CN114873901A

CN114873901A - 一种应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法

Info

Publication number: CN114873901A
Application number: CN202210492415.XA
Authority: CN
Inventors: 张传广; 薛峰; 谢雪花
Original assignee: Guangzhou Nuoguan Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Nuoguan Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-07
Filing date: 2022-05-07
Publication date: 2022-08-09

Abstract

本发明涉及板框压滤机处理市政、工业污泥深度脱水的领域，特别是涉及一种应用于板框压滤机污泥脱水的污泥调理剂的制备方法，包括如下步骤：将白炭黑置于氢氧化钠的水溶液中，搅拌预处理反应，过滤，将所得滤饼置于低温真空干燥器中充分干燥后置于研钵充分研磨备用；将预处理的无机硅材料，在搅拌条件下，加入CPAM溶液中，加热搅拌，待CPAM溶液呈粘稠胶质状停止加入预处理的无机硅材料；将胶状的复配产物Si‑CPAM置于低温真空干燥器中充分干燥后置于研钵中充分研磨即得。本发明污泥调理剂制备方法简单，加入污泥后污泥比阻和毛细吸水时间明显降低，污泥的深度脱水效果明显改善。

Description

一种应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法

技术领域

本发明涉及高压隔膜板框压滤机处理市政、工业污泥深度脱水的领域，特别是涉及应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法。

背景技术

目前，随着我国对环境保护与治理的日益重视和污水排放标准的不断提高，污水处理量迅速增加，污泥的产量也在逐年增加。据统计，2021年城镇污水厂剩余污泥总量达到6200万吨，预计2022年将突破7000万吨。污泥是一种由水、无机颗粒、纤维、有机残片、细菌菌体、絮体和胶体等组成的极其复杂的非均质体物质。其有机物含量高，颗粒较细，比重较小，呈胶状液态，固液分离困难（戴晓虎. 我国城镇污泥处理处置现状及思考[J]. 水业导航

. 2012, 38 (2): 1-5）。目前，国内常用的污泥脱水方法有：叠螺机脱水、带式压滤机脱水，离心机脱水、板框压滤机脱水、高压带机等，随着国家关于污泥脱水标准提高，叠螺机脱水、带式压滤机，离心机脱水后的污泥含水率在75%-85%之间，不能满足污泥深度脱水的要求，故板框压滤机深度脱水（处理后的污泥含水率60%以下）成了很多用户的深度脱水选择(毛华臻. 市政污泥水分分布特性和物理化学调理脱水的机理研究[D]. 浙江大学, 2016.)。板框压滤机在进行污泥深度脱水过程中，其主要通过板框压滤机的滤布将污泥和水分离，但是未经调理的污泥颗粒较小，Zeta电位的绝对值较大，污泥颗粒的稳定性较好，不利于污泥和水的分离(于晓.不同性质污泥的脱水性能及制备污泥吸附剂的研究[D].青岛:青岛大学,2019.)。未经污泥调理剂调理的污泥有机物含量高、粒径小、亲水高、比阻大、脱水性能较差且不易实现固液分离（Novak J T，Mechanisms of floc destructionduring anaerobic and aerobic digestion and the effect on conditioning anddewatering of biosolids[J]. Water Research, 2003, 37(13): 3136-3144）所以，污泥在进行板框压滤机滤水之前，加入污泥调理剂调理，调理后的污泥的毛细吸水时间、污泥比阻明显降低，有利于污泥的深度脱水。目前，常用的污泥调理剂有聚合氯化铝（刘锐、徐强等.PAC调理剂对全自动板框压滤机污泥深度脱水的影响[J].环境科学与资源利用2021,09(25):158-162）、三氯化铁+PAM、聚合氯化铝+PAM、（牛美清.不同混凝剂对污泥脱水性能的影响研究[J].环境科学与资源利用,2012,09(012):2126-2133）三氯化铁+石灰、硅藻土等。以上调理方法会向污泥中引入大量的氯离子和钙离子，对污泥后续焚烧处理的高炉存在严重的腐蚀。且传统的调理方式引入的无机污泥调理剂，降低了污泥的热值，在后续焚烧过程中会消耗更多的煤炭，不利于环境的绿色可持续发展。本发明中所采用的两种调理剂均为有机调理剂不会影响污泥的燃烧热值，且这两种调理剂中钙离子、氯离子的含量极低对后续的焚烧及其他的资源化利用不会产生不利影响。

