用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂及高温厌氧消化污泥的脱水方法与流程

本发明属于污泥处理领域，涉及一种厌氧消化污泥的脱水调理剂，具体涉及一种用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂和高温厌氧消化污泥的脱水方法。

背景技术：

污泥成分复杂，含有病源微生物、寄生虫卵、有毒有害的重金属及大量的难降解物质，如处理不当，容易对环境造成二次污染。同时，污泥中也包含很多丰富的营养物质，经过适当处理可以作为肥料，改良土壤，促进植物生长；经过发酵处理产生的沼气，可以作为能源物质，缓解能源问题。

厌氧消化作为污泥处理重要技术之一，可以有效将污泥中部分有机质转化成能源，实现污泥的减量化及资源利用，已得到了广泛应用。但是经厌氧消化后的污泥，由于在厌氧发酵中产生的甲烷消耗了大量氢离子，使得污泥胶体带有大量负电荷，增强了污泥胶体间的电荷排斥，从而导致污泥脱水性能较差。为改善污泥的脱水性能，需要对污泥的理化性质进行化学调理，以使污泥形成絮体，获得合适的比阻抗值，达到改善污泥脱水特性的目的。

目前，对厌氧消化污泥进行化学调理所采用脱水调理药剂的可选择范围比较小，常用的脱水调理药剂为无机盐+聚丙烯酰胺(pam)或无机盐复配，采用这些脱水调理药剂对污泥进行调理时能够改善污泥的脱水性能，然而也会带来一系列问题：无机盐的加入会提高导电率等指标从而导致处理设备因电化学腐蚀性能提高而造成严重腐蚀，同时由于无机盐的使用量大会增加污泥中灰分的含量，造成产泥量大的同时也不利于污泥的后续资源化利用，如将泥饼用于填埋处理时由于无机盐含量较高而使得土壤容易板结，用于焚烧处理时由于灰分的含量较高而造成焚烧热值不足，与此同时大量加入无机盐也会改变滤液的性质，如滤液中会引入大量的无机盐，造成滤液成分复杂，降低滤液的生化性质较差，且容易造成二次污染(如铁盐易造成水质色度增加，铝盐易造成水中铝离子超标)。在长沙某污泥集中处理项目中，对高温厌氧消化污泥进行调理的方法中以“三氯化铁+pam”为脱水调理剂，在采用脱水调理剂进行调理时，由于三氯化铁投加量高达固含量的5-6％导致处理设备产生严重腐蚀，同时也显著增加了污泥中灰分的含量，且调理后的高温厌氧消化污泥经压滤后所得滤液中存在大量无机盐，生化性质较差，所得泥饼量大、易板结、硬度大，不能用于后续资源化再利用。可见，良好的脱水调理药剂不仅仅是为了降低污泥含水率，更为重要的是还需要考虑该脱水调理药剂对设备、泥饼滤液后续综合利用带来的不利影响。因此，为了进一步降低对处理设备的腐蚀性能的影响，同时提高泥饼和滤液后续资源化再利用的可能性和有效性，亟需获得一种无腐蚀性、不增加污泥灰分含量、不改变泥饼和滤液性质的用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无腐蚀性、不增加污泥灰分含量、不改变泥饼和滤液性质、脱水性能好、适用性好、成本低、无二次污染的用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂，还提供了一种方法简单、成本低、脱水效果好、无二次污染的高温厌氧消化污泥的脱水方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂，包括丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺；所述丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.1％～1.37％；所述阳离子聚丙烯酰胺的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.27％～0.36％。

上述的脱水调理剂，进一步改进的，所述阳离子聚丙烯酰胺为粉末状；所述阳离子聚丙烯酰胺的离子度为50％～60％；所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量800万～1000万。

上述的脱水调理剂，进一步改进的，所述丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的分子量为80万～100万。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种高温厌氧消化污泥的脱水方法，采用上述的脱水调理剂对高温厌氧消化污泥进行调理。

