一种污泥调理剂及其在污泥脱水中的应用
【专利摘要】本发明属于固体废弃物综合处理技术领域，具体涉及一种污泥调理剂及其在污泥深度脱水中的应用。所述污泥调理剂，由十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐、聚乙烯吡咯烷酮和聚硅酸铝铁在适当温度条件下通过适当步骤制备而成。应用时，污泥以绝干污泥量计，污泥调理剂有效物质投加量为污泥质量的0.8%~2%。本发明的主要技术优势有：污泥调理剂中各组分较为环保，无毒无害，制备工艺简便，且使用量较小，调理方便，可较好克服现有调理剂使用量大、对设备有损耗、对环境有潜在危害等技术缺陷。实际实验表明，经调理和压滤后污泥含水率可降至60%以下，具有较好地深度脱水效果。
【专利说明】
一种污泥调理剂及其在污泥脱水中的应用
技术领域
[0001]本发明属于固体废弃物综合处理技术领域，具体涉及一种污泥调理剂及其在污泥深度脱水中的应用。
【背景技术】
[0002]当前，随着我国城市化进程不断加快和人民群众生活水平的不断提高，工业废水和生活污水的排放量逐年增大，随之而来的就是污水处理过程中的污泥产量的迅速增加。统计表明，我国每年产生的污泥如以绝干污泥量计，将大于3000万吨。
[0003]污泥是污水处理过程中产生的一种粘稠状物质，其中含有的大量有机物、重金属、致病微生物等，其中的微生物以好氧、厌氧微生物为主体类型，具有有机质含量高、与水体结合紧密的特点，是一种典型的固体废弃物，如得不到妥善处置，其中的有害成分将对环境造成严重的二次污染。
[0004]一般污水厂二沉池污泥的含水率为97?99%，其中间隙水约占70%，毛细水占20%左右，吸附水约为7%，胞内水约为3%。高含水率的污泥由于体积较大，极易腐败，加上难于运输和直接处理，因而常需对污泥中所含水分进行适当分离，以降低其含水率。但是由于污泥中各类物质与水体的结合较为紧密，因而对污泥的深度脱水是污泥处理的首要步骤。
[0005]现有技术中，对污泥的深度脱水主要通过压滤机和离心脱水机等机械设备进行的，因而就污泥的深度脱水改进而言，一方面集中在机械设备的改进，如提高压滤机的压榨效率这一方面，另一方面集中在污泥的前期处理，即污泥调理方面。由于机械设备的改进受限于机械结构、设备功率等方面因素影响，改进提升空间相对有限，因而污泥调理是目前污泥深度脱水处理的主要改进方向。
[0006]污泥调理的主要目的在于改变污泥特性，增进污泥脱水性，使污泥中绝大多数水分转变为可以通过机械方式除去的自由水；同时兼顾杀菌和促进有机物的分解，从而便于后期的深度脱水及无害化处理。现有污泥调理方法主要有物理调理法、化学调理法和生物调理法三大类，三种方法在实际中都有应用，但以化学调理法为主，原因是化学调理方法操作简单，投资成本较低，调理效果较稳定，是目前比较合理的方法。
[0007]目前常规的化学调理是通过向污泥中加入一定的絮凝剂，如:三氯化铁+石灰、有机的高分子调理剂如聚丙烯酰胺等，所加入的絮凝剂或在污泥胶团表面发生化学反应，或者中和污泥胶体颗粒中电荷，进而破坏污泥的胶态结构，从而减少泥水之间的亲和力，最终通过调整絮体颗粒群性质及其排列状态，使絮体凝聚力增强，颗粒变大，实现污泥脱水性能的改善。但现有絮凝剂的类型存在一些明显的缺陷，如:三氯化铁对后续机械脱水设备的腐蚀性较大，且药剂投加量大，造成滤液中氯离子含量高，增加了后期对污泥滤液处理的难度;工业级石灰的加入容易增加设备处理的负荷，同时容易造成管道、滤布的堵塞;而聚丙烯酰胺等有机高分子调理剂作用于污泥的间隙水，对污泥的深度脱水作用不大，因而改进效果较为有限。基于这些缺陷，设计新的污泥调理剂仍然具有十分重要的价值。
【发明内容】
[0008]本发明目的是提供一种新的污泥调理剂，从而能够较好的改善污泥的脱水性能，便于污泥的深度脱水。
[0009]本发明的主要技术方案简介如下。
[0010]一种污泥调理剂，采用如下步骤制备而成:
(1)在60°c>8(rc条件下，将十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中并混合搅拌I?3小时;优选为，70°C条件下混合搅拌2小时；
(2)将步骤(I)中搅拌混合均匀的溶液冷却至300C-50 °C后加入聚硅酸铝铁，搅拌混合均匀，然后调节PH值至pH=2.0?4.0，此即为本发明所提供的污泥调理剂;优选为，冷却至400C时再加入聚硅酸铝铁，pH值优选调节为pH=3.0;
以质量百分比计，污泥调理剂中，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为10~30%，聚乙烯比咯烷酮含量为10?30%，聚硅酸铝铁含量为10~30%，其余为水;优选用量为:十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为15%，聚乙烯比咯烷酮含量为20%，聚硅酸铝铁含量为15% ；
所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为KlO?K90;优选为聚乙烯吡咯烷酮K 90。
[0011 ]所述污泥调理剂的制备方法，具体包括如下步骤:
(1)在60°080°(:条件下，将十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中并混合搅拌I?3小时；
