本发明属于环保技术领域，特别涉及一种新型药剂的制备及其应用，具体是指一种用于污泥深度脱水的药剂及制备方法。
背景技术：
随着经济社会地不断发展，污泥产生量也随之增加。如果污泥不能得到有效的处理处置，将对环境造成严重的污染，也将会使得污水处理和治理的环境效应和社会效应大大消弱，直接威胁人类生活环境和水产品食用安全。
污泥是污水处理后或者污水净化后的产物，是一种由有机残片、微生物菌体、无机颗粒、胶体颗粒组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高（可高达99%以上），有机物含量高，容易腐败发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。它是介于液体和固体之间的浓稠物，但它很难通过沉降进行固液分离。由于它含有复杂的有机菌胶团，具有强的亲水性，使得污泥脱水困难。单靠机械很难达到深度脱水。降低污泥含水率是污泥减量化的关键技术，也是污泥后置处置重要前提。污泥脱水调理通常是指对出厂污泥进一步脱水使其满足污泥处理处置标准和要求，是一种经济可行地实现污泥处置（最终消纳）减量化、稳定化、无害化、资源化的处理技术。污泥脱水调理可通过外加调理剂和工艺设备综合控制予以实现。现针对污泥深度脱水主要研究为药剂调理和提高工艺设备性能等方面。
中国专利文献《纳米高效污泥脱水调理剂》(公开号CN1621369A，公开日期2005年6月1日)，公开了一种Z氏纳米高效污泥脱水调理剂。复合重量为：无机高分子脱水调理剂80～98份，有机高分子脱水剂1～19份，羟甲纤维素钠0.5～6份，纳米材料0.1～3.5份。该发明的目的是增加中和能力和搭桥能力及渗透力，使污泥的脱水预处理效果好。但其作用的对象主要为污泥中的间隙水，对污泥的深度脱水作用不大。
中国专利文献《一种无机复合调理剂及其污泥脱水方法》(公开号CN101397181A，公开日期2009年4月1日)，公开了一种污泥脱水的无机复合调理剂，包括粉煤灰和生石灰，投加量为污泥重量的6％～20％，搅拌均匀后进行机械脱水，泥饼含水率为45％～60％。粉煤灰的主要作用机理为吸附架桥，生石灰起到助凝作用，并不作用于污泥的胞内水。
中国专利文献《污泥改性机械脱水处理方法》(申请公开号CN101811814A，公开日期2010年8月25日)，公开了一种污泥改性机械脱水处理方法，其步骤是向含水率为80％～85％的原生污泥中加入脱水剂、硫酸亚铁、石灰、除臭剂，而后加入原生污泥重量30％～50％的水，搅拌成泥浆后用粗碎机进行处理，最后泵入压滤机中压滤脱水，压力为10～14MPa。泥饼含水率为50％～60％。该专利中涉及的原料较为复杂，且调理后的污泥对压滤机的压力要求较高，目前国内污水厂现有压滤机的压力一般仅能达到2～3MPa，因此不适合作为污水厂污泥处理的升级改造工艺。
中国专利文献《生活污泥脱水用调理剂及调理方法》(申请公布号CN101985386A，公开日期2011年3月16日)，公开了一种生活污泥脱水用调理剂，配方包含：占待处理污泥干重0.3％～0.9％的聚丙烯酰胺，占待处理污泥干重5％～20％的竹炭，占待处理污泥干重0.2％～1％的季铵盐，占待处理污泥干重2％～5％的生石灰和占待处理污泥干重5％～20％的聚合硫酸铝。在常温常压条件下，向待处理污泥中依次加入所述聚合硫酸铝、生石灰和竹炭，搅拌反应至少5分钟后再依次加入所述聚丙烯酞胺和季铵盐，搅拌至少3分钟，最后压滤即可。该调理方法涉及的原料较多，且竹炭来源并不广泛。调理剂中的各成分主要作用机理为吸附架桥和絮凝，并不能真正作用于污泥的胞内水。
