本發(fā)明涉及污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種污泥固化劑及其制備方法和使用方法。
背景技術(shù)：
隨著大量污水處理廠的投產(chǎn)運(yùn)行，污泥產(chǎn)量將大幅度的增加。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，2011年我國(guó)污水排放總量達(dá)482.4億噸，產(chǎn)生剩余污泥(干質(zhì)量)847萬(wàn)噸，并且每年排放的剩余污泥量以年均約10％的速度遞增。另外，在污水生物處理過(guò)程中，微生物群與污水中的有機(jī)物接觸，攝取水中生物分解的成份進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，在該過(guò)程中增生的膠羽形成菌會(huì)與自身分泌的胞外聚合物、水相中的剩余懸浮固體、絲狀菌、真菌、原生動(dòng)物、以及二價(jià)鈣、鎂離子，共同聚集連結(jié)成大小約數(shù)百微米的污泥膠羽，其結(jié)構(gòu)疏松，含水率極高，并有巨大表面積與高度親水性，帶有大量結(jié)合水，導(dǎo)致污泥處理難度增大。因此，污泥的處理與處置日漸成為考核污水處理廠運(yùn)行績(jī)效的重要指標(biāo)。
污泥中的水分按其狀態(tài)共分為四種：1)間隙水，間隙水是污泥顆粒包圍的游離水分，一般占污泥總含水量的70％左右；2)毛細(xì)水，毛細(xì)水是污泥顆粒之間或顆粒裂隙中由于毛細(xì)作用與污泥顆粒結(jié)合在一起的水分，占總水量的20％左右；3)吸附水，吸附水是由于表面張力的作用吸附在污泥顆粒表面的水分，由于污泥顆粒小，具有極強(qiáng)的表面吸附力；4)結(jié)合水，結(jié)合水是包含在污泥微生物細(xì)胞內(nèi)的水分，只有改變污泥顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)才能將結(jié)合水分離；結(jié)合水和吸附水共占污泥中總含水量的10％左右。
污泥脫水實(shí)際上指的是去除污泥中的間隙水。間隙水理論上容易脫除，但是由于污泥是由絮狀的膠體集合而成，顆粒很細(xì)而且很軟，由于軟顆粒具有一定的壓縮性，當(dāng)外力增加時(shí)，顆粒會(huì)在過(guò)濾介質(zhì)表面形成一層空隙非常小的“膜”，從而使水很難通過(guò)，脫水也就顯得異常困難。
污泥的調(diào)質(zhì)處理是污泥脫水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)。調(diào)質(zhì)處理就是破壞污泥的膠態(tài)結(jié)構(gòu)，減少泥水間的親和力，改善污泥的脫水性能。
中國(guó)專利CN101955312B公開(kāi)了一種污泥調(diào)理劑及其使用方法，該調(diào)理劑采用添加生物酶并用于生化污泥的治理，利用酸和酶破壞污泥中的胞外聚合物，改善脫水效果，可使污泥干度從20～30％提高到40～50％。該發(fā)明調(diào)理劑需要纖維素和半纖維素酶，調(diào)理時(shí)間也高達(dá)240分鐘，成本較高，且有機(jī)質(zhì)含量高，不能避免濾餅容易壓縮變形的問(wèn)題。
中國(guó)專利CN101967035A公開(kāi)了一種城市污泥脫水調(diào)理劑，調(diào)理劑采用陰離子型PAM與殼聚糖制備，有效降低了陰離子型PAM用量，提高污泥脫水性能。該發(fā)明調(diào)理劑為有機(jī)成分，成本偏高，難降解且有生物毒性，此外，沒(méi)有無(wú)機(jī)調(diào)理劑難以形成強(qiáng)硬網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，不能改進(jìn)污泥的不可壓縮性，無(wú)法提高壓濾效率。