上述的脱水方法，进一步改进的，所述调理包括以下步骤：

s1、将丙烯酰氧乙基三甲基共聚物、阳离子聚丙烯酰胺溶于水中，得到混合溶液；

s2、将步骤s1中的混合溶液与高温厌氧消化污泥混合进行调理。

上述的脱水方法，进一步改进的，步骤s1中，所述混合溶液中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的质量浓度为2％～3％；所述混合溶液中阳离子聚丙烯酰胺的质量浓度为0.45％～0.5％；

和/或，步骤s2中，所述调理在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为20rpm～80rpm；所述调理的时间为3min～4min。

上述的脱水方法，进一步改进的，所述调理包括以下步骤：

(1)将丙烯酰氧乙基三甲基共聚物加入到高温厌氧消化污泥中，搅拌，混合均匀；

(2)将阳离子聚丙烯酰胺加入到步骤(1)中经搅拌后的高温厌氧消化污泥中进行调理。

上述的脱水方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述丙烯酰氧乙基三甲基共聚物以丙烯酰氧乙基三甲基共聚物溶液的形式加入到高温厌氧消化污泥中；所述丙烯酰氧乙基三甲基共聚物溶液的质量浓度为10％～20％；所述搅拌的转速为50rpm～360rpm；

和/或，步骤(2)中，所述阳离子聚丙烯酰胺以阳离子聚丙烯酰胺溶液的形式加入到步骤(1)中经搅拌后的高温厌氧消化污泥中；所述阳离子聚丙烯酰胺溶液的质量浓度为0.1％～0.5％；所述调理在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为20rpm～960rpm；所述调理的时间为17s～4min。

上述的脱水方法，进一步改进的，所述高温厌氧消化污泥为经高温厌氧消化处理后的污泥；所述高温厌氧消化污泥的含水率为90％～92％。

上述的脱水方法，进一步改进的，还包括以下处理：对调理后的高温厌氧消化污泥进行机械脱水，得到含水率≤60％的脱水污泥。

上述的脱水方法，进一步改进的，采用板框压滤方法进行机械脱水；所述板框压滤方法中进泥阶段的压力控制在0.6mpa～0.8mpa，压榨阶段的压力控制在1.5mpa～2.0mpa。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂，包括丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺，其中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.1％～1.37％，阳离子聚丙烯酰胺的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.27％～0.36％。本发明中，丙烯酰氧乙基三甲基共聚物带有强正电荷，加入污泥中能快速中和高温厌氧消化污泥发酵后中胶体所带的负电荷，使污泥胶体间相互排斥性减小，并形成小颗粒悬浮状污泥，阳离子聚丙烯酰胺具有较大的分子量，可以将污泥的悬浮物吸附在其分子链上絮凝成较大污泥，加速污泥沉降并达到固液分离的脱水目的，即通过利用丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺这两种药剂的电中和、吸附架桥及网铺卷扫的作用来破坏污泥的胶体结构，减少泥水之间的亲和力，使水从污泥颗粒表面分离出来，从而使得高温厌氧消化污泥的脱水性能得到全面改善；同时阳离子聚丙烯酰胺所带正电荷，能在一定程度上补缺丙烯酰氧乙基三甲基共聚物未中和的负电荷，从而进一步降低污泥胶体间的相互排斥性，形成更小的颗粒悬浮状污泥，更好地改善高温厌氧消化污泥的脱水性能。而单独使用阳离子聚丙烯酰胺中和污泥电荷并絮凝时，会因为阳离子聚丙烯酰胺过量而引起污泥黏性过高，从而造成污泥无法有效过滤成型或黏布堵塞的不利后果。本发明中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺均为中性药剂，不存在毒性和腐蚀性，在调理过程中不会对污泥及滤液的性质产生影响。本发明的脱水调理剂中无任何无机盐，极大减少了污泥中额外灰分的增加，对于污泥脱水后的泥饼和滤液的后续处理具有更积极的作用，更有利于泥饼和滤液的后续处理和资源化利用。本发明脱水调理剂中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺的相对添加量较小，在保证全面改善高温厌氧消化污泥脱水性能的基础上，最大程度的降低了材料成本，也最大程度的减少了脱水调理剂对环境造成二次污染的可能性。本发明用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂，具有无毒、无腐蚀性、不增加污泥灰分含量、不改变泥饼和滤液性质、脱水性能好、适用性好、成本低、无二次污染等优点，克服了现有化学调理剂中存在的使用量大、污泥产量大、易腐蚀设备、易造成二次污染、成本高、有毒等问题。

