一种污泥处理剂及污泥处理工艺的制作方法

1.本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及一种污泥处理剂及污泥处理工艺。


背景技术：

2.随着污水处理量的增加，污泥处理量也随之增加，因此污泥处理问题也受到更广泛的关注。对此，诸多研究人员针对污泥的再利用进行了深入的研究，相关的工艺、设备都在不断更新完善，污水处理厂中所产生的污泥往往含有大量的有机物、病菌等，这也决定了其处理工艺的特殊性。一般污泥处理工艺的选择至关重要，一旦处理工艺选择不当，势必会造成严重的污染。污泥处理是指对污泥进行减容化、减量化、稳定化和无害化的全过程，主要的污泥处理工艺为污泥浓缩、污泥脱水、污泥消化、堆肥和干化等。现有技术中污泥处理技术、设备落后，工艺不够完善，功能添加剂较少。
3.发明专利cn106746468b公开了一种污泥处理系统及处理工艺。该工艺将污泥首先经污泥浓缩池稳定泥质泥量；之后进入污泥调理池通过调理剂的投加进行污泥破壁；而后进入高压机械板框压滤机压滤至含水率为55%~60%；接着进入污泥干燥炉，通过污泥炭化炉产生的低温烟气进行间接的热交换后，将脱水污泥干燥到含水量为10%以下；再进入污泥炭化炉，通过焚烧热风炉产生的高温烟气将干燥污泥热解产生生物炭及尾气；污泥干燥炉及污泥炭化炉产生的尾气进入尾气净化塔净化及分离，产生的可燃气体及废油至焚烧热风炉内进行焚烧；生物炭进行综合利用。该发明能够经济、高效地处理污水处理厂污泥，从而可实现污水处理厂污泥的综合利用。但是该发明污泥处理系统及处理工艺存在脱水率不足、产气率不高、能耗大的缺点。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术中污泥处理工艺复杂、能耗高、脱水率不足和产气率不高的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种污泥处理剂使用在污泥处理工艺具有较高脱水率和产气率，并能有效节约能源，降低成本。
5.为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：本发明的一种污泥处理工艺，工艺步骤如下，以重量份计：步骤1、将含水率为75~85%的400~600份污泥加入集中处理点，添加3~8份污泥处理剂混合，得到混合物；步骤2、将步骤1制备的混合物加入板框压滤机压榨成干燥混合物，压榨压力为1.0~1.5mpa，压榨时间为0.5~2h，然后加入盘式干燥机，盘式干燥机功率为150~200kw，干燥时间为2~5h，采用天然气锅炉干燥成污泥混合物，天然气锅炉功率为12~16kw，额定蒸发量为3~5t/h，干燥温度在350~420℃，产生的臭气，通过洗涤冷凝收集；步骤3、将步骤2的污泥混合物加入混料机中，向混料机中加入5~15份木糠生物质搅拌混合，进棒料成型机做成污泥燃料棒，进入棒料仓；步骤4、将步骤3制备的污泥燃料棒加入焚烧炉进行热解气化处理，产生高温烟气
经过余热锅炉降温后，经过急冷塔、脱酸塔、布袋除尘器进行处理，最后经烟囱达标排放，对炉渣进行收集。
6.优选的，所述步骤4中热解气化温度为700~900℃。
7.优选的，所述步骤4中的布袋除尘器是采用活性炭布袋表面吸附的方式处理烟气。
8.优选的，所述步骤4中产生的高温蒸汽供步骤2中盘式干燥机使用。
9.优选的，所述步骤2中产生的臭气，通过洗涤冷凝后供给步骤4中热解气化焚烧炉使用。
