TW509663B - Method of dewatering difficult sludges - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明是關於污泥的脫水方法。詳言之，本發明是關 於難處理污泥賴水方法，諸如源自於自熱性親熱嗜氧消 化系統（ATAD)的污泥。 生化固體是-種廢水處理副產物，其已被認為是有價 值的商品。在污泥被釋回自然循環系統前，需做適當的處 理’以增加穩定性和降低病原。美國環境保護協會已經對 此2項目訂立標準。-種達成高度病原降低的極有效技術 為自熱性親熱嗜氧消化（“atad”）。 此種ATAD系統已經在歐洲全面實行超過2〇年了。最 近，在美國有超過15個系統，且在加拿大至少有5個。這 種有明顯優點的廢水處理系將更進一步的在全世界各地安 裝使用。 ATAD法是一種在不提供熱的親熱溫度範圍（4〇_8〇它） 下操作之嗜氧肩化方法。在此咼溫下，親熱性細菌活耀且 具有較高的新陳代謝速度。與傳統的嗜氧消化相較，其有 較兩的溶解有機質破壞速率。當細菌破壞揮發性有機質時 ，以熱的形式釋放能量。溶解性有機質將降解成其最低級 之成份：C〇2和札0。另外，系統的高溫對破壞病原是有 效的。此系統有降低生物質量體積的額外優點。在atad 系統中，一星期後有高達45%的固體被破壞。此種程度的 固體降低ΐ在厭氧消化需耗時3星期，或在傳統嗜氧消化 耗時2個月。 如上所述，過去這幾年，ATAD系統在美國各地興 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ^---:--«— — .II-----------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509663 A7 B7 五、發明說明（2 ) 。其原因在於，ATAD法是一種達到美國EPA 40 C.E.R. Part503污泥規範中所定義之降低疾病和病媒吸引的A級標 準之低成本南效率方法。相較於由傳統嗜氧或厭氧消化所 生成之B級污泥，A級污泥具有被降低的棄置限制。 由於愈來愈多將廢水處理機關選擇將污泥處理成A級 標準，俾易於棄置和簡化保存紀錄需求，ATAD法無疑地 將變成一種更受歡迎且廣泛使用的污泥穩定技術。在很多 情形下，ATAD污泥被脫水，以促進土地施用或其它有益 用途。 不幸地，雖然ATAD是一種有效的消化法，此消化法 的缺點在於，缺乏一種可接受成本範圍内的有效脫水方法 。平均而言，需增加近3倍之聚合物劑量以達到ATAD污泥 的有效絮化和脫水。例如，傳統嗜氧消化污泥的脫水成本 為美金20-30/乾噸。 相對的，研究顯示採用與傳統嗜氧消化污泥脫水所用 之相同聚合物其聚合物劑量將從$25/乾噸增加至$150/乾 口頓。參考 Burnett 等人所著之 ’’Dewaterability of ATAD Sludges” WEFTEC ’97 Proceedings from Residual & Biosolids Management Vol· 2，p. 299-309(1997) 〇 實際上， 高聚合物需要量以此比例存在好幾個月，採用傳統之嘗試 錯誤法對進料點，持續時間和其它參數做過許多試驗，以 達到降低聚合物劑量和最適化。因為ATAD污泥脫水之高 成本，很多的ATAD具被迫拖污至不同的土地應用區處理 。因此，需要一種用以將諸如源自於ATAD法之污泥的難 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨^--------------訂·------丨 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509663 A7 __ _ B7 五、發明說明（3 ) 處理污泥予以脫水的改良方法。 發明簡介 特定言之，本發明係提供一種將諸如ATAD污泥和其 他被消化污泥之難處理污泥予以脫水之方法。本發法以一 個三階段處理將此類污泥予以脫水。首先，以無機凝結劑 定量注入此污泥中。然後，以微型顆粒成分定量注入此污 泥一無機混合物中。最後，以高分子量絮凝劑定量注入最 終混合物。 利用無機凝結劑成分製成大的絮凝狀態。適當的無機 凝結劑含銘鹽、鐵鹽和鋅鹽。藉由添加微型顆粒成分，本 發明者組成一種獨特的增加排放廢水量的應用法。此微型 顆粒成分可以是有機的或是膠體。 最後’經由前二步驟形成的良好絮凝狀態，以高分子 量絮凝劑定量注入最終混合物。此絮凝劑可以是陰雜子、 陽離子或非離子。較佳地，該高分子量絮凝劑是分子量大 於5百萬amu的聚合物。 