(2)将步骤(I)中搅拌混合均匀的溶液冷却至300C-50 °C后加入聚硅酸铝铁，搅拌混合均匀，然后调节PH值至pH=2.0?4.0，此即为本发明所提供的污泥调理剂；
以质量百分比计，污泥调理剂中，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为10~30%，聚乙烯比咯烷酮含量为10~30%，聚硅酸铝铁含量为10~30%，其余为水；
所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为KlO?K90。
[0012]所述污泥调理剂在污泥深度脱水中的应用，其使用比例为:污泥以绝干污泥量计，污泥调理剂有效物质投加量为污泥质量的0.8%?2%，优选用量为1%;所述污泥调理剂有效物质为污泥调理剂中十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐、聚乙烯比咯烷酮和聚硅酸铝铁质量之和；
使用方法为:一般而言，在污泥浓缩后，深度脱水处理前，需设置污泥调理池，此时按比例在污泥中加入污泥调理剂，混合均匀后，持续搅拌10~30min，以充分发挥污泥调理剂的调理作用，调理完成后即可进入深度脱水流程处理;如一般所采用的压滤机机械脱水流程。
[0013]所述污泥调理剂在污泥深度脱水中的应用，其在调理污泥时，所述污泥一般为含水率多85%的污泥，例如污水处理厂污泥、自来水厂污泥、工业污泥等。
[0014]初步实验表明，针对含水率多85%的污泥，采用本发明所提供的污泥调理剂调理污泥后，再经压滤机机械脱水后，泥饼含水率可低于60%，与单纯的机械脱水相比，可较好实现深度脱水的发明目的。
[0015]本发明所提供的污泥调理剂，其主要技术原理为:聚乙烯吡咯烷酮可对污泥中胶体和细小纤维进行絮凝改性，进而增加污泥中水的过滤速度;而聚硅酸铝铁则可在污泥中形成微观骨架和孔道，保证了后续压滤过程中絮体的强度和过水通道的顺畅。十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐的使用，一方面降低了水的表面张力，减小了毛细压力，同时减少了水分子在污泥颗粒表面的吸附能；另一方面通过静电力、氢键力以及表面活性剂分子与蛋白质分子间的疏水结合等作用，吸附带负电的细菌体，聚集在细胞壁上，产生室阻效应，进而可使细菌生长受抑而死亡，同时其憎水烷基还能与细菌的亲水基作用，改变膜的通透性，继而发生溶胞作用，破坏细胞结构，引起细胞的溶解和死亡，由于十七烷基二羟乙基咪唑啉季钱盐对菌体胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances EPS)有较强的剥离作用，因而可使污泥结合水含量减少，使一部分难以用机械方法脱出的水分(结合水)变成了易脱出的水分(自由水)。
[0016]与现有常规污泥调理剂相比，本发明的主要技术优势有:污泥调理剂中各组分较为环保，无毒无害，制备工艺简便，且使用量较小，调理方便，可较好克服现有调理剂使用量大、对设备有损耗、对环境有潜在危害等技术缺陷。而且实际实验表明，经调理和压滤后污泥含水率可降至60%以下，具有较好地深度脱水效果，因而具有较好地推广应用价值。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例对本申请做进一步解释说明，在介绍具体实施例前，对下述实施例中部分物料情况简要说明如下。
[0018]污泥来源:
污泥取自郑州航空港区第二污水处理厂的污泥浓缩池底部污泥；
污泥调理剂制备原料:
十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐，工业级，购自陕西日新石油化工有限公司；
聚乙烯吡咯烷酮，工业级，购自焦作中维特品药业有限公司；
聚硅酸铝铁粉末，工业级，购自巩义市佰科水处理材料有限公司；
检测设备:
下述实施例中污泥含水率及污泥脱水后泥饼含水率采用OHAUS MB35水分测定仪(美国奥豪斯公司)测定。
[0019]对比例
为说明本发明的具体技术优势，发明人按照现有常规脱水方法(三氯化铁+石灰污泥调理工艺)对污泥进行了深度脱水，具体过程为:
以待处理污泥含水率为97.5%为例，各物料投加量以待处理污泥的绝干污泥量计，先投加三氯化铁，三氯化铁投加量为5%，搅拌30min;之后投加石灰，石灰投加量为15%，持续搅拌30min；
然后进入(板框)压滤机脱水流程，具体参数为:进泥时间3小时，最高进泥压力0.7MPa，压榨压力I.2MPa，压榨时间1分钟。
[0020]脱水完成后，对所泥饼含水率进行检测，泥饼含水率为68.3%。
[0021]实施例1
本实施例所提供的污泥调理剂，采用如下步骤制备而成:
(1)在60°C条件下，将十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中300r/min条件下混合搅拌2小时；
(2)将步骤(I)中搅拌混合均匀的溶液冷却至30°C后加入聚硅酸铝铁粉末，搅拌混合均匀，然后调节PH值至pH=3.0，此即为本发明所提供的污泥调理剂； 以质量百分比计，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为30%，聚乙烯比咯烷酮含量为10%，聚娃酸招铁含量为10%，其余为水。
[0022]聚乙烯吡咯烷酮采用聚乙烯吡咯烷酮K30;