发明内容

本发明目的是提供应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法。此新型污泥调理剂的制备分为两步：第一步无机硅材料的预处理，第二步，将预处理的无机硅材料和阳离子聚丙烯酰胺CPAM的复配。通过合成新型骨架污泥凝聚颗粒，加入污泥中形成新型的凝结核，将污泥间隙水、部分结合水除掉，使原本松散无序的污泥，形成有序的颗粒状态，且形成的污泥颗粒结实结构紧密，对提高污泥的滤水性能，降低污泥比阻，和毛细吸水时间有较好的效果。此发明中，第一步，二氧化硅材料的预处理是制备该材料的最为关键的一步，由于二氧化硅的颗粒表面较为平滑，该材料的比表面积较小，未达到预期，经氢氧化钠处理后的二氧化硅材料比表面积加大有利于后续CPAM的吸附和协同处理。制备的Si-CPAM材料加入污泥中形成新型的污泥凝结核，使污泥内部结构变的更为紧实，形成颗粒状污泥，可大幅度降低污泥比阻和毛细吸水时间。

本发明提供一种应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将白炭黑（二氧化硅）置于氢氧化钠的水溶液中，搅拌；

（2）从步骤（1）中得到的预处理硅材料用布氏漏斗抽滤，滤饼用乙醇水溶液反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分；

（3）将（2）中所得滤饼置于真空干燥箱中充分干燥获得微黄色粉末；

（4）将（3）中得到的粉末加入CPAM溶液中充分搅拌，待黄色粉末和CPAM充分混合后得到胶状液体；

（5）将（4）中的胶状液置于低温真空干燥器中，冷冻干燥3-15h。

优选的，步骤（1）中，氢氧化钠溶液的浓度为1-10wt%，优选5wt%；搅拌的时间为10-50min。

优选的，步骤（2）中，乙醇水溶液体积比为7:3-4:6，优选为7:3。

优选的，步骤（3）中，所得滤饼置于100℃-110℃真空干燥箱中充分干燥4-20h，优选为6h。

优选的，步骤（4）中，CPAM的溶液浓度为千分之一至千分之五的溶液备用，优选为千分之二。

优选的，步骤（6）中，胶状液置于低温真空干燥器中，冷冻干燥6-15h，优选冷冻干燥4-8h。

本发明还提供所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法得到的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂。

本发明进一步提供所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂在污泥调理中的应用。

具体地，所述污泥是生活污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥，优选地向其中加入绝干污泥量的5-40wt%的所述应用于板框压滤机的新型污泥调理剂充分搅拌，更优选地搅拌时间为10-50min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：本发明以二氧化硅为基础支架，通过对无机硅材料预处理结合CPAM首次制备出可有效降低污泥比阻和毛细吸水时间的Si-C材料。在实验中表明，原泥的污泥比阻为7.23*108（s2/g），毛细吸水时间为120s，而添加聚合氯化铝（绝干污泥的20%）污泥比阻为1.08*108（s2/g），毛细吸水时间为36s，但通过通过添加本发明的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂，原泥的污泥比阻降低至0.108*108（s2/g），毛细吸水时间降低至16s。因此，本发明达到了高压隔膜板框压滤机深度脱水的目的。在市政和工业污泥深度脱水领域有潜在的、广泛的应用前景。

此外，本发明工艺简单，适合规模化工业生产。且本发明添加到污泥中的药剂为无机-有机复配药剂，对后续的污泥焚烧和污泥堆肥不会产生太大的影响。本发明中的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂在污泥脱水过程中操作简单，可直接将Si-CPAM投入污泥中减少了污泥脱水过程中操作的繁琐度。

