CN113354252A

CN113354252A - 一种新型污泥干化调理剂及其制备方法

Info

Publication number: CN113354252A
Application number: CN202110767836.4A
Authority: CN
Inventors: 刘倩; 刘建磊; 王纬; 任凌伟; 陈淡宁
Original assignee: Zhejiang Taohuayuan Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Taohuayuan Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-07
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2041-07-07
Also published as: CN113354252B

Abstract

本发明公开了一种新型污泥干化调理剂及其制备方法。该新型污泥干化调理剂，其通过改性糠醛渣、聚季铵盐和凹凸棒土进行水热反应得到；所述的改性糠醛渣通过糠醛渣经水热反应改性得到。本发明提供的新型污泥干化调理剂通过改性降低了凹凸棒土的等电点，有利于凹凸棒土与改性糠醛渣粉末的胶结，降低凹凸棒土的分散运移的程度，强化了改性糠醛渣的刚性，并增强了污染物的吸附性能。此外，本发明提供的新型污泥干化调理剂通过改性使得聚季铵盐与凹凸棒土通过氢键连接，延长了分子链结构，增加了聚季铵盐分子链上污泥脱稳的吸附位点，促进了污泥絮凝，提高了污泥过滤和脱水的效率。

Description

一种新型污泥干化调理剂及其制备方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种新型污泥干化调理剂及其制备方法。

背景技术

随着城镇化和工业化建设不断加快，城市污水处理厂污泥产量日益增多，这些污泥普遍存在成分复杂、含水率和有机质含量高、亲水性强、脱水难度大、易发臭、污染严重等特点。现阶段污泥常用脱水技术的重点主要在于提高污泥的脱水速率，其对污泥含水率的影响不大。由于污泥脱水性能主要受污泥颗粒粒径分布、污泥胶体表面电荷及胞外聚合物EPS的影响，且污泥中毛细水及表面吸附水难以脱除，因此现有污泥脱水技术仅能将污泥含水率降到75％-85％，难以满足后续焚烧、填埋污泥含水率需在50％-60％的要求。

污水处理厂剩余污泥的含水率通常在95％-99％，其中，结合水或间隙水约占70％、毛细水约占20％，吸附水约占7％，胞内水约占3％。污泥的化学组成是决定其脱水性的关键因素，其中微生物及胞外聚合物(EPS)有机质占到污泥总量的50％～70％，且其分布和组成对污泥的脱水性的影响最为显著。EPS是微生物能够分泌产生用于自我保护和相互粘附的有机物，如多糖、蛋白质和核酸等聚合物。这些有机会带有负电荷，通过氢键、吸附等方式结合了污泥中大部分的水或结合水，与微生物形成巨大的粘弹性网络结构，增大了污泥相溶液的黏度，阻碍了污泥的絮凝、过滤、脱水，因此，降低污泥中EPS的含量是解决污泥脱水的关键环节。

现阶段，污泥脱水技术主要采用机械脱水和化学调理技术相结合的工艺，大多数采用的是先通过絮凝剂破坏胶体的稳定性，使污水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离特性的絮凝体，沉降之后，再通过板框压滤装置进行物理脱水的工艺。污泥内水分为四种：结合水、吸附水、间隙水和自由水。其中，自由水可自由流动，围绕在污泥四周但不以任何形态与污泥附着或结合，约占污泥水质量分数50％，可用重力分离；间隙水是污泥间因毛细管现象而保持的水，可用离心、真空等机械力使颗粒变形、压缩而分离；表面水是通过氢键附着在胶体表面的水分子层，只有经过调理后才能用机械方式脱水去除，因此污泥调理在污泥脱水的过程中起着关键的作用，合理地使用物理化学调理方法会使污泥的脱水效率大大提高。

污泥调理方法主要有物理法、化学法、生物法。目前污泥调理行业应用较多的是有机调理剂通过添加适量的絮凝剂、助凝剂等化学药剂改变悬浮溶液中胶体表面电荷或立体结构，克服粒子间的斥力，并以搅拌等外力使其相互碰撞，污泥颗粒絮凝成团而发生沉淀，达到去稳定化的效果。现有的污泥调理剂大多采用聚丙烯酰胺，例如专利号为CN109264942的发明专利《污泥低增比固体生物环保调理剂》，主要采用生物硝化剂40-50％，活化剂1-4％，污泥调理疏松剂50％～60％，阳离子聚丙烯酰胺2％～6％，配备污泥调理剂；专利号为CN110372175的发明专利《一种污泥调理剂及污泥干化处理方法》，主要采用聚合氯化铁或聚合氯化铝，聚丙烯酰胺和水泥配备污泥调理剂，质量比为1：0.2-0.5：0.15-0.2。

