一種汙泥脫水調理劑及其脫水應用的製作方法

2023-05-24 09:42:06

本發明屬於汙泥處理技術領域，尤其涉及一種複合型汙泥脫水調理劑及其脫水應用。

背景技術：

城市汙泥是城市汙水處理過程中產生的剩餘汙泥，因其含水率高，給城市汙泥的儲存、運輸及進一步處理帶來諸多不便，城市汙泥脫水已成為城市汙泥處理處置的重要環節。由於城市汙泥顆粒通常帶負電荷，且含糖類、蛋白質、核酸等親水性物質，城市汙泥的脫水性能差，採用一般的機械方法對汙泥脫水難度較大，因而在對汙泥脫水之前需對剩餘汙泥進行調質，以降低汙泥中的有機組成，減小汙泥顆粒與水的親和力，改變汙泥中水分的存在形式，改善汙泥的脫水性能，從而提高脫水效率。在各種汙泥調理方法中，化學調理技術因其操作簡單、成本相對較低、效果好而成為國內外最常用的方法之一。

目前，汙泥脫水調理劑分為兩類：一類是無機絮凝劑，主要包括鐵鹽、鋁鹽以及聚合氯化鋁，另一類是有機高分子絮凝劑，包括非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性型等有機高分子藥劑。在各種改善汙泥脫水性能的調理劑中，無機絮凝劑存在用量多，會增加A1、Fe離子濃度等問題。高分子有機絮凝劑聚丙烯醯胺(PAM)因其能顯著改善排泥水的脫水性能，具有適應性強、操作簡單等特點而被廣泛應用。但是使用PAM作調理劑有以下3個缺點：(1)合成成本高，工藝複雜；(2)PAM降解困難；(3)脫水過程中水解產生的丙烯酸和有機胺等單體還可能是「三致」物質，會導致水處理過程中產生二次環境汙染。因此，急需開發低成本、安全、高效的城市汙泥調理劑。PAM是一種水溶性線型高分子物質，有陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性離子型4種類型。研究表明，陰離子型PAM與陽離子型PAM均能有效改善汙泥的脫水性能，其投加量較陽離子型PAM低1～2倍，且價格相對便宜，較陽離子型PAM具有更佳的經濟效益和環境效益，所以陰離子型PAM可作為首選的調理劑。如何進一步提高城市汙泥脫水處理過程中使用PAM的環境安全、降低處理成本有待研究。

因此，國內外正積極研究開發高效、安全、低成本的汙泥脫水調理劑。開發的高效複合脫水調理劑有機高分子含量高，成本較高，後續汙泥泥餅再利用困難。綜上所述，本發明考慮到高分子有機絮凝劑陽離子型聚丙烯醯胺在處理過程中的諸多不利因素，所以本發明主要涉及到無機絮凝劑和陰離子型聚丙烯醯胺的調理方法。

相關的發明：一種城市汙泥脫水調理劑，由陰離子型PAM與殼聚糖組成，陰離子型PAM與殼聚糖的質量比為3～9∶2～6；陰離子型PAM的劑型有兩種：分子量800萬、水解度20％或分子量600萬、水解度30％。

優點：將殼聚糖與陰離子型PAM按一定量組合，可有效降低陰離子型PAM的使用量，提高解決汙泥的脫水性能，降低汙泥處理處置成本，減少汙泥脫水過程中的二次汙染。缺點：將殼聚糖與陰離子型PAM進行組合時，組合速度比較慢，反應時間較長，效率不高。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的問題，提供一種汙泥脫水調理劑及其脫水應用，本發明所採用的原料來源廣泛、價格低廉，製備成本低，使用方便，脫水效果好，可依託現有的汙泥脫水設施進行，實施過程簡單，能有效提高汙泥脫水工藝的穩定性和可靠性，可廣泛應用於各種廢水、汙水和汙泥的處理。

