本发明属于环保，具体涉及一种改善泥饼力学性能的有机污泥调理剂及污泥脱水方法。
背景技术：
1、污水处理厂、微生物发酵厂、畜牧农场等会产生大量的有机污泥，其中含有氮、磷、钾等具有肥力的营养元素，以及微生物、重金属和寄生虫卵等，具有含水率高、成分复杂、污泥量大等特点。污泥含水率高导致污泥体积大、需要更大的堆存空间，而且污泥液相中的污染物更容易迁移进而污染环境。如果处置不当，有机污泥中的污染物可能会在运输和堆存过程中造成严重的二次污染。有机污泥经过深度脱水和干化后，不仅污泥量得到控制、所需堆存空间大幅度降低，而且有利于污泥的输送、处理与处置。泥饼还具有很高的热值，可作为工业生产过程中的燃料再次使用，实现有机污泥的减量化、资源化处理。
2、目前常规的污泥减量化处理方法有浓缩、机械脱水和消化。其中，浓缩和机械脱水主要是通过降低污泥含水率来减少污泥的体积，经过脱水处理后的泥饼含水率仍在80％以上，且重金属等污染物仍具有迁移性。消化是通过微生物的作用降解污泥中的有机质进行污泥减量，但污泥消化的反应周期一般为15～30天，且处理设施操作复杂，投资和运行成本较高。脱水后污泥的含水率和力学性能都不能满足资源化利用的要求。
3、由于污泥中含有大量微生物细胞和有机胶体物质，存在大量间隙水、毛细水和水合水等结合水，导致脱水困难。有机污泥在脱水之前应进行调理，破坏污泥的胶结结构、减少泥水间的亲和力，改善污泥的脱水性能。因此，迫切需要研发一种可以实现有机污泥高效脱水并提高泥饼脱水性能的调理药剂。
4、通常采用向有机污泥中添加具有絮凝或混凝作用药剂，改变污泥中小分子的存在方式和结构，使其团聚为大分子并沉淀，在一定条件下实现污泥高效脱水。常规药剂的脱水性能弱，药剂投加量较大，而且制成的泥饼抗压能力差，不宜资源化利用。
5、专利cn101985386a公开了一种生活污泥脱水用调理剂及调理方法，在常温常压条件下，向待处理污泥中依次加入聚合硫酸铝、生石灰和竹炭，搅拌反应至少5分钟后再依次加入聚丙烯酰胺和季铵盐，搅拌至少3分钟，最后压滤即可，处理后泥饼的含水率为40～50％。该调理剂虽然能够降低污泥含水率至40～50％，但泥饼的结构强度低，对压滤的条件要求较高，滤饼不易从过滤介质上剥落，造成压滤效率较低，且影响后续进一步低温干化的效率。另外，该调理过程调理剂的选择及加入顺序不合理，导致压滤过后的水中仍然含有各种大分子有机污染物和重金属离子，仍存在较大的后续污水处理负担。
6、专利cn109928603a公开了一种污泥绿色脱水药剂的制备方法及使用方法，脱水药剂由助滤剂、絮凝剂和氧化剂组成。助滤剂是以污泥作为前体的改性生物炭，絮凝剂是一种改性阳离子瓜尔胶，氧化剂为过硫酸盐或者过氧化氢。经过处理的污泥，进去板框压滤机，制成的泥饼含水率在60％左右。该方法处理后泥饼的含水率仍然较高，且脱水药剂制备方法复杂，生产成本较高；另外该脱水药剂需使用大量的氧化剂氧化降解水中的大分子有机污染物，降低了泥饼热值，处理成本及资源化利用率不高。
7、专利cn106746482a公开了一种污泥脱水复合型调理剂及污泥脱水方法，所述污泥脱水复合型调理剂包括有机混凝剂、无机混凝剂、助剂。所述有机混凝剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺共聚物、聚烯丙基胺盐酸盐中的至少一种；所述无机混凝剂为铝盐、铁盐中的至少一种；所述助剂为十二烷基苯磺酸钠、直链烷基苯磺酸钠、tx-10乳化剂、壳聚糖盐酸盐、壳聚糖季铵盐、壳聚糖乳酸盐、壳聚糖谷氨酸盐、聚乙烯醇中的至少一种。该方法可降低泥饼含水率至60％左右，含水率仍然较高，且泥饼的结构强度低，压滤效率及后续进一步低温干化的效率不高。