聚丙烯酰胺作为应用较广的调理剂成分之一，它是通过电荷中和作用降低胶体颗粒的电动电位使其脱稳，发挥吸附架桥作用，促进污泥絮凝，便于污泥过滤和脱水，但其存在费用高、溶解性差、出水水质差等缺点，因此，急需寻找一种相对分子质量较高、延展度大、絮凝和沉降性能好、溶解性好、水解稳定，且制备低成本的阳离子聚合物。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种新型污泥干化调理剂和制备方法，用于降低污泥相溶液的粘度和污泥胶体表面吸附的水分，从而提高污泥的沉降性能和脱水性能。

第一方面，本发明提供一种新型污泥干化调理剂，其通过改性糠醛渣、聚季铵盐和凹凸棒土进行水热反应得到；所述的改性糠醛渣通过糠醛渣经水热反应改性得到。

作为优选，所述改性糠醛渣、絮凝剂和凹凸棒土的质量比2:0.6～0.8:1～1.5。

作为优选，所述的聚季铵盐采用聚季铵盐-7[P(DM-AM)]。

第二方面，本发明提供一种新型污泥干化调理剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤1、将经过粉碎的糠醛渣、硼酸和水进行水热反应，得到改性糠醛渣。

步骤2、将改性糠醛渣、聚季铵盐和凹凸棒土混合并进行水热反应。

步骤3、将步骤2水热反应得到的混合物干燥后进行研磨，得到新型污泥干化调理剂。

作为优选，步骤1所述的糠醛渣经过清水洗涤，去除糠醛渣中氯离子。

作为优选，步骤1中糠醛渣、硼酸和水的质量比为0.5～1:0.7～1.2:2。

作为优选，步骤1中水热反应的条件为：在220℃的聚四氟乙烯内衬反应釜中反应8h。

作为优选，步骤2中水热反应的条件为：在120℃的聚四氟乙烯内衬反应釜中反应1h。

作为优选，步骤3中，干燥的方式为在60℃烘箱中进行烘干。

作为优选，步骤3中，新型污泥干化调理剂过60目筛。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明提供的新型污泥干化调理剂通过改性降低了凹凸棒土的等电点，有利于凹凸棒土与改性糠醛渣粉末的胶结，降低凹凸棒土的分散运移的程度，强化了改性糠醛渣的刚性，并增强了污染物的吸附性能。

2、本发明提供的新型污泥干化调理剂通过改性使得聚季铵盐-7[P(DM-AM)]与凹凸棒土通过氢键连接，延长了分子链结构，增加了聚季铵盐-7[P(DM-AM)]分子链上污泥脱稳的吸附位点，促进了污泥絮凝，提高了污泥过滤和脱水的效率。

3、本发明提供的新型污泥干化调理剂采用改性糠醛渣替代传统物理调理剂；糠醛渣水热反应下部分碳化得到的改性糠醛渣能够在污泥絮凝体中形成碳化骨架结构，进而有利于形成更多的水流通道，提高污泥的脱水效率，此外，碳化形成的碳颗粒还能够吸附污泥表面的吸附水。

具体实施方式

以下对本发明作进一步说明。

实施例1

一种新型污泥干化调理剂，通过物理调理剂、聚季铵盐和凹凸棒土进行水热反应得到；所述物理调理剂、絮凝剂和凹凸棒土的质量比2:0.6～0.8:1～1.5；其中，物理调理剂采用为改性糠醛渣；聚季铵盐为聚季铵盐-7[P(DM-AM)]，其是通过改性的天然聚合物季铵化或阳离子单体均聚或共聚而合成的聚合物。改性糠醛渣通过糠醛渣经水热反应改性得到。糠醛渣是指利用玉米芯、秸秆或者稻壳等生物质原料提取糠醛后剩余的废弃物，富含大量的纤维素、半纤维素和木质素，且呈酸性。

糠醛渣在水热反应的过程中会被部分碳化，且碳化过程中会自然形成内部多孔的块状碳网和球形疏水炭骨架结构。这显著增强了改性糠醛渣的结构稳定性和刚性，使其可以在污泥絮体中形成高渗透性的刚性网格结构，降低污泥的可压缩性，提高污泥的脱水效率。

此外，改性糠醛渣粉末、聚季铵盐-7[P(DM-AM)]和凹凸棒土经水热处理，降低了凹凸棒土的等电点，有利于凹凸棒土与改性糠醛渣粉末之间发生胶结，降低凹凸棒土的分散运移的程度，增强了新型污泥干化调理剂的整体刚性，及其吸附污染物的性能。

同时，改性糠醛渣粉末、聚季铵盐-7[P(DM-AM)]和凹凸棒土经水热处理后，聚季铵盐-7[P(DM-AM)]分子链上的羟基与凹凸棒土表面的氧或羟基通过氢键结合，使得聚季铵盐-7[P(DM-AM)]分子链的分子链延长，以增加吸附位点；进一步促进污泥胶体表面的电荷与聚季铵盐-7[P(DM-AM)]主链上的阳离子基团进行电荷中和反应，从而降低污泥胶体颗粒的电动电位使其脱稳，发挥吸附架桥作用促进污泥絮凝，便于污泥过滤和脱水。