附图说明

图1为实施例1所制备的 Si-CPAM材料（样品S-1）的扫描电镜照片；

图2为实施例1所制备的Si-CPAM材料（样品S-1）的透射电镜照片；

图3为未改性二氧化硅材料（样品S-1）的透射电镜照片。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明新型污泥调理剂的制备方法，其制备过程包括如下步骤：

a.将1-4g白炭黑（二氧化硅）置于50ml氢氧化钠1-15wt%的水溶液中（优选5-10wt%），搅拌10-50min。

b.从步骤（a）中得到的预处理硅材料用布氏漏斗抽滤，滤饼用乙醇水溶液体积比（7:3-4:6）反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分

c.将（b）中所得滤饼置于105^oC真空干燥箱中充分干燥6-20h获得微黄色粉末；

d.将CPAM配置成千分之一至千分之五的溶液备用；

e.将（c）中得到的粉末加入（4）CPAM溶液中充分搅拌，待黄色粉末和CPAM充分混合后得到胶状液体；

f.将（e）中的胶状液置于低温真空干燥器中，冷冻干燥6-15h；

g.取生活污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥（污泥固含量3%），向其中加入绝干污泥量的5-40wt%的以上制备Si-CPAM材料，充分搅拌10-50min后测定污泥的污泥比阻和毛细吸水时间。

所述步骤a中的白炭黑的用量为1~4 g，更优选的用量为3g；

所述步骤a中的氢氧化钠1-10wt%溶液，更优配比为5wt%；

所述步骤b中滤饼用乙醇水溶液体积比（7:3-4:6），更优选的用量为7:3；

所述步骤d中CPAM的配置浓度千分之一至千分之五，更优选的浓度为千分之二；

所述步骤f中胶状液置于低温真空干燥器中，冷冻干燥6-15h，更优选的冷冻时间为6h；

所述步骤g中的Si-CPAM材料的添加量绝干污泥量5-40wt%（优选10-20wt%），更优选的质量比为15wt%。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步阐述，这些实施例只是为了阐述本发明的技术方案而不能视为对本发明权利要求内容的限制。实施例中，所用原料均为常规市购产品，白炭黑（二氧化硅）阿拉丁试剂厂有售，无水乙醇在Sigma公司有售，CPAM在国药化学试剂有限公司有售；所用设备均为常规设备，测试方法均为常规方法。

本发明所制备样品的扫描电镜照片是经日本Hitachi S-4800场发射扫描电子显微镜检测获得，透射电镜照片是经日本JEM-1011透射电子显微镜检测获得，污泥比阻仪，毛细吸水率仪由海富达304M 测得。

实施例1

一种应用于板框压滤机的污泥调理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将4g白炭黑（二氧化硅）置于氢氧化钠10wt%的50ml水溶液中，搅拌10-50min。

（2）从步骤（1）中得到的预处理硅材料用布氏漏斗抽滤，滤饼用乙醇水溶液体积比（7:3）反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分。

（3）将（2）中所得滤饼置于105^oC真空干燥箱中充分干燥10h获得微黄色粉末。

（4）将CPAM配置成千分之五的溶液备用。

（5）将（3）中得到的粉末加入（4）CPAM溶液中充分搅拌，待黄色粉末和CPAM充分混合后得到胶状液体。

（6）将（5）中的胶状液置于低温真空干燥器中，冷冻干燥8h。

对本实施例制备的Si-CPAM材料添加到污泥中使用，取生活污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥，向其中加入绝干污泥量的15wt%的以上制备Si-CPAM材料，充分搅拌10-50min，测定污泥的污泥比阻和毛细吸水时间。测定结果表明，污泥比阻为 0.108*108（s2/g），毛细吸水时间为17s。相比于原泥的污泥比阻和毛细吸水时间有明显提高。另外，此方法形成的颗粒污泥颗粒紧实，不易碎，抗压能力强。

实施例2

本实施例中污泥调理剂的制备方法相同，但在添加到污泥中使用时，添加的实施例1中的Si-CPAM材料的添加量变为绝干污泥量的10wt%

对本实施例制备的Si-CPAM材料添加到污泥中，污泥比阻为0.43*108（s2/g），毛细吸水时间为27s。相比于原泥的污泥比阻和毛细吸水时间有一定提高。另外，此方法形成的颗粒污泥颗粒紧实，不易碎，抗压能力强。

