CN105314815A - 一种污泥脱水调理剂及其脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥脱水调理剂，包括重量百分比如下的各组分：30～70％脱硫灰、5～15％镁盐、5～30％铁盐、2～20％铝盐、0.1～15％氧化镁。同时还提供了该调理剂的脱水方法，包括调理剂溶液制备，污泥调质，絮凝剂溶液制备和污泥脱水等步骤。本发明所采用的原料来源广泛、价格低廉，制备成本低，使用方便，脱水效果好，可依托现有的污泥脱水设施进行，实施过程简单，能有效提高污泥脱水工艺的稳定性和可靠性，可广泛应用于各种废水、污水和污泥的处理。

Description

一种污泥脱水调理剂及其脱水方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及一种复合型污泥脱水调理剂，还涉及该调理剂的应用和用于污泥脱水的方法。

背景技术

污泥脱水是污水处理中费用较高、又极其关键的过程之一，直接影响到污泥含水率、污泥产量及后续运输、卫生填埋、堆肥农用或焚烧处置的费用。污泥中的水分存在形式大致有间隙水或游离水(约占污泥水分的65～85％)、毛细水(约占污泥水分的15～20％)、吸附水(<10％)、结合水(<10％)等四种。

通常，来自二沉池的污泥含水率都在98％以上，为改善污泥脱水性能，提高机械脱水效果，常需通过调理来改变污泥的理化性质，减少胶体颗粒与水的亲和力，为固液分离创造条件。污泥调理主要包括化学调质、温差调质和微生物絮凝调质。其中，化学调质是应用最多，其基本原理是通过向污泥中投加可起到电性中和或吸附架桥作用的调理剂，如混凝剂、絮凝剂、助凝剂等，来破坏污泥胶体颗粒的稳定性，使分散的小颗粒间相互聚集形成大颗粒，从而改善污泥的脱水性、促进污泥的过滤和脱水进程，达到降低污泥含水率的目的。

目前，污泥脱水调理剂分为两类：一类是无机絮凝剂，主要包括铁盐、铝盐以及聚合氯化铝，另一类是有机高分子絮凝剂，包括非离子型、阳离子型、阴离子型和两性型等有机高分子药剂，以聚丙烯酰胺(PAM)最为常见。在各种改善污泥脱水性能的调理剂中，无机絮凝剂存在用量多、会增加A1、Fe离子浓度等问题；有机絮凝剂存在使用成本高、阻塞滤布滤孔，脱水过程中产生的丙烯酸和有机胺等单体可能导致水环境二次污染等问题。

因此，国内外正积极研究开发高效、安全、低成本的污泥脱水调理剂。CN1621371A开发的高效复合脱水调理剂有机高分子含量高，成本较高，后续污泥泥饼再利用困难；CN1986788A以铁盐、钙盐或氧化钙为化学调理剂，采取分步投加方式，工艺复杂，脱水后污泥含水率仍在59％以上，效果一般；CN101182095A公开的一种污泥脱水高效复合助滤剂，组成高达9种，制备工艺复杂，难以大规模应用；CN101289268A公开了一种应用废弃碱渣/碱液使活性污泥脱水的方法，脱水污泥稳定性较高，同时也可以实现废弃碱渣的再利用，但其主要缺点是污泥增容较大，污泥的后续资源化利用较困难；CN101397181A采用粉煤灰和生石灰作为无机复合调理剂，因粉煤灰添加量较大，也存在污泥泥饼增容较大的问题，而且高质量的粉煤灰来源也受到一定限制；CN101100345A中公开的污泥脱水剂所使用的离子分散剂高达5种，滤液会造成二次污染；CN101693593A调理方式产生的泥饼，有机质含量比铁盐与氧化钙做脱水药剂的泥饼有机质含量高约10％，不利于填埋等后续处置方式。

综合分析已公开的专利，发现各种污泥脱水调理剂在制备和应用时存在以下缺点与不足：(1)调理剂加入量较大，污泥脱水后泥饼增容较大，不利于后续的资源化利用或安全处置；(2)污泥调理工艺较为复杂，不适合大规模污泥调理脱水应用；(3)污泥调理工艺投资和运行费用较高，经济性较差。

另一方面，随着环保要求的提高，燃煤电厂、钢铁厂、有色冶炼等企业开始投运越来越多的干法/半干法烟气脱硫装置，伴随而来的是与日俱增的脱硫灰。干法/半干法脱硫灰(后简称脱硫灰)外观类似水泥，为浅灰色粉末，碱性高(pH>12)、粒径极细(80％的颗粒小于40μm)、密度轻(容积密度0.85～1.0t/m³，真密度2.25～2.69t/m³)、含水低(0.02％～0.36wt％)，露天堆放易扬尘，主要成分为CaSO₄·2H₂O、CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO(游离氧化钙)、Ca(OH)₂、SiO₂、MgO。因其化学成分波动大、不稳定成分含量高，高温易分解、常温易氧化、运输易扬尘、制备建材易爆裂，因此利用难度很大。