本發明的技術方案為：

一種汙泥脫水調理劑，各物質按重量百分比，其特徵在於由以下的各組分組成：30～70％脫硫灰、5～20％鎂鹽、5～30％鐵鹽、2～20％鋁鹽，0～15％氧化鎂，各組分混合均勻而得汙泥脫水調理劑。

根據本發明的汙泥脫水調理劑，所述脫硫灰來自於各種幹法/半乾法煙氣脫硫工藝中的一種或幾種副產物。幹法/半乾法煙氣脫硫工藝有循環流化床、旋轉噴霧、氣體懸浮吸收、煙道乾式吸收劑噴射、爐內噴鈣氧化鈣活化、新型一體化或石灰石煙氣淨化。

進一步地，所述脫硫灰中CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O、CaCO3、f-CaO和Ca(OH)2物質的總質量分數為50～95％。

所述鎂鹽為氯化鎂、磷酸鎂、硫酸鎂中的一種。

所述鐵鹽為三氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、綠礬中的一種。

所述鋁鹽為聚合氯化鋁。

本發明還提供了上述汙泥脫水調理劑的脫水應用，其特徵在於包括如下步驟：

(1)調理劑溶液製備：將脫硫灰、鎂鹽、鐵鹽、鋁鹽、氧化鎂按照重量百分比，混勻，加水製成溶液；

(2)汙泥調質：將沉池的汙泥泵入調質池，加入步驟(1)製成的調理劑溶液，攪拌均勻，調質20～60min後，將汙泥泵入汙泥濃縮池；所述調理劑的加入量佔汙泥重的10～30％；

(3)絮凝劑溶液製備：將有機高分子絮凝劑溶解成液體後，再在攪拌條件下，加入汙泥濃縮池，與加入調質劑溶液的汙泥混合20～60min；

(4)汙泥脫水：把步驟(3)調質好的汙泥進行正壓脫水，保壓壓力0.6MPa～2.0MPa，保壓時間30～90min後卸壓放料。

本發明所採用的原料來源廣泛、價格低廉，製備成本低，使用方便，脫水效果好，可依託現有的汙泥脫水設施進行，實施過程簡單，能有效提高汙泥脫水工藝的穩定性和可靠性，可廣泛應用於各種廢水、汙水和汙泥的處理。

具體實施方式

本發明實施例中，各物質按重量百分比計。

實施例1

汙泥為取自某不鏽鋼企業冷軋廢水處理站二沉池的剩餘汙泥，含水率為98％；脫硫灰為取自某鋼廠循環流化床工藝淨化燒結煙氣裝置的副產物，其中CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O、CaCO3、f-CaO和Ca(OH)2物質的總質量分數為85％。

氯化鎂、硫酸鐵、聚合氯化鋁，為市售產品，工業級純度。

將50％脫硫灰、10％氯化鎂、30％硫酸鐵、10％聚合氯化鋁混勻，加水製成溶液；按照佔汙泥重10％的比例，加入調質池中，攪拌均勻，調質60min後，泵入汙泥濃縮池。

將分子量為800萬陰離子型聚丙烯醯胺按照佔汙泥重的0.005％，溶解成0.5％的膠水狀液體，在攪拌的條件下，採用計量泵均勻添加至濃縮池，與加入調質劑溶液的汙泥混合30min。

把調質好的汙泥，泵入板框壓濾機脫水，保壓壓力1.0MPa，保壓時間60min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為50％，汙泥比阻4.0×106S2/g，棚內自然堆放2天後，泥餅含水率降至40％。

對比未添加調理劑的工況：在處理含水率為98％的不鏽鋼冷軋廢水處理站的二沉池汙泥時，添加汙泥重0.02％的分子量為800萬陰離子型聚丙烯醯胺後，進行板框壓濾，在保壓壓力1.0MPa，保壓時間60min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為65％，汙泥比阻2.2×108S2/g，棚內自然堆放2天後，泥餅含水率為58％。