中国专利文献《一种污泥调理剂及使用污泥调理剂的深度脱水方法》申请公布号CN201110279623.3，公开日期2012年2月22日) 公开了一种污泥调理剂及使用污泥调理剂的深度脱水方法。本发明的污泥调理剂包括以下组分和重量百分含量：MgO30~60%，CaO20~40%，灰分20~30%。本发明的污泥调理剂的制备方法包括以下步骤：将重量百分比为40~70%的菱苦土与重量百分比为30~60%的石灰石研磨成粉后混合，送入马弗炉中900~1000℃灼烧1~2h，自然降温至室温后，制成污泥调理剂。本发明还公开了使用上述污泥调理剂的深度脱水方法，该方法包括以下步骤：将污泥调理剂加入到污泥中，污泥调理剂加入量占污泥干重的质量百分含量为5~30%，搅拌10~20min，将搅拌均匀的污泥进行脱水即可。本发明的污泥调理剂无毒无害，采用污泥调理剂的深度脱水方法，使得污泥含水率快速降低至60%以下。该药剂各成分主要作用机理为吸附和压滤骨架作用，生石灰起到助凝作用，并不作用于污泥的胞内水。
中国专利文献《一种新型污泥脱水剂》(申请公布号CN201510220845.6，公开日期2015年8月12日)，本发明公开了一种新型污泥脱水剂及其制备方法与应用，属于污泥处理领域。该新型污泥脱水剂由聚合氯化铝、氧化钙、硫酸铁、膨润土、淀粉、聚丙烯酰胺按照一定的配比混合后，在80-100℃温度条件下，干燥20-40分钟，制备而成。该污泥脱水剂脱水效果好，脱水后污泥含水率为40-50%，聚丙烯酰胺含量少，对环境污染小，制备工艺简单，成本低廉，适合大规模的污泥脱水处理。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种污泥深度调理改性剂，并且应用于污泥深度脱水工艺。
本发明包括以下技术方案，包括由质量百分比为10的20份溶解性铁盐、溶解性聚合铁盐15至20份、溶解性聚合铝铁盐1至15份、溶解性聚合铝盐15至20、附载剂30至50份复合而成；
所述的溶解性铁盐是氯化铁盐、硫酸铁盐、硝酸铁盐中一种或多种；
所述的溶解性聚合铁盐是聚合硫酸铁、聚合氯化铁盐中的一种或两种；
所述的溶解性聚合铝铁盐是聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝铁中的一种或两种；
所述的溶解性聚合铝盐是聚合硫酸铝、聚合氯化铝盐中的一种或两种；
所述的附载剂是碳粉类吸附剂、粉煤灰、石英粉、硅藻土、煤矸石粉、珍珠岩粉、膨润土粉、云母石粉、火山灰粉中的一种或多种。
本发明的制备方法包括以下步骤：
步骤1、配置溶剂pH值控制在4至5的范围内，目的在于严格控制溶解性物质在制备过程中产生自身水解；
步骤2、将溶解性物质在搅拌的条件下加入配制好的溶剂中，充分搅拌至溶解并分散，配成饱和样液；便于与后端附载剂充分接触；所述溶解性物质包括溶解性铁盐、溶解性聚合铁盐、溶解性聚合铝铁盐、溶解性聚合铝盐中的一种或多种；
步骤3、再将附载剂加入已溶解好的混合液中，保持匀速搅拌15至30分钟，使之溶解性分子充分被附载剂吸附和结合；所述附载剂包括碳粉类吸附剂、粉煤灰、石英粉、硅藻土、煤矸石粉、珍珠岩粉、膨润土粉、云母石粉、火山灰粉中的一种或多种；