近年来围绕生产硅钙砖、陶粒、混凝土砌块、矿棉、人造砾石，土壤稳定以及改良、结构填充、稳定路基、矿井污水中和等方面做了一些尝试，但耗灰量有限，投资大，大部分处于开发试验阶段，并不具备推广价值。目前，脱硫灰尚未找到妥善的规模化利用途径，绝大部分脱硫灰被堆存抛弃，晴天扬尘漫天，雨天污水横流，已成为烟气治理过程的二次污染，给相关企业带来严重困扰。结合脱硫灰的特点，寻求一条高效便捷、安全妥善的脱硫灰消纳途径，已是迫在眉睫的任务。

分析脱硫灰的性质，其具有碱性高、颗粒细、比表面积大、吸附能力强、钙基元素含量高等性质，具有用作污泥脱水调质剂的基本条件，而据调研，国内外尚无将脱硫灰拓展至用作污泥脱水调质剂的报道。

本发明正是基于将脱硫灰作为污泥脱水调理剂配料，并依托现有污泥脱水工艺和装置，而提出并应用的。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种复合型污泥脱水调理剂，本发明要解决的另一个技术问题是提供该调理剂的脱水方法。

本发明的技术方案是，一种污泥脱水调理剂，调理剂包括重量百分比如下的各组分：30～70％脱硫灰、5～15％镁盐、5～30％铁盐、2～20％铝盐、0.1～15％氧化镁。

根据本发明的污泥脱水调理剂，所述脱硫灰来自于循环流化床、旋转喷雾、气体悬浮吸收、烟道干式吸收剂喷射、炉内喷钙氧化钙活化、新型一体化和石灰石烟气净化干法/半干法烟气脱硫工艺中的一种或几种副产物。

进一步地，所述脱硫灰中CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO和Ca(OH)₂四种物质的总质量分数为50～95％。

其中，所述镁盐为氯化镁、磷酸镁、硫酸镁中的一种；所述铁盐为三氯化铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、绿矾中的一种；所述铝盐为聚合氯化铝、硫酸铝、明矾、聚合硫酸铝铁中的一种。

本发明还提供了上述污泥脱水调理剂的脱水方法，包括如下步骤：

(1)调理剂溶液制备：将脱硫灰、镁盐、铁盐、铝盐、氧化镁按照重量百分比，混匀，加水制成溶液；

(2)污泥调质：将二沉池污泥泵入调质池，加入调理剂溶液，搅拌均匀，调质20～60min后，泵入污泥浓缩池；所述调理剂的加入量占污泥干重的3～30％；

(3)絮凝剂溶液制备：将有机高分子絮凝剂溶解成液体后，再在搅拌条件下，缓缓加入污泥浓缩池，与加入调质剂溶液的污泥混合20～60min；

(4)污泥脱水：把调质好的污泥进行正压脱水，保压压力0.6MPa～2.0MPa，保压时间30～90min后卸压放料。

步骤(2)调理剂的加入量指其固体量。

如同上述，所述脱硫灰来自于循环流化床、旋转喷雾、气体悬浮吸收、烟道干式吸收剂喷射、炉内喷钙氧化钙活化、新型一体化和石灰石烟气净化干法/半干法烟气脱硫工艺中的一种或几种副产物；

所述脱硫灰中CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO和Ca(OH)₂四种物质的总质量分数为50～95％。

脱硫灰的电性中和与吸附架桥作用，能破坏污泥胶体颗粒的稳定性，利于分散小颗粒的聚集，改善脱水性能；其中的游离氧化钙、氢氧化钙等碱性成分不仅可以起到助凝作用，在碱性环境中改变和破坏水中胶体颗粒表面的有机物结构，使高分子絮凝剂更加直接的和胶体颗粒作用，达到强化混凝、加快过滤的效果。此外，脱硫灰粒径细，具有较大的比表面积和孔容，能够吸附污泥中的有毒物质，对于重金属具有一定钝化作用。