将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水前，首先对待处理污泥的含水率进行检测，结果表明，待处理污泥的含水率为97.8%，污泥以绝干污泥量计，污泥调理剂有效物质投加量为污泥质量的0.8%，混合均匀后，持续搅拌20min，然后进入(板框)压滤机脱水流程，具体参数为:进泥时间3小时，最高进泥压力0.7MPa，压榨压力1.2MPa，压榨时间10分钟。脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为68.2%。
[0023]实施例2
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法同实施例1，仅调整步骤(I)中制备温度为70Γ。
[0024]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.5%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为66.4%。
[0025]实施例3
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法同实施例1，仅调整步骤(I)中制备温度为80Γ。
[0026]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.3%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为66.9%。
[0027]实施例4
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例2，仅调整步骤(2)中冷却至40 0C时再加入聚硅酸铝铁粉末。
[0028]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.5%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为65.1%。
[0029]实施例5
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例4，仅调整步骤(2)中冷却至50 0C时再加入聚硅酸铝铁粉末。
[0030]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.6%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为67.9%。
[0031]基于上述实施例1?5可以看出，在污泥调理剂用量相同情况下，以泥饼含水率作为标准，制备污泥调理剂时，保持其他参数不变情况下，就制备温度而言，较优制备参数为:步骤(I)中温度为70°C，步骤(2)中温度为40°C。
[0032]实施例6
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例4，即保持较优的制备温度参数，对聚乙烯吡咯烷酮的K值进行调整变化，本实施例采用的为聚乙烯吡咯烷酮K60。
[0033]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.2%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为63.2%。
[0034]实施例7
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例4，即保持较优的制备温度参数，对聚乙烯吡咯烷酮的K值进行调整变化，本实施例采用的为聚乙烯吡咯烷酮K90。
[0035]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.3%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为61.7%。
[0036]从上述实施例6、7可以看出，适当提高聚乙烯吡咯烷酮K值，可以提高深度脱水处理效果。
[0037]实施例8
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例7，即保持较优的制备温度参数和较高的聚乙烯吡咯烷酮的K值(采用聚乙烯吡咯烷酮K90)，适当调整各物料的用量比例，具体调整为:
以质量百分比计，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为10%，聚乙烯比咯烷酮含量为20%，聚硅酸铝铁含量为20%。
[0038]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.5%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为58.7%。
[0039]实施例9
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例7，即保持较优的制备温度参数和较高的聚乙烯吡咯烷酮的K值(采用聚乙烯吡咯烷酮K90)，适当调整各物料的用量比例，具体调整为:
以质量百分比计，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为15%，聚乙烯比咯烷酮含量为20%，聚硅酸铝铁含量为15%。