10.所述污泥处理剂采用如下方法制备而成，以重量份计：s1、将1.5~3份工业淀粉、1~2份poe粉末和0.2~0.5份甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵加入20~40份水中，进行充分混合，然后在室温下通入氮气3~8h，氮气流量为50~100l/h，再加入0.005~0.02份过硫酸铵，在60~70℃反应4~8h，将反应产物采用8~12份丙酮进行沉淀，过滤分离，在50~70℃的真空烘箱中干燥1~3h，得到前处理淀粉；s2、将3~4份生物质浑混合物磨成粒度小于0.4~0.8mm的粉末作为生物质原料，在100~120℃干燥10~30h，将生物质原料加入10~20份1~4wt%硫酸水溶液混合进行预处理，再加入5~10份5~10wt%亚硫酸氢钠水溶液，反应10~30min，然后加入2~5份3~7wt% 2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液搅拌反应1~3h，得到前处理生物质；s3、将步骤s1制备的前处理淀粉、步骤s2制备的前处理生物质、0.1~0.5份七水硫酸镁和0.1~0.2份沸石加入20~40份1~3mol/l盐酸中，加入0.4~0.6份乙烯辛烯共聚物中搅拌，滴加0.1~0.3份正硅酸乙酯，80~120℃搅拌20~30h，10000~14000rpm离心3~8min，收集固体80~120℃干燥过夜，得到结晶材料，将得到的结晶材料浸渍在3~8份1~3wt%硝酸镓(iii)水合物水溶液中，在20~30℃搅拌反应10~20h，过滤分离，50~70℃干燥8~12h，得到污泥处理剂。
11.优选的，所述生物质原料由椰壳、杨木锯末和玉米秸秆按照质量比为0.5~2：0.5~1：1~2混合而成。
12.优选的，所述过滤分离各自独立地为采用通过300~500目筛网过滤分离。
13.本发明中将工业淀粉与poe粉末和甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵进行混合，并采用过硫酸铵进行催化反应，经沉淀得到前处理淀粉；将椰壳、杨木锯末和玉米秸秆采用稀硫酸处理，然后再加入亚硫酸氢钠和2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液搅拌反应得到前处理生物质；将前处理淀粉和前处理生物质与七水硫酸镁和沸石加入稀盐酸中，再通过乙烯辛烯共聚物和正硅酸乙酯高温搅拌反应，过筛干燥得到污泥处理剂。
14.污泥厌氧消化性能，随着时间的延长，累积产气量有了比较明显的提高。产气的原因主要在于碳水化合物和溶解性蛋白质等被细菌分解产生气体，其中甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵接枝后的预处理淀粉可能会影响污泥中蛋白的螺旋结构，促进疏松蛋白分子结构的形成，改善了表面污泥的疏水性，从而提高了污泥的脱水能力。还能增强微生物的分解。生物质加入稀硫酸中，酸基团通过在纤维素表面形成亲水性层来促进纤维素膨胀，纤维素的膨胀可以提高内表面积，暴露生物质内更多活性物质，从而使亚硫酸氢钠和2-萘酚-7-磺酸钠盐对生物质具有较高的反应性，提高生物质中总糖的产量，以提高微生物对碳水化合物的利用率，加大产气量。
15.污泥处理厂生物处理过程中的污泥，矿化作用不充分，脱水情况很差。这时，即使
1；亚硫酸氢钠，百运渡(上海)生物科技有限公司，cas：7631-90-5；2-萘酚-7-磺酸钠盐，苏州市森菲达化工有限公司，货号：135-55-7，cas：135-55-7；沸石，灵寿县精创矿产品有限公司，货号：29，二氧化硅含量：50%；乙烯辛烯共聚物，宁波富塑辉塑化有限公司，货号：51659；硝酸镓(iii)水合物，山东德盛新材料有限公司，粒度：10微米，cas：69365-72-6。