所述镁盐为氯化镁、磷酸镁、硫酸镁中的一种。

镁盐作为助凝剂，除调节pH外，还可以改变污泥颗粒的结构，在污泥中形成多孔网格状骨架，极大改善污泥的可压缩性，增强絮体的强度。

所述铁盐为三氯化铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、绿矾中的一种。

铁盐(如三氯化铁、硫酸铁、聚合硫酸铁等)水解形成胶体烃基聚合物或氢氧化物沉淀，通过静电粘附、网捕等作用改变大颗粒污泥的稳定性，卷扫小颗粒污泥形成有一定承载力的絮体颗粒。

所述铝盐为聚合氯化铝、硫酸铝、明矾、聚合硫酸铝铁中的一种。

铝盐的加入，有钝化重金属和杀菌除臭的作用，可使离子状态的重金属在碱性环境中会生成氢氧化物沉淀。

优选的是，在上述步骤(3)中，所述有机高分子絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺中的一种。更优选分子量为800-1200万的阳离子型聚丙烯酰胺。

有机高分子絮凝剂在污泥中具有电荷中和、吸附架桥、表面吸附、牵连增强等作用，它的加入，可使调质后污泥中细小的悬浮颗粒和胶体微粒聚结成较粗大的絮团，随着絮团的增大，沉降速度逐渐增加，从而具有更好的压滤性能。

优选的是，所述有机高分子絮凝剂的加入量，为污泥干重的0.001～0.02％。采用计量泵均匀添加。此处絮凝剂和污泥均为干重。

其中，所述调质前的污泥为城市生活污泥、自来水厂污泥、工业污泥或江、河、湖泊的疏浚淤泥，含水率为95～99％。

优选的是，所述有机高分子絮凝剂溶液的质量浓度为0.1％～0.5％。

本发明可实现污泥的高效脱水，调理工艺简单，快捷，调理剂的用量小，脱水后的污泥含水率可降至40～60％，污泥比阻降至106～107S²/g，能实现污泥减量化，大幅降低后续污泥的处理成本。同时，本发明可大幅消纳近年来日益增加、企业内难以有效利用的干法/半干法脱硫灰，为脱硫灰的稳定化和建材利用开拓了一条规模化途径。

本发明针对的是，污泥浓缩池进入板框压滤机的这一工序。目的是降低脱水污泥的含水率和污泥比阻，实现污泥减量。

一般而言，二沉池污泥，进入污泥浓缩池，含水率的要求大概在95～99％，这种污泥打入板框压滤机，最为适宜；浓缩污泥过稀，板框机运行周期厂，工况不顺；太浓的话，污泥流动性不好，泵打不上去。因此，在实际进行“城市生活污泥、自来水厂污泥、工业污泥或江、河、湖泊的疏浚淤泥”脱水时，需调制成95～99％之间，以利于后续脱水作业。

本发明的有益效果是：

(1)本发明解决了烟气干法/半干法脱硫灰的综合利用问题，脱硫灰在污泥脱水过程中，与污泥深度毛细固结，不仅可实现污泥的深度脱水，还彻底解决了脱硫灰建材利用过程中缓慢膨胀的缺陷，从而可实现脱硫灰的规模化利用。

(2)本发明开发的污泥脱水调理剂，所采用的原料来源广泛、价格低廉，制备成本低，使用方便，脱水效果好，可依托现有的污泥脱水设施进行，实施过程简单，能有效提高污泥脱水工艺的稳定性和可靠性，可广泛应用于各种废水、污水和污泥的处理。

(3)采用本发明，污泥脱水后泥饼含水率可以降至40～60％，污泥比阻降至106～107S2/g。由于比阻的降低，自然晾晒10天后，含水率能够降到30％以下。

(4)本调理剂使用后，污泥泥饼中脱硫灰碱性高、固结性好，与污泥颗粒结合性强，可有效固化污泥中的重金属、控制污泥中重金属的浸出，尤其是其中的亚硫酸钙成分可在自然条件下发生氧化作用，与污泥中的重金属充分结合，降低重金属污染风险。

(5)使用本调理剂调理后经过深度脱水后的泥饼，在冬季室外正常环境下(昼夜)，24h内可以降低至少5个百分点的含水率，48h内更可降低10个百分点含水率。如果是夏季，泥饼含水率会下降更快。而没有加调理剂的污泥在相同环境和时间内只能下降4个百分点含水率。

综上所述，本发明是一种可有效利用工业废物、提高污泥脱水速率和脱水程度、成本低、加药量少、制备和使用工艺简单、降低重金属风险、持续散失泥饼水分的高效污泥脱水调理剂。

附图说明

图1为污泥脱水调理剂配制及脱水方法的工艺流程。

具体实施方式

污泥比阻是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是：单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。比阻的作用是比较不同的污泥(或同一污泥加入不同量的混合剂后)的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。一般认为比阻大于1×10⁹的污泥较难过滤，比阻小于4×10⁸s²/g的污泥容易过滤。