实施例3

本实施例中，只是改变了实施例1中的Si-CPAM材料的添加量，此添加量变为绝干污泥量5wt%

对本实施例制备的Si-CPAM材料添加到污泥中，污泥比阻为0.8*108（s2/g），毛细吸水时间为42s。相比于原泥的污泥比阻和毛细吸水时间有所降低。另外，此方法形成的颗粒污泥颗粒紧实，不易碎，抗压能力强。

实施例4

本实施例中，只是改变了实施例1中氢氧化钠水溶液的浓度，此浓度变为5wt%。

对本实施例制备的Si-CPAM添加到污泥中，污泥比阻为0.314*108（s2/g），毛细吸水时间为28s。相比于原泥的污泥比阻和毛细吸水时间有明显提高。另外，此方法形成的颗粒污泥颗粒较为松散，抗压能力稍弱。

实施例5

本实施例中，只是改变了实施例1中CPAM的溶解浓度，此配置浓度为千分之一。

对本实施例制备的Si-CPAM材料添加到污泥中，污泥比阻为3.5*108（s2/g），毛细吸水时间为 54s。相比于原泥的污泥比阻和毛细吸水时间有明显提高。另外，此方法形成的颗粒污泥颗粒较为松散，抗压能力稍弱。

对比例1

取一定量的生活污水处理厂的浓缩污泥向污泥不添加任何污泥调理剂充分搅拌后测定污泥的污泥比阻和毛细吸水时间。

对本对比例未添加任何污泥调理剂，污泥污泥比阻为 6.48*108（s2/g），毛细吸水时间为128s。另外，此污泥颗粒较为松散，抗压能力弱。

对比例2

取一定量的生活污水处理厂的浓缩污泥向污泥加入绝干污泥量20wt%的聚合氯化铝充分搅拌后测定污泥的污泥比阻和毛细吸水时间。

本对比例未添加任何污泥调理剂，形成较小颗粒污泥，污泥比阻为 5*108（s2/g），毛细吸水时间为45s。

对比例3

取一定量的生活污水处理厂的浓缩污泥向污泥加入CPAM充分搅拌后测定污泥的污泥比阻和毛细吸水时间

对本对比例使用CPAM使用，形成的颗粒污泥形状不规则，污泥比阻为5.8*108（s2/g），毛细吸水时间为95s。相比于原泥的污泥比阻和毛细吸水时间有一定提高。但所形成的颗粒污泥颗粒松散，易碎，抗压能力弱。

下面表1给出各实施例和对比例的各项指标。

表1为实施例和对比例中的各项指标

由此可知，本发明制备污泥调理剂比对比例的效果明显具有优势。而本发明的方法简单，加入污泥后污泥比阻和毛细吸水时间明显降低，污泥的深度脱水效果明显改善。

Claims

1.一种应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将白炭黑置于氢氧化钠的水溶液中，搅拌；

2.根据权利要求1所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，优选的，步骤（1）中，氢氧化钠溶液的浓度为1-10wt%，优选5wt%。

3.根据权利要求1所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，搅拌的时间为10-50min。

4.根据权利要求1所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，优选的，步骤（2）中，乙醇水溶液体积比为7:3-4:6，优选为7:3。

5.根据权利要求1所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，优选的，步骤（3）中，所得滤饼置于100℃-110℃真空干燥箱中充分干燥4-20h，优选为6h。

6.根据权利要求1所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，优选的，步骤（4）中，CPAM的溶液浓度为千分之一至千分之五的溶液备用，优选为千分之二至千分之三。

7.根据权利要求1所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法，其特征在于，优选的，步骤（6）中，胶状液置于低温真空干燥器中，冷冻干燥6-15h，优选冷冻干燥4-8h。

8.如权利要求1-7任一项所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂的制备方法得到的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂。

9.如权利要求8所述的应用于板框压滤机的新型污泥调理剂在污泥调理中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述污泥是生活污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥，优选地向其中加入绝干污泥量的5-40wt%的所述应用于板框压滤机的新型污泥调理剂充分搅拌，更优选地搅拌时间为10-50min。