20.实施例1一种污泥处理工艺，工艺步骤如下：步骤1、将含水率为80%的500吨污泥加入集中处理点，添加5吨污泥处理剂混合，得到混合物；步骤2、将步骤1制备的混合物加入板框压滤机压榨成干燥混合物，压榨压力为1.2mpa，压榨时间为1h，然后加入盘式干燥机，盘式干燥机功率为180kw，干燥时间为3h，采用天然气锅炉干燥成污泥混合物，天然气锅炉功率为14.5kw，额定蒸发量为4t/h，干燥温度在380℃，产生的臭气，通过洗涤冷凝收集；步骤3、将步骤2的污泥混合物加入混料机中，向混料机中加入10吨木糠生物质搅拌混合，进棒料成型机做成污泥燃料棒，进入棒料仓；步骤4、将步骤3制备的污泥燃料棒加入焚烧炉进行热解气化处理，步骤2收集的臭气供给热解气化焚烧炉使用，热解气化温度为750℃，产生的高温蒸汽供步骤2中盘式干燥机使用，产生高温烟气经过余热锅炉降温后，经过急冷塔、脱酸塔、布袋除尘器进行处理，布袋除尘器是采用活性炭布袋表面吸附的方式处理烟气，最后经烟囱达标排放，对炉渣进行收集。
21.所述污泥处理剂采用如下方法制备而成：s1、将2吨工业淀粉、1.3吨poe粉末和0.4吨甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵加入30吨水中，进行充分混合，然后在室温下通入氮气5h，氮气流量为80l/h，再加入0.01吨过硫酸铵，在65℃反应6h，将反应产物采用10kg丙酮进行沉淀，通过400目筛网过滤分离，在60℃的真空烘箱中干燥2h，得到前处理淀粉；s2、将1吨椰壳、0.8吨杨木锯末、1.5吨玉米秸秆磨成粒度小于0.425mm的粉末作为生物质原料，在105℃干燥24h，将生物质原料加入15吨3.5wt%硫酸水溶液混合进行预处理，再加入8吨7wt%亚硫酸氢钠水溶液，反应20min，然后加入4吨5wt% 2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液搅拌反应2h，得到前处理生物质；s3、将步骤s1制备的前处理淀粉、步骤s2制备的前处理生物质、0.3吨七水硫酸镁和0.15吨沸石加入30吨2mol/l盐酸中，再加入0.58吨乙烯辛烯共聚物，滴加0.2吨正硅酸乙酯，100℃搅拌24h，然后12000rpm离心5min，收集固体105℃干燥过夜，得到结晶材料，将得到的结晶材料浸渍在5吨2wt%硝酸镓(iii)水合物水溶液中，在25℃搅拌反应14h，400目筛网过滤，60℃干燥10h，得到污泥处理剂。
22.实施例2一种污泥处理工艺的工艺步骤与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述污泥处理剂的制备方法不同。
23.所述污泥处理剂采用如下方法制备而成：s1、将1吨椰壳、0.8吨杨木锯末、1.5吨玉米秸秆磨成粒度小于0.425mm的粉末作为生物质原料，在105℃干燥24h，将生物质原料加入15吨3.5wt%硫酸水溶液混合进行预处理，再加入8吨7wt%亚硫酸氢钠水溶液，反应20min，然后加入4吨5wt% 2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液搅拌反应2h，得到前处理生物质；s2、将步骤s1制备的前处理生物质、0.3吨七水硫酸镁和0.15吨沸石加入30吨2mol/l盐酸中，再加入0.58吨乙烯辛烯共聚物，滴加0.2吨正硅酸乙酯，100℃搅拌24h，然后12000rpm离心5min，收集固体105℃干燥过夜，得到结晶材料，将得到的结晶材料浸渍在5吨2wt%硝酸镓(iii)水合物水溶液中，在25℃搅拌反应14h，400目筛网过滤，60℃干燥10h，得到污泥处理剂。
24.实施例3一种污泥处理工艺的工艺步骤与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述污泥处理剂的制备方法不同。