中國(guó)專利CN104926075A公開(kāi)了一種剩余污泥深度脫水調(diào)理劑，該調(diào)理劑采用稻殼粉作為污泥脫水調(diào)理劑，可以克服目前FeCl3和CaO會(huì)腐蝕焚燒設(shè)備、有機(jī)質(zhì)減少不利于焚燒等缺陷。該發(fā)明所使用調(diào)理劑不能改善污泥的脫水性、提高污泥抗壓強(qiáng)度，污泥深度脫水后含水率不能得到明顯降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的缺陷，提供一種污泥固化劑及其制備方法和使用方法，該污泥固化劑與機(jī)械脫水設(shè)備聯(lián)合使用，可將污泥含水率由75～85％降至45～60％，同時(shí)降低處理時(shí)間，提高處理效率。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)包括以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種污泥固化劑，包括液態(tài)組合物和固態(tài)組合物，所述液態(tài)組合物的投加量占污泥投加量的1-6％，所述固態(tài)組合物的投加量占污泥投加量的1-6％。
優(yōu)選地，所述液態(tài)組合物包括以下重量份的組分：硅酸鈉2～8份，氯化鎂20～40份，硫酸亞鐵20～40份，有機(jī)絮凝劑1～2份，減水劑2～8份，水90～392份。
優(yōu)選地，所述固態(tài)組合物包括氧化鈣。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述固態(tài)組合物還包括骨架劑，所述骨架劑與所述氧化鈣的重量比為(0.1～3):1，所述骨架劑由草木灰、粉煤灰和硅藻土中的一種或多種組成。
優(yōu)選地，所述有機(jī)絮凝劑為十八烷基三甲基氯化銨。
優(yōu)選地，所述減水劑由木質(zhì)磺酸鹽和萘磺酸鹽甲醛聚合物組成，所述木質(zhì)磺酸鹽和所述萘磺酸鹽甲醛聚合物的重量比為1:(2～3)。
優(yōu)選地，所述氧化鈣、所述草木灰、所述粉煤灰和所述硅藻土的含水率均小于2％。
優(yōu)選地，所述氧化鈣、所述草木灰、所述粉煤灰和所述硅藻土均為粉末狀，粒徑均為200-500目。采取粉末狀的氧化鈣、草木灰、粉煤灰和硅藻土，有利于固態(tài)組合物與污泥快速發(fā)生反應(yīng)，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高污泥改性效果。
草木灰、粉煤灰和硅藻土投加與否與所需處理污泥的泥性以及所需達(dá)標(biāo)要求有關(guān)系：
當(dāng)處理污泥中有機(jī)質(zhì)含量(VSS/TSS)低于45％，且達(dá)標(biāo)要求為含水率55～60％時(shí)，所述固態(tài)組合物為氧化鈣；
當(dāng)處理污泥有機(jī)質(zhì)含量(VSS/TSS)低于45％，且達(dá)標(biāo)要求為含水率45～55％時(shí)，所述固態(tài)組合物包括以下重量份的組分：氧化鈣1～3份，草木灰1～4份；
當(dāng)處理污泥有機(jī)質(zhì)含量(VSS/TSS)高于45％，且達(dá)標(biāo)要求為含水率55～60％時(shí)，所述固態(tài)組合物包括以下重量份的組分：氧化鈣3～5份，草木灰1～4份，硅藻土1～2份；
當(dāng)處理污泥有機(jī)質(zhì)含量(VSS/TSS)高于45％，且達(dá)標(biāo)要求為含水率45～55％時(shí)，所述固態(tài)組合物包括以下重量份的組分：氧化鈣3～5份，草木灰1～2份，粉煤灰1～2份，硅藻土1～2份；其中，有機(jī)質(zhì)含量(VSS/TSS)是指的污泥可揮發(fā)有機(jī)質(zhì)占污泥固體物質(zhì)總量的重量百分比。
本發(fā)明公開(kāi)一種制備上述所述的污泥固化劑的方法，包括以下步驟：
1)干燥：采用以下A1或B1方式進(jìn)行：