污泥比阻采用常规的测定方法：采用0.08MPa的真空度进行污泥脱水试验。记录过滤时间t和相应时刻的滤液量V以及滤液总体积，进行计算得出污泥比阻。

实施例1

污泥为取自某不锈钢企业冷轧废水处理站二沉池的剩余污泥，含水率为98％；脱硫灰为取自某钢厂循环流化床工艺净化烧结烟气装置的副产物，其中CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO和Ca(OH)₂四种物质的总质量分数为85％。

氯化镁、硫酸铁、硫酸铝、氧化镁、为市售产品，工业级纯度。

如图1所示，将脱硫灰、氯化镁、硫酸铁、硫酸铝、氧化镁按照50％、10％、30％、5％、5％的重量百分比，混匀，加水制成溶液；按照污泥干重3％的比例，加入调质池中，搅拌均匀，调质60min后，泵入污泥浓缩池。

将分子量为800万阳离子型聚丙烯酰胺按照污泥干重的0.005％，溶解成0.5％的胶水状液体，在搅拌的条件下，采用计量泵均匀添加至浓缩池，与加入调质剂溶液的污泥混合30min。

把调质好的污泥，泵入板框压滤机脱水，保压压力1.0MPa，保压时间60min卸压放料后，测得脱水后污泥泥饼含水率为50％，污泥比阻4.0×10⁶S²/g，棚内自然堆放2天后，泥饼含水率降至40％。

对比未添加调理剂的工况：在处理含水率为98％的不锈钢冷轧废水处理站的二沉池污泥时，添加污泥干重0.02％的分子量为800万阳离子型聚丙烯酰胺后，进行板框压滤，在保压压力1.0MPa，保压时间60min卸压放料后，测得脱水后污泥泥饼含水率为65％，污泥比阻1.2×10⁸S²/g，棚内自然堆放2天后，泥饼含水率为58％。

对比实施例1，可见，本发明中的复合脱水调理剂在降低泥饼含水率方面，效果显著。

实施例2

污泥为取自某城市生活污水厂二沉池的剩余污泥，含水率为97.5％；脱硫灰为取自某钢厂旋转喷雾工艺净化烧结烟气装置的副产物，其中CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO和Ca(OH)₂四种物质的总质量分数为95％。

磷酸镁、三氯化铁、聚合硫酸铝铁、氧化镁、为市售产品，工业级纯度。

如图1所示，将脱硫灰、氯化镁、硫酸铁、硫酸铝、氧化镁按照70％、10％、10％、10％的重量百分比，混匀，加水制成溶液；按照污泥干重30％的比例，加入调质池中，搅拌均匀，调质20min后，泵入污泥浓缩池。

将分子量为1200万阳离子型聚丙烯酰胺按照污泥干重的0.001％，溶解成0.1％的胶水状液体，在搅拌的条件下，采用计量泵均匀添加至浓缩池，与加入调质剂溶液的污泥混合20min。

把调质好的污泥，泵入板框压滤机脱水，保压压力0.6MPa，保压时间90min卸压放料后，测得脱水后污泥泥饼含水率为55％，污泥比阻5.5×10⁶S²/g，棚内自然堆放3天后，泥饼含水率降至42％。

实施例3

污泥为取自某自来水厂二沉池的剩余污泥，含水率为99％；脱硫灰为取自某钢厂炉内喷钙氧化钙活化工艺净化烧结烟气装置的副产物，其中CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO和Ca(OH)₂四种物质的总质量分数为50％。

硫酸镁、硫酸铁、聚合硫酸铝铁、氧化镁为市售产品，工业级纯度。

如图1所示，将脱硫灰、氯化镁、硫酸铁、聚合氯化铝、氧化镁按照30％、15％、30％、10％、15％的重量百分比，混匀，加水制成溶液；按照污泥干重20％的比例，加入调质池中，搅拌均匀，调质50min后，泵入污泥浓缩池。

将分子量为1000万阴离子型聚丙烯酰胺按照污泥干重的0.01％，溶解成0.25％的胶水状液体，在搅拌的条件下，采用计量泵均匀添加至浓缩池，与加入调质剂溶液的污泥混合50min。

把调质好的污泥，泵入隔膜压滤机脱水，保压压力1.2MPa，保压时间30min卸压放料后，测得脱水后污泥泥饼含水率为50％，污泥比阻8.5×10⁶S²/g，棚内自然堆放5天后，泥饼含水率降至34％。