本發明的一優點在於，能在難處理污泥中製出一種強 脫水性絮緣物，該絮凝物易於釋放水份，且能耐受機械性 脫水之剪力。 本發明的另一優點在於，能在較目前絮凝方法所需者 更低之劑量下，藉由生成強力絮凝物而低成本高效率地將 難處理污泥予以脫水。 本發明之其它特點和優點由下面的說明中詳細的描述 和說明表示。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----— ！·訂--- 6 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 發明詳沭 本發明係提供一種將諸如ATAD消化法生成的難處理 巧泥予以脫水的改良脫水法。本方法之特點在於，採用高 溫和親熱性細菌來降解廢棄物。降解能非常有效地產生細 小顆粒，其僅需在填地前加以脫水。此細小顆粒的表面積 很大’因此須要大劑量的聚合物以克服物理力，絮凝在一 起並/尤版。本發明者提供一種具成本效益的此類污泥脫水 法0 本發明的方法包含三階段處理系統。首先，由atad 和其它消化法製成的污泥中定量注入無機凝結劑。利用此 無機凝結劑來形成一種可攜帶或掃過懸浮顆粒的巨大網絡 。根據本發明，此無機凝結劑用於加大此等極細小顆粒， 並且起始此類顆粒之絮凝。 適於用於本發明之無機凝結劑種類包含已知的金屬鹽 ’如銘、鐵或鋅鹽。這些鹽類因加入水中建立的構造而有 效。特別地’可當無機凝結劑的合適化學品包含如FeCl3 、FeS04、A1C13、礬、Al2Clx(H2〇)y、ZnCl2、ZnCl4和聚 氣化鋁。加入無機凝結物後，將微型顆粒成分加入此污泥 一無機混合物中。此微型顆粒成分可以是有機物或膠體。 本發明者發現此添加此微型顆粒成分可以增加釋放廢水量 。熟習此技術者皆知道，為了最佳的固體/液體分離，必 須在將污泥做機械脫水前移去愈多的水份愈好。本發明中 的微型顆粒成分即促進此目的。 相當多的材料可作為此微型顆粒成分。適當的有機聚 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） J ^ *1.1.1 ^--— II---I I 1--I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7 - 509663 A7 B7 五、發明說明（5 ) 合物包含諸如聚丙烯酸酯、丙晞醯胺/丙烯酸納 (AcAm/NaAc)共聚物、聚丙烯醯胺丙基磺酸（p〇iy AMPS) 、丙烯醯胺/丙烯醯胺-丙基磺酸（AcAm/AMPS)共聚物，以 及丙嫦醯胺/丙稀酸鈉/丙烯醯胺丙基續酸 (AcAm/NaAc/AMPS)之三聚物。適當的有機聚合物分子量 範圍從1〇,〇〇〇到500,000。也就是說聚合物的分子量小於 一百萬amu(原子質量單位）。 取代有機聚合物，此微型顆粒成分可以是膠體無機材 料。合適的膠體材料含膠體矽石（不同顆粒大小），膠體鋅 或銘’膠體刪砍酸盛’各種黏土 [皂土、水輝石（hectorites) 、綠土（semctites)]，膠體氧化铭、鋅及緣。 一旦此二種起始成分反應形成強硬絮凝物，將一種高 分子量絮凝劑加入此混合物。熟知此技術者都知道要依污 泥的特性選擇高分子量絮凝劑，也就是根據污泥的電荷需 求。因此，此絮凝劑可以是陽離子，陰離子或非離子性。 最後加入此處理系統的成分將聚集所有的粒子成絮凝狀態 〇 如上所述，本發明中的絮凝劑可以依被脫水污泥的特 性而具有正、中或負電荷。適當的正電荷單體含如二甲基 胺基丙烯酸乙酯氯化甲基鹽（DMAEA · MCQ)，二甲基胺 基丙烯酸乙酯甲基硫酪鹽（DMAEA · MSQ)，甲基丙烯酚 二甲胺乙酯氯化甲基鹽（DMAEA · MCQ)，二甲基胺基丙 基酸乙酯·氯化苯甲基鹽（DMAEA · BCQ)，甲基丙烯酚 二甲胺乙酯甲基硫酸鹽（DMAEA · MSQ)，氯化丙烯醯胺 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I H Μ··· ^ Β ΜΙ··Ι > Ml·· 線·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 基丙基三甲基銨（APTAC)，氯化甲基丙烯醯胺基丙基三甲 基銨（MAPTAC)，氣化二丙烯基二甲基銨（DadMAC)和2-與4-乙烯基吼啶。其中，適合的負電荷單體包含丙烯酸鈉 (NaAc)，丙烯醯胺丙基磺酸鈉（NaAMps)和甲基丙烯酸鈉 (NaMAc)。最後，適當的中性單體包含丙烯醯胺（AcAnl) ’甲基丙烯醯胺（MAcAm)，所有的丙烯酸和甲基丙烯酸 之_和氨化物，乙烯基吡咯烷酮和N_乙烯甲醯胺。根據 本發明，此絮凝劑可以是這些單體之同聚物，但絮凝劑最 好是具有丙烯醯胺的共聚物。 