-200 mpa.s； 阳离子淀粉购自滨州金汇玉米开发有限公司，其平均分子量为1.5×105 g•mol−1。
实施例1
本实施例提供一种污泥脱水调理剂，包括4.5g LaCl3·7H2O和1.5g阳离子聚丙烯酰胺。
本实施例还提供一种污泥脱水的方法，使用上述调理剂，包括以下步骤：
（1）将七水合氯化镧溶解为浓度为100 g/L的水溶液；
（2）于3min内，在200rpm转速下，将45mL步骤（1）溶液加入5kg含水率为97%的污泥中（即污泥中加入30 mg/g TSS），然后反应10 min；
（3）继续在200rpm转速下，加入1.5g阳离子聚丙烯酰胺（即污泥中加入10 mg /gTSS），搅拌2 min；然后转速降低至40rpm，继续搅拌12min；
（4）将上述污泥，在0.6Mpa压力下，压滤50min，得到脱水后的污泥滤饼。
实施例2
本实施例提供一种污泥脱水调理剂，包括7.5g La(NO3)3·6H2O和0.75g壳聚糖。
本实施例还提供一种污泥脱水的方法，使用上述调理剂，包括以下步骤：
（1）将六水合硝酸镧溶解为浓度为120 g/L的水溶液；
（2）于5min内，在100rpm转速下，将62.5mL步骤（1）溶液加入5kg含水率为97%的污泥中（即污泥中加入50 mg/g TSS），然后反应5 min；
（3）继续在100rpm转速下，加入0.75g壳聚糖（即污泥中加入5 mg /g TSS），搅拌3min；然后转速降低至20rpm，继续搅拌15min；
（4）将上述污泥，在0.5Mpa压力下，压滤60min，得到脱水后的污泥滤饼。
实施例3
本实施例提供一种污泥脱水调理剂，包括1.5g LaCl3·7H2O和2.25g阳离子淀粉。
本实施例还提供一种污泥脱水的方法，使用上述调理剂，包括以下步骤：
（1）将七水合氯化镧溶解为浓度为80 g/L的水溶液；
（2）于5min内，在300rpm转速下，将19mL步骤（1）溶液加入5kg含水率为97%的污泥中（即污泥中加入10 mg/g TSS），然后反应20 min；
（3）继续在300rpm转速下，加入2.25g阳离子淀粉（即污泥中加入15 mg /g TSS），搅拌1.5 min；然后转速降低至60rpm，继续搅拌10min；
（4）将上述污泥，在0.8Mpa压力下，压滤40min，得到脱水后的污泥滤饼。
实施例4
本实施例提供一种污泥脱水调理剂，包括4.5g LaCl3·7H2O和0.75g阳离子聚丙烯酰胺。
本实施例提供一种污泥脱水的方法，其与实施例1相比，区别仅在于阳离子聚丙酰胺的用量为0.75g，在污泥中含量为5 mg /g TSS。
实施例5
本实施例提供一种污泥脱水调理剂，包括4.5g LaCl3·7H2O和2.25g阳离子聚丙烯酰胺。
本实施例提供一种污泥脱水的方法，其与实施例1相比，区别仅在于阳离子聚丙酰胺的用量为2.25g，在污泥中含量为15 mg /g TSS。
对比例1
本对比例提供一种污泥脱水调理剂，包括4.5g LaCl3·7H2O。
本对比例还提供一种污泥脱水的方法，使用上述调理剂，包括以下步骤：
（1）将七水合氯化镧溶解为浓度为100 g/L的水溶液；
（2）于3min内，在200rpm转速下，将45mL步骤（1）溶液加入5kg含水率为97%的污泥中（即污泥中加入30 mg/g TSS），然后反应10 min；
（3）将上述污泥，在0.6Mpa压力下，压滤50min，得到脱水后的污泥滤饼。
对比例2
本对比例提供一种污泥脱水调理剂，包括1.5g阳离子聚丙烯酰胺。
本对比例还提供一种污泥脱水的方法，使用上述调理剂，包括以下步骤：
（1）在200rpm转速下，向5kg含水率为97%的污泥中加入1.5g阳离子聚丙烯酰胺（即污泥中加入10 mg /g TSS），搅拌2 min；然后转速降低至40rpm，继续搅拌12min；
（2）将上述污泥，在0.6Mpa压力下，压滤50min，得到脱水后的污泥滤饼。
对比例3
本对比例提供一种污泥脱水的方法，包括以下步骤：
将含水率为97%的污泥在0.6Mpa压力下，压滤50min，得到脱水后的污泥滤饼。
对比例4
本对比例提供一种污泥脱水调理剂，包括4.5g LaCl3·7H2O和0.3g阳离子聚丙烯酰胺。
本实施例提供一种污泥脱水的方法，其与实施例1相比，区别仅在于阳离子聚丙酰胺的用量为0.3g，在污泥中含量为2 mg /g TSS。
对比例5
本实施例提供一种污泥脱水调理剂，包括4.5g LaCl3·7H2O和3g阳离子聚丙烯酰胺。
本实施例提供一种污泥脱水的方法，其与实施例1相比，区别仅在于阳离子聚丙酰胺的用量为3g，在污泥中含量为20mg /g TSS。
实验例1
分别检测实施例1-5，对比例1-5污泥的毛细吸水时间（CST）和泥饼含水率，具体检测方法如下：
污泥的毛细吸水时间(CST)：采用英国 Triton 公司CST（Model 319）测定，具体为将活性污泥倒入并充满不锈钢圆柱，每次测定保证液面高度一致，CST 值是滤液在滤纸上的浸润半径从 1 cm 到 3 cm所需的扩散时间。泥饼含水率：参照CJ/T 221-2005城市污水处理厂污泥检验方法中有关规定进行测定。