A1、取所述氧化鈣于105-110℃條件下進(jìn)行加熱烘干，將含水率降至2％以下；
B1、取所述氧化鈣和所述骨架劑分別于105-110℃條件下進(jìn)行加熱烘干，將含水率降至2％以下；
2)制備固態(tài)組合物：采用以下A2或B2方式進(jìn)行：
A2、采用粉碎機(jī)將所述氧化鈣分別逐級(jí)破碎至1mm以下，采用球磨機(jī)分別進(jìn)行球磨、破碎、球磨后將所述氧化鈣的粒徑控制在200～500目，形成固態(tài)組合物；
B2、采用粉碎機(jī)將所述氧化鈣和所述骨架劑分別逐級(jí)破碎至1mm以下，采用球磨機(jī)分別進(jìn)行球磨、破碎、球磨后將所述氧化鈣和所述骨架劑的粒徑控制在200～500目；將經(jīng)過(guò)處理的所述氧化鈣和所述骨架劑按照重量配比混合均勻，形成固態(tài)組合物；
3)制備液態(tài)組合物：采用A3方式進(jìn)行：
A3、將所述硅酸鈉、所述氯化鎂、所述硫酸亞鐵、所述有機(jī)絮凝劑和所述減水劑按照重量配比溶解至所述水中，混合均勻，形成液態(tài)組合物。
本發(fā)明還公開(kāi)一種使用上述所述的污泥固化劑的方法，其包括如下步驟：
1)將污泥與所述液態(tài)組合物加入至混合裝置中，在常溫下攪拌30-120s，得到混合物；其中，所述液態(tài)組合物與所述污泥的重量比為(1～6):100；
2)向所述混合物中加入所述固態(tài)組合物，在常溫下攪拌2-5min，然后機(jī)械脫水，實(shí)現(xiàn)污泥的固化減量化；其中，所述固態(tài)組合物與所述污泥的重量比為(1～6):100。
優(yōu)選地，所述污泥來(lái)自于污水處理廠污泥、河道淤泥、厭氧沼渣和危險(xiǎn)固體廢棄物中一種，其含水量為75～85％。
優(yōu)選地，在所述步驟2)中，與液態(tài)物質(zhì)投加點(diǎn)間距0.8-1.2m處，向所述混合物中加入所述固態(tài)組合物。與液態(tài)物質(zhì)投加點(diǎn)間距0.8-1.2m處，主要是為了使得液態(tài)組合物與污泥充分反應(yīng)，改變污泥內(nèi)部構(gòu)造，有利于固態(tài)組合物與污泥混合的均勻性，同時(shí)可以提高污泥改性效果，降低固化劑投加量。
一般來(lái)講，含水率75～85％污泥多呈粘稠流態(tài)，污泥內(nèi)部孔隙少，孔隙尺寸主要位于10～150μm之間；污泥顆粒相互連接，多呈片狀，顆粒尺寸主要位于20～150μm之間；無(wú)網(wǎng)狀或柱狀結(jié)晶體。本發(fā)明加入的液態(tài)組合物使得污泥內(nèi)部孔隙數(shù)量增多、孔隙尺寸增大，孔隙尺寸主要位于30～80μm之間；污泥顆粒相對(duì)獨(dú)立，粒狀居多，顆粒尺寸主要位于40～80μm之間。加入固態(tài)組合物后污泥內(nèi)部孔隙數(shù)量、孔隙尺寸以及顆粒尺寸基本維持不變，污泥內(nèi)部細(xì)胞壁破解，產(chǎn)生網(wǎng)狀和柱狀結(jié)晶體，污泥脫水性能和抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步提高。經(jīng)機(jī)械脫水后污泥呈片狀固態(tài)，污泥內(nèi)部孔隙數(shù)量較改性污泥有所減少、孔隙尺寸減小，孔隙尺寸主要位于15～40μm之間；污泥顆粒相對(duì)獨(dú)立，粒狀居多，顆粒尺寸主要位于40～80μm之間；存在網(wǎng)狀和柱狀結(jié)晶體。
綜上所述，本發(fā)明提供一種污泥固化劑及其制備方法和使用方法，本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明提供的一種污泥固化劑，采用較易獲取的藥劑，且藥劑干物質(zhì)投加量?jī)H為含水率75～85％污泥質(zhì)量的2～6％，極大的節(jié)約了運(yùn)行成本。本發(fā)明通過(guò)液態(tài)組合物與固態(tài)組合物聯(lián)合使用，提高污泥抗壓強(qiáng)度與脫水性能，利于后續(xù)污泥機(jī)械脫水。