(2)本发明的用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂中，选用的阳离子聚丙烯酰胺的离子度为50％～60％，分子量800万～1000万，能够更好的将污泥中的悬浮物吸附在其分子链上絮凝成较大污泥絮团，从而进一步提高污泥的沉降速率及固液分离的速率，以达到更好脱水的目的。

(3)本发明还提供了一种高温厌氧消化污泥的脱水方法，以丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺为脱水调理剂，通过采用该脱水调理药剂对高温厌氧消化污泥进行调理不仅可以提升污泥的脱水性能，提高脱水效果，同时还能降低综合成本，最大程度降低污泥调理工艺对处理设备、泥饼和滤液后续综合利用带来的不利影响。相比以无机盐+pam或无机盐复配为脱水调理剂的常规工艺，本发明高温厌氧消化污泥的脱水方法中不需要添加任何无机盐，在保证具有较好脱水效果的同时，既能够减少污泥中额外灰分的增加，也能够减少对处理设备、泥饼和滤液后续综合利用带来的不利影响，有利于提高泥饼和滤液的后续综合利用，具有方法简单、成本低、脱水效果好、无二次污染等优点。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例2中的脱水方法与常规工艺处理高温厌氧污泥后所得污泥泥饼的对比图，其中a为常规工艺，b为本发明脱水方法。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的原料和仪器均为市售。本发明实施例中，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复实验的平均值。

实施例1

一种用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂，该脱水调理剂包括丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺，其中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.37％，阳离子聚丙烯酰胺的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.27％。

本实施例中，丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的分子量为100万。

本实施例中，阳离子聚丙烯酰胺为粉末状，离子度为60％，分子量800万。

一种高温厌氧消化污泥的脱水方法，包括以下步骤：

(1)将丙烯酰氧乙基三甲基共聚物与水混合，得到质量浓度为10％的丙烯酰氧乙基三甲基共聚物溶液。

将阳离子聚丙烯酰胺溶于水中，得到质量浓度为0.5％的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(2)按照重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.37％，将步骤(1)中的丙烯酰氧乙基三甲基共聚物溶液加入到装有60kg、含水率为91％的高温厌氧消化污泥的板框机调理罐中，在转速为60rpm下搅拌，混合均匀。

(3)按照重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.27％，将步骤(1)中的阳离子聚丙烯酰胺溶液加入到步骤(2)经搅拌后的高温厌氧污泥中，在转速为20rpm下调理4分钟，出现明显的泥水分离现象。

(4)将步骤(3)中经过调理后的高温厌氧污泥送入板框机中进行机械脱水，使用的设备为景津630型中试板框机，其中进泥阶段的压力控制在0.6mpa，压榨阶段的压力控制在2.0mpa，完成对高温厌氧污泥的脱水处理。

实施例2

一种用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂，该脱水调理剂包括丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺，其中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.1％，阳离子聚丙烯酰胺的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.36％。

本实施例中，丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的分子量为100万。

本实施例中，阳离子聚丙烯酰胺为粉末状，离子度为60％，分子量800万。

一种高温厌氧消化污泥的脱水方法，包括以下步骤：

(1)将丙烯酰氧乙基三甲基共聚物与水混合，得到质量浓度为10％的丙烯酰氧乙基三甲基共聚物溶液。

将阳离子聚丙烯酰胺溶于水中，得到质量浓度为0.5％的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(2)按照重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.1％，将步骤(1)中的丙烯酰氧乙基三甲基共聚物溶液加入到装有高温厌氧消化污泥的板框机调理池中，其中该调理池可容纳300立方米、含水率为91％的高温厌氧消化污泥，在池内经两台直径1m、转速为360rpm的液下搅拌器搅拌30分钟，混合均匀。