步骤4、将步骤3的混合样液，在80-120°温度下，而常规方法为高温复合：需要温度大于200度，空气干燥，真空烘干混合样，制成粉状。本方法所需环境为中低温，真空条件下实现。
本发明在污泥处理中的应用包括以下步骤：
步骤1，向污泥中加入该药剂，加入量为污泥绝干质量的1至10％，所述污泥绝干质量为所处理污泥在105度条件下烘干至恒重后的质量，根据所处理污泥的含水率可知；
步骤2，反应，搅拌反应10至15分钟，药剂在水溶液中具有强电离能力，产生大量的阳离子，而污泥颗粒本身对外呈阴性，因此药剂的电中和能力破坏了污泥颗粒的原菌胶团双电层结构，其离子水化层被打破，释放了离子水化膜层内部水和离子化层吸附水，及大量的自由水和间隙水，污泥原有稳定体系被打破，得到深度调理的污泥；
药剂电离过程中产生的大量电子能量，对污泥颗粒中键能不大或键能不稳定的结构产生极大的破坏力，使吸附在污泥颗粒表面的水分子剥离开来，降低污泥胶粒的电势电位，改善污泥的疏水性，
步骤3，聚凝，向步骤2的深度调理后污泥中加入污泥绝干质量的0.5至1.5‰的高分子絮凝剂，搅拌、聚沉得到聚凝污泥；吸附活性位与溶解性活性成分形成一定能量的吸附键，将各类活性组分有效桥接起来，形成新的更大分子量的组分；
步骤4，脱水，将步骤3的聚凝污泥用压滤机进行压滤脱水，压滤机为隔膜板框压滤机。
宏观上污泥颗粒是由多个微生物单体及其胞外聚合物附着而成的一个团体，微生物胞外聚合物以蛋白质、糖等亲水性物质，一部分是吸附水中的有机物、一部分是本身分泌物，而这些胞外物相互作用形成有利于微生物生存的大分子物质，将微生物单体包裹起来，形成一个相对稳定而独立的环境。而在形成这环境过程留在胞外聚合体的水即为胞内水。本发明的作用原理在于：药剂在水溶液中具有强电离能力，产生大量的阳离子，而污泥颗粒本身对外呈阴性，为打破污泥原有稳定体系形成了强大的动力。本发明药剂具有良好的电中和能力，能有效地破坏了污泥颗粒的原菌胶团双电层结构，其离子水化层被打破，释放了离子水化膜层内部水和离子化层吸附水，及大量的自由水和间隙水，此外，在药剂电离过程中产生了大量的电子能量，对污泥颗粒那些键能不大或键能不稳定的结构产生极大的破坏力，如离子化氢键结构，使那些被吸附在污泥颗粒表面的水分子剥离开来，降低污泥胶粒的电势电位，改善污泥的疏水性，促使颗粒胶体凝聚，降低污泥比阻。此外，附载剂的加入，一方面其吸附活性位与溶解性活性成分形成一定能量的吸附键，将各类活性组分有效桥接起来，形成新的更大分子量的组分，即附载剂的吸附活性位将各类溶解性活性组分的优势通过化学键的方式重新组合。另一方面，在污泥调理中起到分散稳定剂的作用，使生成的疏水性聚合物粒子的比表面积逐渐增大，其吸附能力也增大，从而生成分子量更大的产物，增大颗粒的抗压能力。
本发明的优点在于提供一种新型的污泥深度脱水药剂及制备方法与应用，该药剂由多种原料复合而成，使污泥颗粒脱稳定，使污泥带电的污泥颗粒发生电中和，使污泥被吸附、桥架和网捕卷扫，脱水效果好且环保无污染；其制备工艺简单，适合于大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，包括由质量百分比为10的20份溶解性铁盐、溶解性聚合铁盐15至20份、溶解性聚合铝铁盐1至15份、溶解性聚合铝盐15至20、附载剂30至50份复合而成；
所述的溶解性铁盐是氯化铁盐、硫酸铁盐、硝酸铁盐中一种或多种；
所述的溶解性聚合铁盐是聚合硫酸铁、聚合氯化铁盐中的一种或两种；