對比實施例1，可見，本發明中的複合脫水調理劑在降低泥餅含水率方面，效果顯著。

實施例2

汙泥為取自某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥，含水率為97.5％；脫硫灰為取自某鋼廠旋轉噴霧工藝淨化燒結煙氣裝置的副產物，其中CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O、CaCO3、f-CaO和Ca(OH)2物質的總質量分數為95％。

磷酸鎂、三氯化鐵、聚合氯化鋁、為市售產品，工業級純度。

將70％脫硫灰、10％磷酸鎂、三氯化鐵、10％聚合氯化鋁混勻，加水製成溶液；按照佔汙泥重20％的比例，加入調質池中，攪拌均勻，調質20min後，泵入汙泥濃縮池。

將分子量為1200萬陰離子型聚丙烯醯胺按照佔汙泥重的0.001％，溶解成0.1％的膠水狀液體，在攪拌的條件下，採用計量泵均勻添加至濃縮池，與加入調質劑溶液的汙泥混合20min。

把調質好的汙泥，泵入板框壓濾機脫水，保壓壓力0.6MPa，保壓時間90min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為55％，汙泥比阻5.2×106S2/g，棚內自然堆放3天後，泥餅含水率降至43％。

對比未添加調理劑的工況：在處理含水率為97.5％的某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥時，添加汙泥重0.02％的分子量為1200萬陰離子型聚丙烯醯胺後，進行板框壓濾，在保壓壓力0.6MPa，保壓時間90min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為70％，汙泥比阻3.2×108S2/g，棚內自然堆放3天後，泥餅含水率為63％。

對比實施例2，可見，本發明中的複合脫水調理劑在降低泥餅含水率方面，效果顯著。

實施例3

汙泥為取自某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥，含水率為98％，脫硫灰為取自某鋼廠旋轉噴霧工藝淨化燒結煙氣裝置的副產物，其中CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O、CaCO3、f-CaO和,Ca(OH)2物質的總質量分數為80％。

磷酸鎂、三氯化鐵、聚合氯化鋁、為市售產品，工業級純度。

將50％脫硫灰、20％磷酸鎂、20％三氯化鐵、10％聚合氯化鋁，混勻，加水製成溶液；按照汙泥重30％的比例，加入調質池中，攪拌均勻，調質60min後，泵入汙泥濃縮池。

將分子量為1000萬非離子型聚丙烯醯胺按照汙泥重的0.008％，溶解成0.24％的膠水狀液體，在攪拌的條件下，採用計量泵均勻添加至濃縮池，與加入調質劑溶液的汙泥混合40min。

把調質好的汙泥，泵入隔膜壓濾機脫水，保壓壓力2MPa，保壓時間45min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為53％，汙泥比阻6.6×106S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率降至38％。

對比未添加調理劑的工況：在處理含水率為98％的某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥時，添加汙泥重0.05％的分子量為1000萬陰離子型聚丙烯醯胺後，進行板框壓濾，在保壓壓力2MPa，保壓時間45min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為68％，汙泥比阻2.8×108S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率為61％。

對比實施例3，可見，本發明中的複合脫水調理劑在降低泥餅含水率方面，效果顯著。

實施例4

汙泥為取自某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥，含水率為98％，脫硫灰為取自某鋼廠旋轉噴霧工藝淨化燒結煙氣裝置的副產物，其中CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O、CaCO3、f-CaO和,Ca(OH)2物質的總質量分數為70％。

硫酸鎂、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、為市售產品，工業級純度。

將30％脫硫灰、20％硫酸鎂、30％聚合硫酸鐵、20％聚合氯化鋁，混勻，加水製成溶液；按照汙泥重15％的比例，加入調質池中，攪拌均勻，調質40min後，泵入汙泥濃縮池。