25.所述污泥处理剂采用如下方法制备而成：s1、将2吨工业淀粉、1.3吨poe粉末和0.4吨甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵加入30吨水中，进行充分混合，然后在室温下通入氮气5h，氮气流量为80l/h，再加入0.01吨过硫酸铵，在65℃反应6h，将反应产物采用10kg丙酮进行沉淀，通过400目筛网过滤分离，在60℃的真空烘箱中干燥2h，得到前处理淀粉；s2、将步骤s1制备的前处理淀粉、0.3吨七水硫酸镁和0.15吨沸石加入30吨2mol/l盐酸中，再加入0.58吨乙烯辛烯共聚物，滴加0.2吨正硅酸乙酯，100℃搅拌24h，然后12000rpm离心5min，收集固体105℃干燥过夜，得到结晶材料，将得到的结晶材料浸渍在5吨2wt%硝酸镓(iii)水合物水溶液中，在25℃搅拌反应14h，400目筛网过滤，60℃干燥10h，得到污泥处理剂。
26.实施例4一种污泥处理工艺的工艺步骤与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述污泥处理剂的制备方法不同。
27.所述污泥处理剂采用如下方法制备而成：s1、将2吨工业淀粉、1.3吨poe粉末和0.4吨甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵加入30吨水中，进行充分混合，然后在室温下通入氮气5h，氮气流量为80l/h，再加入0.01吨过硫酸铵，在65℃反应6h，将反应产物采用10kg丙酮进行沉淀，通过400目筛网过滤分离，在60℃的真空烘箱中干燥2h，得到前处理淀粉；s2、将1吨椰壳、0.8吨杨木锯末、1.5吨玉米秸秆磨成粒度小于0.425mm的粉末作为生物质原料，在105℃干燥24h，将生物质原料加入15吨3.5wt%硫酸水溶液混合进行预处理，再加入8吨7wt%亚硫酸氢钠水溶液，反应20min，然后加入4吨5wt% 2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液搅拌反应2h，得到前处理生物质；s3、将步骤s1制备的前处理淀粉、步骤s2制备的前处理生物质加入30吨2mol/l盐酸中，再加入0.58吨乙烯辛烯共聚物，滴加0.2吨正硅酸乙酯，100℃搅拌24h，然后12000rpm离心5min，收集固体105℃干燥过夜，得到结晶材料，将得到的结晶材料浸渍在5吨2wt%硝酸镓(iii)水合物水溶液中，在25℃搅拌反应14h，400目筛网过滤，60℃干燥10h，得到污泥处
理剂。
28.对比例1一种污泥处理工艺的工艺步骤与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述污泥处理剂的制备方法不同。
29.所述污泥处理剂采用如下方法制备而成：将1吨椰壳、0.8吨杨木锯末、1.5吨玉米秸秆磨成粒度小于0.425mm的粉末作为生物质原料，将生物质原料、2吨工业淀粉、0.3吨七水硫酸镁和0.15吨沸石加入30吨2mol/l盐酸中，再加入0.58吨乙烯辛烯共聚物，滴加0.2吨正硅酸乙酯，100℃搅拌24h，然后12000rpm离心5min，收集固体105℃干燥过夜，得到结晶材料，将得到的结晶材料浸渍在5吨2wt%硝酸镓(iii)水合物水溶液中，在25℃搅拌反应14h，400目筛网过滤，60℃干燥10h，得到污泥处理剂。
30.对比例2一种污泥处理工艺的工艺步骤与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述污泥处理工艺的工艺步骤中不添加污泥处理剂。
31.测试例1bmp测试实验选取步骤1中制备的混合物进行热解预处理：各取3组200ml步骤1中制备的混合物分别置于250ml锥形瓶中，以温度120℃热解60min，得到热解泥样。bmp在污泥厌氧消化试验中指污泥中的有机物能转化为甲烧的量，通常用于评判预处理技术对污泥厌氧消化性能的影响。取200ml热解泥样和100ml接种污泥加入500ml发酵罐中，调节ph值至7.0，氮气吹扫5min后密封，置于35℃水浴摇床中进行厌氧消化实验，采用排水集气法收集产生的气体，定期监测产气量。培养10d后挥发性悬浮固体vss采用重量法测定，记录产气量，每组试验测试三次，取平均值。测试结果见表1。