所述的溶解性聚合铝铁盐是聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝铁中的一种或两种；
所述的溶解性聚合铝盐是聚合硫酸铝、聚合氯化铝盐中的一种或两种；
所述的附载剂是碳粉类吸附剂、粉煤灰、石英粉、硅藻土、煤矸石粉、珍珠岩粉、膨润土粉、云母石粉、火山灰粉中的一种或多种。
作为本发明优选方案之一，该新型药剂由以下重量百分比的成分组成：
硫酸铁：5-15份，聚合氯化铝：10-25份，聚合硅酸铝铁：10-15份，硅藻土：20-30份，粉煤灰：30-50份。
作为本发明优选方案之二，该新型药剂由以下重量百分比的成分组成：三氯化铁：5-15份，聚合氯化铝：10-20份，聚合硫酸铁：10-20份，石英粉：20-30份，粉煤灰：30-50份。
作为本发明优选方案之三，该新型药剂由以下重量百分比的成分组成：三氯化铁：5-10份，聚合硫酸铁：15-25份，聚合硅酸铝铁：10-20份，云母石粉：10-20份，珍珠岩粉：10-20份，煤矸石粉：20-40份。
本发明的制备方法包括以下步骤：
步骤1、配置溶剂pH值控制在4至5的范围内，目的在于严格控制溶解性物质在制备过程中产生自身水解。
步骤2、将溶解性物质在搅拌的条件下加入配制好的溶剂中，充分搅拌至溶解并分散，配成饱和样液；便于与后端附载剂充分接触；所述溶解性物质包括溶解性铁盐、溶解性聚合铁盐、溶解性聚合铝铁盐、溶解性聚合铝盐中的一种或多种。
步骤3、再将附载剂加入已溶解好的混合液中，保持匀速搅拌15至30分钟，使之溶解性分子充分被附载剂吸附和结合；所述负载剂包括碳粉类吸附剂、粉煤灰、石英粉、硅藻土、煤矸石粉、珍珠岩粉、膨润土粉、云母石粉、火山灰粉中的一种或多种。
步骤4、将步骤3的混合样液，在80-120°温度下，而常规方法为高温复合：需要温度大于200度，空气干燥，真空烘干混合样，本方法所需环境为中低温，真空条件下实现，制成粉状。
本发明在污泥处理中的应用包括以下步骤：
步骤1，向污泥中加入该药剂，加入量为污泥绝干质量的1至10％，所述污泥绝干质量为所处理污泥在105度条件下烘干至恒重后的质量，根据所处理污泥的含水率可知；如100ml含水率为98%的污泥，则污泥绝干质量为2g，加入的药剂为0.01g至0.2g；
步骤2，反应，搅拌反应10至15分钟，药剂在水溶液中具有强电离能力，产生大量的阳离子，而污泥颗粒本身对外呈阴性，因此药剂的电中和能力破坏了污泥颗粒的原菌胶团双电层结构，其离子水化层被打破，释放了离子水化膜层内部水和离子化层吸附水，及大量的自由水和间隙水，污泥原有稳定体系被打破，得到深度调理的污泥；
步骤3，聚凝，向步骤2的深度调理后污泥中加入污泥绝干质量的0.5至1.5‰的高分子絮凝剂，以PAM为主，搅拌、聚沉得到聚凝污泥；吸附活性位与溶解性活性成分形成一定能量的吸附键，将各类活性组分有效桥接起来，形成新的更大分子量的组分；
步骤4，脱水，将步骤3的聚凝污泥用压滤机进行压滤脱水，压滤机为隔膜板框压滤机。
制备与脱水实施案例1：将10份硫酸铁，20份聚合氯化铝，13份聚合硅酸铝铁倒入一定体积的pH值为4-5的溶液中，充分搅拌；再将22份硅藻土，35份粉煤灰加入，充分搅拌10min后，在80-120度条件下真空干燥，制成新型污泥深度脱水药剂。