將分子量為900萬非離子型聚丙烯醯胺按照汙泥重的0.002％，溶解成0.2％的膠水狀液體，在攪拌的條件下，採用計量泵均勻添加至濃縮池，與加入調質劑溶液的汙泥混合40min。

把調質好的汙泥，泵入隔膜壓濾機脫水，保壓壓力2MPa，保壓時間20min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為54％，汙泥比阻7.6×106S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率降至40％。

對比未添加調理劑的工況：在處理含水率為98％的某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥時，添加汙泥重0.05％的分子量為900萬陰離子型聚丙烯醯胺後，進行板框壓濾，在保壓壓力2MPa，保壓時間20min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為70％，汙泥比阻3.6×108S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率為62％。

對比實施例4，可見，本發明中的複合脫水調理劑在降低泥餅含水率方面，效果顯著。

實施例5

汙泥為取自某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥，含水率為98％，脫硫灰為取自某鋼廠旋轉噴霧工藝淨化燒結煙氣裝置的副產物，其中CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O、CaCO3、f-CaO和,Ca(OH)2物質的總質量分數為70％。

硫酸鎂、綠礬、聚合氯化鋁、為市售產品，工業級純度。

將70％脫硫灰、8％硫酸鎂、5％綠礬、2％聚合氯化鋁、15％氧化鎂，混勻，加水製成溶液；按照汙泥重20％的比例，加入調質池中，攪拌均勻，調質50min後，泵入汙泥濃縮池。

將分子量為900萬非離子型聚丙烯醯胺按照汙泥重的0.002％，溶解成0.2％的膠水狀液體，在攪拌的條件下，採用計量泵均勻添加至濃縮池，與加入調質劑溶液的汙泥混合40min。

把調質好的汙泥，泵入隔膜壓濾機脫水，保壓壓力2MPa，保壓時間40min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為52％，汙泥比阻7.2×106S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率降至38％。

對比未添加調理劑的工況：在處理含水率為98％的某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥時，添加汙泥重0.05％的分子量為900萬陰離子型聚丙烯醯胺後，進行板框壓濾，在保壓壓力2MPa，保壓時間40min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為69％，汙泥比阻3.2×108S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率為61％。

對比實施例5，可見，本發明中的複合脫水調理劑在降低泥餅含水率方面，效果顯著。

實施例6

汙泥為取自某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥，含水率為98％，脫硫灰為取自某鋼廠旋轉噴霧工藝淨化燒結煙氣裝置的副產物，其中CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O、CaCO3、f-CaO和,Ca(OH)2物質的總質量分數為70％。

氯化鎂、三氯化鐵、聚合氯化鋁、為市售產品，工業級純度。

將60％脫硫灰、5％氯化鎂、10％三氯化鐵、15％聚合氯化鋁、10％氧化鎂，混勻，加水製成溶液；按照汙泥重10％的比例，加入調質池中，攪拌均勻，調質60min後，泵入汙泥濃縮池。

將分子量為900萬非離子型聚丙烯醯胺按照汙泥重的0.001％，溶解成0.1％的膠水狀液體，在攪拌的條件下，採用計量泵均勻添加至濃縮池，與加入調質劑溶液的汙泥混合60min。

把調質好的汙泥，泵入隔膜壓濾機脫水，保壓壓力1MPa，保壓時間60min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為50％，汙泥比阻5.8×106S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率降至36％。

對比未添加調理劑的工況：在處理含水率為98％的某城市生活汙水廠二沉池的剩餘汙泥時，添加汙泥重0.05％的分子量為900萬陰離子型聚丙烯醯胺後，進行板框壓濾，在保壓壓力1MPa，保壓時間60min卸壓放料後，測得脫水後汙泥泥餅含水率為67％，汙泥比阻2.8×108S2/g，棚內自然堆放10天後，泥餅含水率為59％。

對比實施例6，可見，本發明中的複合脫水調理劑在降低泥餅含水率方面，效果顯著。