32.测试例2污泥的脱水性能测试取20kg步骤2中的污泥混合物，采用60℃烘箱干燥至完全干燥，称重，计算步骤2制
备的污泥混合物的含水率。每组测试三次，取平均值，测试结果见表2。
33.从测试例1和测试例2的结果中可以看出，本发明制备的改性生物质处理的污泥具有较高的产气量和较强的脱水性能。主要原因可能在于本发明中将工业淀粉与poe粉末和甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵进行混合，并采用过硫酸铵进行催化反应，经沉淀得到前处理淀粉；将椰壳、杨木锯末和玉米秸秆采用稀硫酸处理，然后再加入亚硫酸氢钠和2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液搅拌反应得到前处理生物质；将前处理淀粉和前处理生物质与七水硫酸镁和沸石加入稀盐酸中，再通过乙烯辛烯共聚物和正硅酸乙酯高温搅拌反应，过筛干燥得到污泥处理剂。
34.污泥厌氧消化性能，随着时间的延长，累积产气量有了比较明显的提高。产气的原因主要在于碳水化合物和溶解性蛋白质等被细菌分解产生气体，其中甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵接枝后的预处理淀粉可能会影响污泥中蛋白的螺旋结构，促进疏松蛋白分子结构的形成，改善了表面污泥的疏水性，从而提高了污泥的脱水能力。还能增强微生物的分解。生物质加入稀硫酸中，酸基团通过在纤维素表面形成亲水性层来促进纤维素膨胀，纤维素的膨胀可以提高内表面积，暴露生物质内更多活性物质，从而使亚硫酸氢钠和2-萘酚-7-磺酸钠盐对生物质具有较高的反应性，提高生物质中总糖的产量，以提高微生物对碳水化合物的利用率，加大产气量。
35.污泥处理厂生物处理过程中的污泥，矿化作用不充分，脱水情况很差。这时，即使是进行压力过滤，要使含水率降低到以下也极为困难。本发明中poe粉末和甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵成功接枝到淀粉主链上，并破坏了淀粉骨架的有序晶体结构，淀粉的表面表现出平滑的椭圆形三维结构，颗粒之间的间隙很明显。这可能为污泥絮凝提供了更多的活性位点。甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵接枝后污泥中的水分易于去除。主要与处理过程中的电荷中和、吸附桥接和疏水基团有关。引入poe粉末为甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵的表面正电荷和疏水性基团提供了活性位点，有助于提高污泥脱水效率。污泥中的水可分为游离水和结合水，其中结合水包括毛细血管水、表面吸收水和细胞内结合水。自由水在污泥颗粒中分散，通过重力浓缩很容易去除，而束缚水在胞内水合物化，难以去除。污泥的压缩性越低，保持的多孔结构越多，抑制了污泥的变形，促进了污泥水分从多孔结构中释放。椰壳、杨木锯末和玉米秸秆和亚硫酸氢钠和2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液搅拌反应可以调理污泥的压缩系数，在污泥脱水过程中形成骨架结构，提高了絮凝体强度，构建了放水通道。生物质
经加入亚硫酸氢钠和2-萘酚-7-磺酸钠盐水溶液处理后，会呈现出大的空腔结构。这缩短了水分子的扩散距离，具有促进热解蒸汽转移出去的作用。进一步的引入七水硫酸镁和沸石后，硝酸镓(iii)水合物的存在提供了合适的酸位并促进芳构化反应，起到了降低传质阻力和降低表面酸度的作用，并提供了合适的活性位点。扩散结构得以保留，水分子的扩散效果显著增强。本发明降低了生产成本，是一种清洁、环保、可持续的污泥处理工艺。