本發明的絮凝劑最好是高分子量的絮凝劑聚合物。適 當的絮凝劑聚合物的分子量範圍是1百萬到2千5百 萬amu 。也就疋說有機聚合物的分子量大於5百萬amu。 在大約數情況下，因為生化污泥具有負電荷，本發明 所使用之絮凝劑是陽離子性的。總之，絮凝劑的選擇是根 據污泥的電荷需求。電荷的決定是利用不同的絮凝劑做試 驗觀察何種絮凝劑能產生最好的絮凝物和釋放最多的水份 〇 下列例子將說本發明方法的效率，但並不僅限於此。 下列實例子是採用標準釋放廢水測試法。通常，將200 亳升的污泥加入500亳升之刻度圓桶。以稀釋水將聚合加 入污泥使體積相等。將圓桶加蓋並倒置一段時間至形成絮 凝狀且從絮凝污泥中釋出水份。將污泥倒於織物上並收集 水份。在5，10和15秒時記錄水份之體積。這是模擬壓縮帶 上之釋放廢水區。此外，檢查壓塊的穩定性以讀定是否還 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I Ί--\--Ί .1 Ί ^-----------訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 509663 A7 _B7五、發明說明（7 ) 有水份可被擠壓出來。重要的是當好的絮凝物形成時，會 在最短時間内有最大量的水釋放出且可從壓塊中擠出較多 的水份，這也是最好的結果。 實例1 實例1 :西北市政廳之ATAD污泥 以不同劑量之Nalco⑧7194 Plus和Nalco㊣7139 Plus傳 統高價陽離子絮凝劑處理之污泥。在加入聚合物前，將 5000ppm之礬加入此污泥。廢水結果如表2。只發現少量 的釋放廢水。 表1 自由排放廢水（亳升水/10秒） 劑量（ppm) N-7194 Plus N-7139 Plus 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 5 5 3 4 5 2 0 8 2 3 2

5 1X 相同的污泥樣品，加5000ppm之釁，以本發明之方法 處理。表2，說明利用無機微型顆粒所得的結果。固定絮 凝劑量，改變無機微型顆粒量。表2之微型顆粒 (Nalco®1034A)是膠體矽石。記錄釋放廢水。以微型顆粒 處理增加之釋放廢水量相當可觀。 表2 微型顆粒 自由排放廢水（毫升水/10秒） 劑量(ppm) N-7194® 450ppm N-7l39@ 450ppm 0 30 20 150 66 68 250 62 74 350 60 70 相同的污泥樣品再以本發明之方法處理。表3，總結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ιίιιιι.!ίιιιφ^-!-------^-------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 509663 A7 B7 五、發明說明（8 ) 用有機微型顆粒Nalco®8677所得的結果。固定絮凝劑量， 改變有機微型顆粒量。記錄釋放廢水量。以微型顆粒處理 增加之釋放廢水量相當可觀。 第3表 微型顆粒 自由排放廢水（亳升水/10秒） 劑量(ppm) Ν-Ή94 Plus @ 450ppm N-7139 Plus 450ppm 5 5 5 12 3 0 8 0 6 3 5 6 6 0 4 8 2 2 6 6 7 用微型顆粒計劃可發現幾乎增加4倍之廢水。採用此 計劃可發現絮凝結構和壓塊之可壓性有相當的改善。 實例2 實例2西北化學製造廠之ATAD污泥 此污泥採不同劑量之Nalco®9878和95LP073傳統高 價負離子絮凝劑。在添加聚合物前，在污泥中加入足量的 氯氫氧化鋁調整污泥至ρΗ5·5。廢水結果在表4。只在高聚 合物劑量下有好的廢水釋放。 表4 自由排放廢水（亳升水/10秒） 劑量（ppm) Nalco®9878 Nalco®95LP073 -------.— ΊΊΊ^-----------訂---I-----線^11" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 250 500 750 1000 1250 4 6 9 3 6 7 7 8 ο ο ο 5 5 5 相同的污泥樣品以本發明之方法處理。表5，總結用 無機微型顆粒所得之結果。固定微型顆粒量，改變絮凝劑 量並記錄釋放廢水量。表5中之微型顆粒是膠體的石 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 509663 A7 B7 五、發明說明（9 )