将上述方法制备的新型污泥深度脱水药剂应用于长沙某市政污水厂的剩余污泥调理深度脱水，该污泥呈黄褐色，含水率98-99%，V30为35%，有机质含量约45%。工艺方法如下：向污泥中加入该药剂，加入量为污泥绝干质量的5％，搅拌反应15分钟，再在搅拌条件下加入污泥绝干质量的0.8‰的CPAM（浓度为1.5‰），搅拌、聚沉、浓缩将上层清液排掉，将下层浓缩泥水混合液通过螺杆泵送至隔膜板框压滤机进行机械脱水，保压压力1.4 MPa，保压时间20min，释压卸泥，脱水后污泥含水率40.8%。
制备与脱水实施案例2：将12份三氯化铁，18份聚合氯化铝，15份聚合硫酸铁倒入一定体积的pH值为4-5的溶液中，充分搅拌；再将25份石英粉，35份粉煤灰加入，充分搅拌10min后，在80-120度条件下真空干燥，制成新型污泥深度脱水药剂。
将上述方法制备的新型污泥深度脱水药剂应用于常德某市政污水厂的剩余污泥调理深度脱水，该污泥呈黑褐色，含水率96-98%，V30为45%，有机质含量约40%。工艺方法如下：向污泥中加入该药剂，加入量为污泥绝干质量的6％，搅拌反应15分钟，再在搅拌条件下加入污泥绝干质量的1‰的CPAM（浓度为1‰），搅拌、聚沉、浓缩将上层清液排掉，将下层浓缩泥水混合液通过螺杆泵送至隔膜板框压滤机进行机械脱水，保压压力1.2 MPa，保压时间30min，释压卸泥，脱水后污泥含水率41.6%。
制备与脱水实施案例3：将8份三氯化铁，15份聚合硫酸铁，20份聚合硅酸铝铁倒入一定体积的pH值为4-5的溶液中，充分搅拌；再将,12份云母石粉，15份珍珠岩粉，30份加入煤矸石粉，充分搅拌8min后，在80-120度条件下真空干燥，制成新型污泥深度脱水药剂。
将上述方法制备的新型污泥深度脱水药剂应用于某湖泊污泥调理深度脱水，该污泥呈黑褐色，含水率95-98%，V30为45%，有机质含量约25%。工艺方法如下：向污泥中加入该药剂，加入量为污泥绝干质量的2％，搅拌反应15分钟，再在搅拌条件下加入污泥绝干质量的1‰的CPAM（浓度为1‰），搅拌、聚沉、浓缩将上层清液排掉，将下层浓缩泥水混合液通过螺杆泵送至隔膜板框压滤机进行机械脱水，保压压力1.2 MPa，保压时间15min，释压卸泥，脱水后污泥含水率40.2%。
制备与脱水实施案例4：将8份三氯化铁，15份聚合硫酸铁，20份聚合硅酸铝铁倒入一定体积的pH值为4-5的溶液中，充分搅拌；再将,12份云母石粉，15份珍珠岩粉，30份加入煤矸石粉，充分搅拌8min后，在80-120度条件下真空干燥，制成新型污泥深度脱水药剂。
将上述方法制备的新型污泥深度脱水药剂应用于浙江某市政污泥调理深度脱水，该污泥呈黑褐色，含水率98%，V30为70%，有机质含量约50%。工艺方法如下：向污泥中加入该药剂，加入量为污泥绝干质量的6％，搅拌反应15分钟，再在搅拌条件下加入污泥绝干质量的1.2‰的CPAM（浓度为1‰），搅拌、聚沉、浓缩将上层清液排掉，将下层浓缩泥水混合液通过螺杆泵送至隔膜板框压滤机进行机械脱水，保压压力1.6 MPa，保压时间30min，释压卸泥，脱水后污泥含水率44.8%。
宏观上污泥颗粒是由多个微生物单体及其胞外聚合物附着而成的一个团体，微生物胞外聚合物以蛋白质、糖等亲水性物质，一部分是吸附水中的有机物、一部分是本身分泌物，而这些胞外物相互作用形成有利于微生物生存的大分子物质，将微生物单体包裹起来，形成一个相对稳定而独立的环境。而在形成这环境过程留在胞外聚合体的水即为胞内水。本发明的作用原理在于：
1．本发明药剂在水溶液中具有强电离能力，产生大量的阳离子，而污泥颗粒本身对外呈阴性，因此为打破污泥原有稳定体系形成了强大的动力。