Figure 583767DEST_PATH_IMAGE001
上表数据可以看出，本发明提供的污泥脱水调理剂能够显著降低污泥的毛细吸水时间和泥饼含水率，说明其能够有效改善污泥的脱水能力。对比例1提供的调理剂仅含有LaCl3·7H2O，对比例2的调理剂仅含有阳离子聚丙烯酰胺，二者用于污泥处理后，污泥的毛细吸水时间以及泥饼中的含水量均显著高于实施例，并且相比于未使用任何调理剂的对比例3，污泥的脱水能力提升有限，证明镧系无机盐和有机絮凝剂具有协同改善污泥脱水的效果。
对比例4减少了有机絮凝剂的用量，对比例5中增加了有机絮凝剂的用量，二者处理污泥中水的效果并不十分理想，说明镧系无机盐和有机絮凝剂需要在合适的配比下才能发挥最好的效果。
实验例2
分别检测实施例1-5泥饼中磷酸根含量、pH和粒径，具体检测方法如下：
磷酸根含量：采用钼锑抗分光光度法进行测定，具体步骤如下：
（1）试剂配置：
①（1+1）硫酸：98%浓硫酸与水同体积混合；
②10%抗坏血酸溶液：溶10g抗坏血酸于水中，稀释定容至100ml容量瓶中，放入棕色瓶中，避光低温保存；
③钼酸盐溶液：溶解13g钼酸铵与100ml水中制备成钼酸铵溶液，溶0.35g酒石酸锑氧钾于100ml水中制备成酒石酸锑氧钾溶液；在不断搅拌下，将钼酸铵溶液加到300ml（1+1）硫酸中，之后加入酒石酸锑氧钾溶液并混合均匀，避光避高温保存；
④磷酸盐贮备溶液：将优级纯磷酸二氢钾于110℃干燥2h，在干燥器中放冷。称取0.2197g溶于水，移入1000ml容量瓶中。加（1+1)硫酸5ml，用水稀释至标线，得到磷含量为50.0μg/ml的磷酸盐贮备液；
⑤磷酸盐标准溶液：吸取10.00ml磷酸盐贮备液于250ml容量瓶中，用水稀释至标线，此溶液磷含量为2.00μg/ml；
（2）含量测定：
①标准曲线绘制：分别取0，0.1，0.2，0.6，1，2，3ml磷含量为2.00μg/ml的磷酸盐标准溶液，加水定容至10ml；加0.2ml 10%抗坏血酸溶液混匀，30S后加0.4ml钼酸盐溶液，充分混匀，放置15min，于700nm波长处，测量吸光度；
②样品的测定：取实施例1-5泥饼，12000rpm下离心10min，上清液过膜后，稀释至磷含量不超过30μg（根据吸光度计算后进行不断调整，从而确定每个样品需要稀释的倍数），加入10ml比色管中，用水定容至标线；然后加0.2ml 10%抗坏血酸溶液混匀，30S后加0.4ml钼酸盐溶液，充分混匀，放置15min，于700nm波长处，测量吸光度；
③计算磷酸盐含量
磷酸盐（P,mg/L）=M*X*10-3
M——从准线曲线上查出的磷酸盐浓度（µg/L）
X——稀释倍数
pH：按照 CJ/T 221-2005城市污水处理厂污泥检验方法中规定进行测定；
粒径：采用 Malvern公司的 Mastersizer2000 激光粒度仪分析，采用光源波长632.8nm He-Ne 激光器，分析范围 0.02-2000μm，分形维数可以反映出污泥絮体的密实度。
Figure 48378DEST_PATH_IMAGE002
表2数据表明，本发明提供的污泥脱水调理剂可以有效降低污泥中的磷酸根含量，基本不改变污泥的pH，更有利于污泥脱滤液等后续的处理。同时本发明提供的污泥脱水调理剂可以有效提高污泥粒径，利于污泥脱水。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种污泥脱水的方法，其特征在于，包括以下步骤：污泥中加入镧系无机盐溶液进行反应5-20min后，加入有机絮凝剂，过滤；
其中，镧系无机盐和有机絮凝剂的质量比为2-10:1-3；
所述镧系无机盐选自水合氯化镧、水合硝酸镧中的一种或两种；
所述有机絮凝剂选自阳离子的聚丙烯酰胺、壳聚糖、阳离子淀粉中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的污泥脱水的方法，其特征在于，所述污泥中镧系无机盐和有机絮凝剂的添加量分别为10-50 mg/g TSS 和5-15mg/g TSS。
3.根据权利要求1所述的污泥脱水的方法，其特征在于，所述镧系无机盐溶液浓度为80-120g/L。
4.根据权利要求1所述的污泥脱水的方法，其特征在于，添加镧系无机盐溶液时，搅拌转速为100-300 rpm，添加时间为1-5 min。
5.根据权利要求1所述的污泥脱水的方法，其特征在于，加入有机絮凝剂后在100-300rpm条件下搅拌1.5-3 min，然后在20-60 rpm条件下继续搅拌10-15min。
6.根据权利要求1所述的污泥脱水的方法，其特征在于，所述过滤为高压过滤，压力为0.5-0.8Mpa，过滤时间为40-60min。
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