Nalco，115。 表5 Nalco ㊣ 9878 自由排放廢水（毫升水/10秒） 劑量（ppm) Nalco ⑧ 1115®50ppm 250 32 500 99 750 95 1000 77 相同的污泥樣本再以本發明之方法處理。表6，總結 利用有機微型顆粒Nalco® 8677所得之結果。固定絮凝劑量 ，改變有機微型顆粒用量 。記錄釋放廢水量。以微型顆粒 處理增加之釋放廢水量相當可觀。 表6 Να1οοφ95ΕΡ073 自由排放廢水（毫升水/10秒） 劑量（ppm) Nalco ⑧ 8677®500ppm 500 66 750 65 1000 64 採用微型顆粒計劃發現改善30%之釋放廢水量。採用 此計劃絮凝結構和壓塊可壓性亦有改善。 I Ί — I--s—ίί I-----------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 必須了解，關於此處之描述對熟習此技術者可以有各 種不同的改變和變化。這些改變和變化並不偏離本發明的 精神和目的且不減少其優點。因此這些改變和變化皆包含 於本專利中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12

Claims (1)

1. 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 種用於將一含有小顆粒之難處理污泥予以脫水的方 法’其包含下列步驟： 將一無機凝結劑定量注入污泥中，以形成第一混 合物； 將臧型顆粒定量注入該第一混合物中，以形成 第二混合物；以及 將-絮凝劑定量注入該第二混合物。 2.如申明專利範圍第以之方法，其中該污泥為一源自於 自熱性親熱嗜氧消化系統。 3·如申明專利範圍第丨項之方法，其中該無機凝結劑係選 自於由 FeCl3、FeS〇4、A1C13、礬、A12C1X(H20)Y、ZnCl2 、ZnCU與聚氣化鋁所構成之群組中。 4·如申明專利範圍第丨項之方法，其中該微型顆粒係選自 於由有機聚合物與膠體無機材料所構成之群組中。 5·如申请專利範圍第4項之方法，其中該有機聚合物絮凝 hJ係選自於由下列陰離子絮凝劑所構成之群組中：聚 丙烯酸酯、聚（甲基）丙烯酸酯、丙烯醯胺/丙烯酸鈉共 聚物、丙烯醯胺/(甲基）丙烯酸鈉共聚物、丙烯醯胺/丙 烯醯胺-丙基磺酸共聚物，以及丙烯醯胺/丙烯醯胺_丙 基磺酸/丙烯酸鈉三聚物。 6·如申請專利範圍第4項之方法，其中該有機聚合物絮凝 劑係選自於由下列陽離子絮凝劑所構成之群組中··聚 (DEAEM· MCQ)、聚（DMAEA· MCQ)、丙烯醯胺 / DMAEA • MCQ共聚物、丙烯醯胺/ dmaem . MCq共聚物、丙 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   13- 509663 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 烯醯胺/APTAC共聚物、丙烯醯胺/MAPTAC共聚物、丙 烯醯胺/DADMAC共聚物、丙烯醯胺/DADMAC/ DMAEA • MCQ三聚物、AcAm/ DMAEA · BCQ/ DMAEA · MCQ 三聚物，以及乙烯胺/乙烯甲醯胺共聚物。 7. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該有機聚合物絮凝 劑係選自於由下列無電荷絮凝劑所構成之群組中：聚 丙烯醯胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯甲醯胺，以及 聚丙烯酸。 8. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該膠體無機材料係 選自於由膠體矽石：膠體鋅、膠體鋁、膠體硼矽酸鹽 、皂土、水輝石（hectorites)、綠土（semctites)、膠體氧 化鋁和膠體鋅所構成之群組中。 9. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該微型顆粒為一種 具有一低於1百萬amu之分子量的有機聚合物。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該絮凝劑具有一高 於1百萬amu之分子量。 I-1 丨丨^ΊΙΙΦΙ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 -#Ί. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -14-