8、专利cn106673400a公开了一种污泥脱水调理剂及其脱水应用，调理剂组成为：30～70％脱硫灰、5～20％镁盐、5～30％铁盐、2～20％铝盐，0～15％氧化镁，各组分混合均匀而得污泥脱水调理剂。所述脱水应用如下：将脱硫灰、镁盐、铁盐、聚合氯化铝混合均匀，加水制成调理剂溶液；将沉池污泥泵入调质池，加入调理剂溶液，然后加入有机高分子絮凝剂搅拌均匀，调质后进行正压脱水，得到脱水泥饼。该调理剂直接将各组分混合使用，调理剂的加入量占污泥重的10～30％，处理后污泥干重增量较大，且泥饼热值不高。
9、专利cn110372173a公开了一种环保型污泥脱水调理剂，由调理剂a和调理剂b组成：其中调理剂a组分包括粉煤灰30-40份、废弃木屑10-20份、硅藻土5-10份、氧化镁5-10份、铝矾土10-20份；调理剂b组分为阳离子pam溶液、阳离子pam乳液、多糖类有机高分子溶液等其中的任意一种。调理的方法为：(1)向经过重力浓缩后的污泥中加入调理剂b，搅拌均匀，经过转股或带机或叠螺机进行初步滤水；(2)向经过步骤(1)处理后的污泥中加入调理剂a，搅拌均匀，进行高压板框或高压带机进行压滤脱水。采用该发明所述调理剂处理后的污泥进行机械脱水，最终使污泥含水率降至60％以下。该调理剂及调理方法对有机物的絮凝效果有限，导致压滤过后的水中仍然含有较多有机污染物，且影响压滤效率。
10、通过以上现有技术可以看出，能够促进不同性质的有机污泥高效脱水的同时，又能使压滤后污水中基本不含大分子有机质、重金属、抗生素等危险污染物，且能保持泥饼高热值和良好力学性能的调理药剂的研发具有重要的环境意义和经济价值。
技术实现思路
1、针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种改善泥饼力学性能的有机污泥调理剂。
2、本发明的另一目的在于提供一种采用上述有机污泥调理剂对有机污泥进行脱水减量化的方法。
3、本发明目的通过以下技术方案实现：
4、一种改善泥饼力学性能的有机污泥调理剂，由独立的骨架结构剂、絮凝改性剂和絮凝剂组成；所述骨架结构剂由cao、ca(oh)2、活性白泥和硅藻土组成，絮凝改性剂由聚合硫酸铁和聚合硫酸铝组成，絮凝剂由季铵盐、聚丙烯酰胺和聚合氯化铝组成。
5、进一步地，所述骨架结构剂中各组分质量百分含量组成为：cao 20％～40％，ca(oh)230％～50％，活性白泥10％～20％，硅藻土20％～30％。
6、进一步地，所述絮凝改性剂中各组分质量百分含量组成为：聚合硫酸铁20％～80％，聚合硫酸铝20％～80％。
7、进一步地，所述絮凝剂中各组分质量百分含量组成为：季铵盐30％～60％，聚丙烯酰胺30％～60％，聚合氯化铝0％～30％。
8、进一步优选地，所述季铵盐选自壳聚糖季铵盐、聚二甲基二烯丙基氯化铵或聚硅氧烷季铵盐。更优选为聚硅氧烷季铵盐。在本发明的调理剂组成及有机污泥脱水过程中，采用聚硅氧烷季铵盐具有相比其它季铵盐更好的改善污泥脱水的性能。
9、一种采用上述有机污泥调理剂对有机污泥进行脱水减量化的方法，具体步骤如下：
10、(1)在搅拌条件下，向含水率为50％～99％的有机污泥中投加骨架结构剂混合反应5～30min；
11、(2)在步骤(1)的混合物料中投加絮凝改性剂，持续搅拌混合反应5～30min；
12、(3)在步骤(2)的反应混合料中投加絮凝剂，继续搅拌混合反应5～30min；
13、(4)将步骤(3)处理后的混合污泥经压滤脱水，得到脱水污泥。
14、进一步地，步骤(1)中所述骨架结构剂的投加量为0.01～0.02kg/l污泥。
15、进一步地，步骤(2)中所述絮凝改性剂的投加量为0.01～0.02kg/l污泥。
16、进一步地，步骤(3)中所述絮凝剂的投加量为0.01～0.02g/l污泥。
17、进一步地，步骤(4)中所述压滤脱水采用板框压滤机，脱水压力为1～2mpa。