(3)将步骤(2)中经过调理后的高温厌氧污泥通过进泥泵及进泥管道送入板框机中进行机械脱水，使用的板框机为德国帕萨旺生产的隔膜板框机，该隔膜板框机的进泥管道中设有在线泥药混合搅拌器(满负荷转速960rpm)，污泥过滤面积为384平方米，处理能力为20立方米/批次。进行机械脱水之前在隔膜板框机的进泥管道中按照重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.36％加入步骤(1)中的阳离子聚丙烯酰胺溶液，经在线混合搅拌器的搅拌使阳离子聚丙烯酰胺溶液与污泥快速混合，其中搅拌的转速为960rpm，在进泥管道及在线泥药混合搅拌器中的总调理时间为17s。机械脱水过程中进泥阶段的压力控制在0.8mpa，压榨阶段的压力控制在1.5mpa，完成对高温厌氧污泥的脱水处理。

图1为本发明实施例2中的脱水方法与常规工艺处理高温厌氧污泥后所得污泥泥饼的对比图，其中a为常规工艺，b为本发明脱水方法。由图1可知，现有常规方法中以“三氯化铁+pam”为脱水调理剂，采用该脱水调理剂对高温厌氧污泥进行调理和机械脱水，得到的污泥泥饼硬度较大，而本发明中采用以“丙烯酰氧乙基三甲基共聚物+阳离子聚丙烯酰胺”为脱水调理剂，经调理和机械脱水后得到的污泥泥饼具有一定的柔软性。

实施例3

一种用于高温厌氧消化污泥的脱水调理剂，该脱水调理剂包括丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺，其中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.1％，阳离子聚丙烯酰胺的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.36％。

本实施例中，丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的分子量为100万。

本实施例中，阳离子聚丙烯酰胺为粉末状，离子度为60％，分子量800万。

一种高温厌氧消化污泥的脱水方法，包括以下步骤：

(1)将丙烯酰氧乙基三甲基共聚物、阳离子聚丙烯酰胺溶于水中，得到混合溶液，该混合溶液中丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的质量浓度为2.5％，阳离子聚丙烯酰胺的质量浓度为0.5％。

(2)按照丙烯酰氧乙基三甲基共聚物的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的1.1％，阳离子聚丙烯酰胺的重量比为高温厌氧消化污泥固含量的0.36％，将步骤(1)中的混合溶液加入到装有60kg、含水率为91％的高温厌氧消化污泥的板框机调理罐中，在转速为20rpm下调理4分钟，出现明显的泥水分离现象。

(3)将步骤(2)中经过调理后的高温厌氧污泥送入板框机中进行机械脱水，使用的设备为景津630型中试板框机，其中进泥阶段的压力控制在0.8mpa，压榨阶段的压力控制在1.5mpa，完成对高温厌氧污泥的脱水处理。

取实施例1-3中经机械脱水后得到污泥泥饼，测定其含水率，测试结果如表1所示。同时，取实施例1-3中经机械脱水后得到滤液，测定其导电率、氨氮、cod、碱度、氯离子和ph，测试结果如表1所示。

表1不同脱水调理剂及脱水方法对污高温厌氧污泥脱水性能的影响

由表1可知，实施例1-3中，采用本发明脱水调理剂进行调理并进入板框机压滤后所得泥饼，均到达了《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(gbt23485-2009)污泥含水率≤60％的标准，且污泥中无机成分(如铁盐、钙盐、氯离子等)含量的减少，大大地降低了对后续污泥资源化或焚烧的不利影响。同时由表1也可知，压滤后所得滤液中具有更高的碱度、ph及c/n比，在后续的生化处理工艺中能降低水处理中外加能源的使用量，从而降低处理成本，且滤液中具有更低的电导率以及含有更少的无机盐类成分，能降低滤液生化处理难度。本发明中采用丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺对高温厌氧消化污泥进行调理并经板框机机械脱水，有效降低了污泥的含水率，且降低了脱水调理剂对处理设备的腐蚀性能，同时提高了泥饼和滤液后续资源化再利用的可能性和有效性。由此可知，相比现有由无机盐+pam构成的调理剂，本发明以丙烯酰氧乙基三甲基共聚物和阳离子聚丙烯酰胺构成的脱水调理剂具有无腐蚀性、不增加污泥灰分含量、不改变泥饼和滤液性质、脱水性能好、适用性好、成本低、无二次污染等优点，是一种应用前景好、能够高效调理高温厌氧消化污泥的环境友好型调理剂。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。