实施例2

一种新型污泥干化调理剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤1、用清水洗涤糠醛渣，去除糠醛渣中氯离子。

步骤2、将清洗后的糠醛渣置于破碎机中进行粉碎，然后将糠醛渣的粉渣、硼酸和水按照质量比0.5～1:0.7～1.2:2加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在220℃下进行水热反应，反应8h，得到改性糠醛渣。

步骤3、向反应釜中加入聚季铵盐-7[P(DM-AM)]和凹凸棒土，在120℃下进行水热反应，反应1h，其中改性糠醛渣、作为絮凝剂的聚季铵盐-7[P(DM-AM)]和凹凸棒土的质量比2:0.6～0.8:1～1.5。

步骤4、将反应釜中经过水热反应的混合物置于60℃烘箱中进行干燥，然后将干燥后的混合物转移至研磨机中进行研磨，并过60目筛，得到新型污泥干化调理剂。

本发明还提供新型污泥干化调理剂的使用方法，采用上述新型污泥调理剂可以大大降低污泥含水率，实现污泥减量化，缓解污泥处置的压力。

所得的新型污泥干化调理剂的使用方法，具体步骤如下：

步骤一、向含水率为95％的原污泥中添加新型污泥干化调理剂，搅拌均匀后充分反应1h。

步骤二、将反应后的污泥溶液进行沉淀，实现泥水分离，然后将分离出的污泥投入板框压滤机中进行压榨脱水，最终形成泥饼。

本发明原理在于新型污泥调理剂中的聚季铵盐-7[P(DM-AM)]协同半改性糠醛渣和凹凸棒土，在聚季铵盐-7[P(DM-AM)]在吸附架桥的作用下，改变和破坏污泥固体颗粒与有机质间的稳定结构，增强污泥颗粒的混凝和絮凝效果，强化污泥过滤脱水效率。同时，在水热反应下进行部分碳化得到的改性糠醛渣在污泥颗粒内部形成了一定的碳化骨架结构，有利于形成更多水的流通通道，还能利用碳颗粒污泥吸附污泥表面吸附水，提高脱水效率。

实施例3

作为新型污泥干化调理剂原料的改性糠醛渣、絮凝剂和凹凸棒土的质量比为2:0.7:1.3。使用该新型污泥干化调理剂进行污泥调理试验，具体如下：

采用新型污泥干化调理剂对含水率95％的污泥进行调理，调理剂的加入量为污泥干重的4％(质量)，污泥和调理剂搅拌均匀后充分反应1h，然后将反应后的污泥溶液进行沉淀，实现泥水分离，最后将分离出的污泥投入板框压滤机中进行压榨脱水，最终形成泥饼，其中脱水压力1MPa，压榨脱水时间为1～2h。

取100g所得的泥饼进行含水率和绝干重量测定，测得污泥脱水后的含水率为50％～55％，且污泥脱水后，污泥体积增量小，泥饼的绝干重量增比为5％-6％，较传统调理剂绝干污泥的增比低40％。

Claims

1.一种新型污泥干化调理剂，其特征在于：其通过改性糠醛渣、聚季铵盐和凹凸棒土进行水热反应得到；所述的改性糠醛渣通过糠醛渣经水热反应改性得到。

2.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂，其特征在于：所述改性糠醛渣、絮凝剂和凹凸棒土的质量比2:0.6～0.8:1～1.5。

3.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂，其特征在于：所述的聚季铵盐采用聚季铵盐-7[P(DM-AM)]。

4.一种新型污泥干化调理剂的制备方法，其特征在于：步骤1、将经过粉碎的糠醛渣、硼酸和水进行水热反应，得到改性糠醛渣；

步骤2、将改性糠醛渣、聚季铵盐和凹凸棒土混合并进行水热反应；

5.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂的制备方法，其特征在于：步骤1所述的糠醛渣经过清水洗涤，去除糠醛渣中氯离子。

6.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂的制备方法，其特征在于：步骤1中糠醛渣、硼酸和水的质量比为0.5～1:0.7～1.2:2。

7.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂的制备方法，其特征在于：步骤1中水热反应的条件为：在220℃的聚四氟乙烯内衬反应釜中反应8h。

8.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂的制备方法，其特征在于：步骤2中水热反应的条件为：在120℃的聚四氟乙烯内衬反应釜中反应1h。

9.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂的制备方法，其特征在于：步骤3中，干燥的方式为在60℃烘箱中进行烘干。

10.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化调理剂的制备方法，其特征在于：步骤3中，新型污泥干化调理剂过60目筛。