2．本发明药剂具有良好的电中和能力，能有效地破坏污泥颗粒的原菌胶团双电层结构，同时该药剂既可以阻止污泥菌团表面电荷的增加，又能增强对污泥菌胶膜层的剪切程度，促使膜层破裂，其离子水化层被打破，释放了离子水化膜层内部水。
3．本发明药剂同时具有大分子的卷扫和桥架作用，能有效地将从膜内脱出来的水、颗粒间隙和自由水与污泥固体分离开，实现了泥水有效分离。
4.此外，在药剂电离过程中产生了大量的电子能量，对污泥颗粒那些键能不大或键能不稳定的结构产生极大的破坏力，如离子化氢键结构，使那些被吸附在污泥颗粒表面的水分子剥离开来，降低污泥胶粒的电动电位，改善污泥的疏水性，促使颗粒胶体凝聚，降低污泥比阻。
其作用机理主要表现为：1、使污泥颗粒脱稳定。污泥胶体颗粒具有着一般胶体的特性，造成污泥胶体颗粒稳定性的主要三个因素：①.微粒布朗运动的影响；②.污泥胶体颗粒间的静电排斥力的影响；③.污泥胶体颗粒表面的离子化水膜作用。2、使污泥带电的污泥颗粒发生电中和。市政污水厂污泥表面带负电荷，聚沉剂能提供大量的带正电多价离子，由于离子在水中的扩散作用，带正电的离子涌入污泥胶体的悬浮扩散层、表面吸附层乃至EPS外层，中和表面的负电荷，污泥的zeta电位因此减低或被抵消，污泥颗粒随之发生聚沉，从而破坏了污泥絮体结构，减小了与水的亲和力，改善了剩余污泥的脱水性能。3、使污泥被吸附、桥架和网捕卷扫。该药剂中的大分子长链具有多个链端，在某一个链端的基团吸附一个污泥胶体颗粒后，其他的链端的基团可延展并吸附另一个污泥颗粒，从而形成了“污泥胶粒-高分子物质-污泥胶粒”的集合体，聚集沉淀。4、载剂的加入，一方面其吸附活性位与溶解性活性成分形成一定能量的吸附键，将各类活性组分有效桥接起来，形成新的更大分子量的组分，换言而之，附载剂的吸附活性位将各类溶解性活性组分的优势通过化学键的方式重新组合。另一方面，在污泥调理中起到分散稳定剂的作用，使生成的疏水性聚合物粒子的比表面积逐渐增大，其吸附能力也增大，从而生成分子量更大的产物，增大颗粒的抗压能力。
本发明所述的污泥深度脱水药剂剂及其制备方法与应用，与现有技术相比，其优点如下：1、由多种原料复合而成，各类原料的合理配比使得新药剂集成了各类原材料的良好的污泥调理性能，相互之间协同作用更为明显，在污泥深度脱水程度上效果最大化，脱水后污泥含水率为40-50％。
2、新型药剂具有药效稳定性、长效性、脱水效果好、用量少。
3、使用该新型药剂处理后的污泥有效增量少、pH值为中性，污泥中的有用成分最大程度得以保存，因此方便了污泥后端最终资源化处置，对环境污染小，处理成本低。
4、溶解性铁盐、溶解性聚合铁盐、溶解性聚合铝铁盐、溶解性聚合铝盐作为该新型复合型药剂的主要活性成分，具有良好的电中和能力，能有效地破坏了污泥颗粒的原菌胶团双电层结构，其离子水化层被打破，释放了离子水化膜层内部水，包括内部自由水、间隙水和部分结合水，降低污泥胶粒的Zeta电位，改善污泥的疏水性，促使颗粒胶体凝聚，降低污泥比阻，使其易于脱水。
5、附载剂的加入，一方面其吸附活性位与溶解性活性成分形成一定能量的吸附键，将各类活性组分有效桥接起来，形成新的更大分子量的组分，换言而之，附载剂的吸附活性位将各类溶解性活性组分的优势通过化学键的方式重新组合。另一方面，在污泥调理中起到分散稳定剂的作用，使生成的聚合物粒子的比表面积逐渐增大，其吸附能力也增大，从而生成分子量更大的产物。