[0040]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，待处理污泥的含水率为97.3%，污泥调理剂用量及深度脱水步骤同实施例1，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为57.2%。
[0041 ] 实施例10
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例9，即保持较优的制备温度参数和较高的聚乙烯吡咯烷酮的K值(采用聚乙烯吡咯烷酮K90)，同时保持物料的较佳配比。
[0042]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，污泥调理剂用法及深度脱水步骤同实施例1，仅调整污泥调理剂用量为1%(即，污泥以绝干污泥量计，污泥调理剂有效物质投加量为污泥质量的1%);待处理污泥的含水率为97.6%，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为55.7%。
[0043]实施例11
本实施例所提供的污泥调理剂，制备方法及制备参数同实施例9，即保持较优的制备温度参数和较高的聚乙烯吡咯烷酮的K值(采用聚乙烯吡咯烷酮K90)，同时保持物料的较佳配比。
[0044]将本实施例所提供的污泥调理剂用于污泥深度脱水，污泥调理剂用法及深度脱水步骤同实施例1，仅调整污泥调理剂用量为1.5%( S卩，污泥以绝干污泥量计，污泥调理剂有效物质投加量为污泥质量的I.5%);待处理污泥的含水率为97.6%，脱水完成后，对所制得泥饼含水率进行检测，结果表明所制得的泥饼含水率为61.5%。
[0045]从上述实施例10、11可以看出，适当提高污泥调理剂用量，可以提高深度脱水效果，但用量过大时，反倒并不利于进一步提升脱水效果。
[0046]总之，综合上述实施例及对比例而言，本发明所提供的污泥调理剂对于提高深度脱水效果是具有一定益处的，在适当优化污泥调理剂的制备方法及使用量后，其具有较为明显的改善深度脱水的优势，因而具有较好的推广应用价值。
【主权项】
1.一种污泥调理剂，其特征在于，采用如下步骤制备而成: (I)在60°080°(:条件下，将十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中并混合搅拌I?3小时； (2 )将步骤(I)中搅拌混合均匀的溶液冷却至30 0C-50 0C后加入聚硅酸铝铁，搅拌混合均匀，然后调节pH值至pH=2.0-4.0； 以质量百分比计，污泥调理剂中，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为10?30%，聚乙烯比咯烷酮含量为10~30%，聚硅酸铝铁含量为10~30%，其余为水； 所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为KlO?K90。2.如权利要求1所述污泥调理剂，其特征在于，步骤(I)中，70°C条件下，搅拌2小时。3.如权利要求1所述污泥调理剂，其特征在于，步骤(2)中，冷却至40°C，调节pH=3.0。4.如权利要求1所述污泥调理剂，其特征在于，步骤(2)中，聚乙烯吡咯烷酮采用聚乙烯吡咯烷酮K90。5.如权利要求1所述污泥调理剂，其特征在于，步骤(2)中，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为15%，聚乙烯比咯烷酮含量为20%，聚硅酸铝铁含量为15%。6.权利要求1所述污泥调理剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤: (I)在60°080°(:条件下，将十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中并混合搅拌I?3小时； (2 )将步骤(I)中搅拌混合均匀的溶液冷却至30 0C-50 0C后加入聚硅酸铝铁，搅拌混合均匀，然后调节PH值至pH=2.0?4.0，此即为本发明所提供的污泥调理剂； 以质量百分比计，污泥调理剂中，十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐含量为10?30%，聚乙烯比咯烷酮含量为10~30%，聚硅酸铝铁含量为10~30%，其余为水； 所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为KlO?K90。7.权利要求1所述污泥调理剂在污泥脱水中的应用，其特征在于，污泥以绝干污泥量计，污泥调理剂有效物质投加量为污泥质量的0.8%?2%;所述污泥调理剂有效物质为污泥调理剂中十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐、聚乙烯比咯烷酮和聚硅酸铝铁质量之和。8.如权利要求7所述污泥调理剂在污泥脱水中的应用，其特征在于，污泥调理剂有效物质投加量为污泥质量的1%。
【文档编号】C02F11/14GK105859106SQ201610466083
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】于明, 王朝伟
【申请人】郑州紫盈节能环保科技有限公司