18、进一步地，步骤(4)中所述脱水污泥的含水率为39％～50％。
19、进一步地，步骤(4)中所述脱水污泥进一步经低温干化处理至含水率为15％～20％。
20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21、(1)本发明适用面广，适用于各种性质的含水率50％～99％的有机质污泥、菌渣等。解决了具有胶体稳定性高含水污泥难脱水的问题，并且得到的污泥饼具有抗压能力强、热值高等特点。
22、(2)本发明使用骨架类药剂提高污泥力学稳定性，同时还可固定污泥中重金属等污染物，降低其环境迁移能力，为污泥的无害化处置提供了先决条件。降低污泥的压缩性系数。压缩性系数高的污泥在过滤压力下泥饼会变形，导致其间的毛细管管径缩小，水分难以通过。通过向污泥中投加一些骨架物，可以改善污泥的压缩性能。这些物质在泥饼的形成过程中，作为泥饼的骨架增加泥饼的结构强度，从而使水易于从泥饼中脱除，同时滤饼也容易从过滤介质上剥落。
23、(3)本发明絮凝改性剂的加入使得絮凝剂或混凝剂更加直接地和有机大分子胶体颗粒及结构改变的溶解性有机物作用，从而达到强化絮凝沉淀、加快过滤的效果。
24、(4)本发明利用有机质絮凝药剂促进污泥有机质大量絮凝沉淀、改善污泥的脱水性能，去除水中大部分有机物，可以快速实现污泥的减量，促进污泥的脱水。
25、(5)本发明调理剂加药量小，使用本调理剂总共加药量为含水污泥质量的的5％左右，相比较单一药剂而言，生石灰添加量减少50％～100％，干基添加量减量至少50％，使污泥干固体物质增重在一个可控制的范围内。
26、(6)使用本调理剂可有效固化污泥中的重金属，整合污染污泥中的重金属离子，有效控制淤泥中重金属的浸出，药剂中的有效成分与污泥中的重金属结合，转化为难溶沉淀固化在泥饼中，降低重金属污染风险。
27、(7)固液分离效果显著，经压滤过后的水几乎不含大分子有机质。在含水率高过一定值的有机污泥，特别是菌渣这种有机废物，其zeta电位低、固液混合物呈现胶体团聚状，化学性质非常稳定，难以用一般方法使其絮凝脱水，处理成本极高。如果采用一般的絮凝沉淀方法，固液分离效果不明显，经压滤过后的废水仍然含有各种大分子有机污染物，滤饼含水率依然很高。而使用本调理剂进行处理的高含水有机污泥经压滤后污水中基本不含大分子有机质、重金属、抗生素等危险污染物，toc、cod值都得到很大程度的降低，且滤饼含水率低。
28、(8)本发明调理剂及脱水减量化方法几乎涵盖所有工艺产生的污泥，适用于现阶段污水处理厂所有脱水设备，响应了国家碳达峰、碳中和的号召，工艺简单，无二次污染。
29、(9)本发明是一种提高污泥脱水速率和脱水程度、成本低、加药量少、生产工艺简单、降低重金属风险、可持续散失水分的高效污泥环保调理剂。调理剂的原理就是在污泥内部构建骨架保持流体通道，减少固液之间的界面张力，使污泥絮体网格中所含的水分得以释放，从而有利于污泥中的水分深度脱出。同时由于界面张力的降低，减少了污泥絮体的抗剪切力和流变性，使搅拌、混合等操作过程的能耗降低。通过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，使其更容易在后续的步骤中絮凝沉淀。相较于目前污泥调理剂主要为生石灰这种单一药剂而言，本药剂能起到的调理效果更显著，拥有更大的经济效益和环境效益。
30、(10)采用本发明的调理剂进行脱水减量化过程中的投加处理顺序对于有机污泥的脱水效率及重金属和有机污染物的固定和絮凝效果影响显著，相比现有技术一次性投加各调理剂或直接投加絮凝剂的方法，本发明通过先投加骨架结构剂反应，再依次投加絮凝改性剂反应和絮凝剂进行反应，可显著提高脱水效率并显著降低压滤过后的废水中重金属污染物和有机污染物的浓度。