实施例4

污泥为取自某城市景观河道的疏浚淤泥，含水率为95％；脱硫灰为取自某钢厂烟道干式吸收剂喷射工艺净化烧结烟气装置的副产物，其中CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO和Ca(OH)₂四种物质的总质量分数为80％。

氯化镁、绿矾、聚合硫酸铝铁、氧化镁为市售产品，工业级纯度。

如图1所示，将脱硫灰、氯化镁、绿矾、聚合硫酸铝铁、氧化镁按照50％、10％、20％、10％、10％的重量百分比，混匀，加水制成溶液；按照污泥干重15％的比例，加入调质池中，搅拌均匀，调质60min后，泵入污泥浓缩池。

将分子量为1000万非离子型聚丙烯酰胺按照污泥干重的0.008％，溶解成0.24％的胶水状液体，在搅拌的条件下，采用计量泵均匀添加至浓缩池，与加入调质剂溶液的污泥混合40min。

把调质好的污泥，泵入隔膜压滤机脱水，保压压力2MPa，保压时间45min卸压放料后，测得脱水后污泥泥饼含水率为53％，污泥比阻7.6×10⁶S²/g，棚内自然堆放10天后，泥饼含水率降至28％。

本发明的污泥脱水调理剂可有效利用工业废物、提高污泥脱水速率和脱水程度，同时成本低、加药量少、制备和使用工艺简单、降低重金属风险、持续散失泥饼水分，是污泥脱水过程中的有效助益。

Claims (10)

1.一种污泥脱水调理剂，其特征在于：调理剂包括重量百分比如下的各组分：30～70％脱硫灰、5～15％镁盐、5～30％铁盐、2～20％铝盐、0.1～15％氧化镁。

2.根据权利要求1所述的污泥脱水调理剂，其特征在于，所述脱硫灰来自于循环流化床、旋转喷雾、气体悬浮吸收、烟道干式吸收剂喷射、炉内喷钙氧化钙活化、新型一体化和石灰石烟气净化干法/半干法烟气脱硫工艺中的一种或几种副产物。

3.根据权利要求2所述的污泥脱水调理剂，其特征在于，所述脱硫灰中CaSO₃·1/2H₂O、CaCO₃、f-CaO和Ca(OH)₂四种物质的总质量分数为50～95％。

4.根据权利要求1所述的污泥脱水调理剂，其特征在于，所述镁盐为氯化镁、磷酸镁、硫酸镁中的一种；所述铁盐为三氯化铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、绿矾中的一种；所述铝盐为聚合氯化铝、硫酸铝、明矾、聚合硫酸铝铁中的一种。

5.权利要求1所述污泥脱水调理剂的脱水方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)调理剂溶液制备：将脱硫灰、镁盐、铁盐、铝盐、氧化镁按照重量百分比，混匀，加水制成溶液；

(2)污泥调质：将二沉池污泥泵入调质池，加入调理剂溶液，搅拌均匀，调质20～60min后，泵入污泥浓缩池；所述调理剂的加入量占污泥干重的3～30％；

(3)絮凝剂溶液制备：将有机高分子絮凝剂溶解成液体后，再在搅拌条件下，缓缓加入污泥浓缩池，与加入调质剂溶液的污泥混合20～60min；

(4)污泥脱水：把调质好的污泥进行正压脱水，保压压力0.6MPa～2.0MPa，保压时间30～90min后卸压放料。

6.根据权利要求5所述污泥脱水调理剂的脱水方法，其特征在于，所述脱硫灰来自于循环流化床、旋转喷雾、气体悬浮吸收、烟道干式吸收剂喷射、炉内喷钙氧化钙活化、新型一体化和石灰石烟气净化干法/半干法烟气脱硫工艺中的一种或几种副产物；

所述镁盐为氯化镁、磷酸镁、硫酸镁中的一种；

所述铁盐为三氯化铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、绿矾中的一种；

所述铝盐为聚合氯化铝、硫酸铝、明矾、聚合硫酸铝铁中的一种。

7.根据权利要求5所述污泥脱水调理剂的脱水方法，其特征在于，所述有机高分子絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺中的一种。

8.根据权利要求5所述污泥脱水调理剂的脱水方法，其特征在于，所述有机高分子絮凝剂的加入量，为污泥干重的0.001～0.02％。

9.根据权利要求5所述污泥脱水调理剂的脱水方法，其特征在于，所述调质前的污泥为城市生活污泥、自来水厂污泥、工业污泥或江、河、湖泊的疏浚淤泥，含水率为95～99％。

10.根据权利要求5所述污泥脱水调理剂的脱水方法，其特征在于，所述有机高分子絮凝剂溶液的质量浓度为0.1％～0.5％。