進(jìn)一步，本發(fā)明通過(guò)藥劑改性與機(jī)械脫水協(xié)同作用，可將含水率75～85％的污泥脫水至含水率45～60％，減少了污泥體積，降低了運(yùn)輸成本，利于后期污泥的處置。
進(jìn)一步，本發(fā)明在污泥脫水調(diào)理及脫水過(guò)程中不會(huì)引入或產(chǎn)生毒副產(chǎn)品，避免了再次污染環(huán)境。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
一種污泥固化劑，包括液態(tài)組合物和固態(tài)組合物，按污泥投加量為100噸計(jì)，液態(tài)組合物的投加量為4噸，其中，液態(tài)組合物包括以下重量份的組分：硅酸鈉6份，氯化鎂40份，硫酸亞鐵30份，有機(jī)絮凝劑2份，減水劑6份，水252份；有機(jī)絮凝劑為十八烷基三甲基氯化銨。固態(tài)組合物的投加量為5噸，固態(tài)組合物包括以下重量份的組分：氧化鈣3份，草木灰1份，粉煤灰1份，硅藻土2份。
污泥固化劑的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化鈣、草木灰、粉煤灰和硅藻土，在105℃條件下加熱烘干9小時(shí)，將含水率降至2％以下；
2)采用粉碎機(jī)將氧化鈣、草木灰、粉煤灰和硅藻土分別逐級(jí)破碎至1mm以下，采用球磨機(jī)分別進(jìn)行球磨、破碎、球磨后將氧化鈣、草木灰、粉煤灰和硅藻土的粒徑控制在200～500目；
3)在常溫下，將經(jīng)過(guò)處理的氧化鈣、草木灰、粉煤灰和硅藻土按照污泥固化劑中固態(tài)組合物的配比混合均勻，形成固態(tài)組合物；
4)將硅酸鈉、氯化鎂、硫酸亞鐵、有機(jī)絮凝劑、減水劑按照重量配比溶解至水中，混合均勻，形成液態(tài)組合物。
污泥固化劑的使用方法，其包括如下步驟：
1)將含水率為76％、有機(jī)質(zhì)含量為49％的污泥與液態(tài)組合物加入到混合裝置中，在常溫下攪拌40s，攪拌均勻，得到混合物；其中，液態(tài)組合物投加量為污泥的重量的4％。
2)與液態(tài)組合物投加點(diǎn)間距1米處，向混合物中加入固態(tài)組合物，在常溫下攪拌3min，機(jī)械脫水，實(shí)現(xiàn)污泥的固化；固態(tài)組合物投加量為污泥的重量的5％。
3)檢測(cè)處理后的污泥含水率。
實(shí)施例2
一種污泥固化劑，包括液態(tài)組合物和固態(tài)組合物，按污泥投加量為100噸計(jì)，液態(tài)組合物的投加量為4噸，其中，液態(tài)組合物包括以下重量份的組分：硅酸鈉4份，氯化鎂40份，硫酸亞鐵30份，有機(jī)絮凝劑2份，減水劑2份，水200份；而固態(tài)組合物的投加量為5噸，固態(tài)組合物包括以下重量份的組分：氧化鈣4份，草木灰2份，硅藻土1份。
污泥固化劑的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化鈣、草木灰和硅藻土，在105℃條件下加熱烘干8小時(shí)以上，將含水率降至2％以下；
2)采用粉碎機(jī)將氧化鈣、草木灰和硅藻土分別逐級(jí)破碎至1mm以下，采用球磨機(jī)分別進(jìn)行球磨、破碎、球磨后將氧化鈣、草木灰和硅藻土的粒徑控制在200～500目；在常溫下，將經(jīng)過(guò)處理的氧化鈣、草木灰和硅藻土按照重量配比混合均勻，形成固態(tài)組合物；
3)將硅酸鈉、氯化鎂、硫酸亞鐵、有機(jī)絮凝劑、減水劑按照重量配比溶解至水中，混合均勻，形成液態(tài)組合物。
污泥固化劑的使用方法，其包括如下步驟：
1)將含水率為83％、有機(jī)質(zhì)含量為49％污泥與液態(tài)組合物加入到混合裝置中，在常溫下攪拌50s，攪拌均勻，得到混合物；其中，液態(tài)組合物投加量為污泥的重量的4％。
2)與液態(tài)組合物投加點(diǎn)間距1米處，向混合物中加入固態(tài)組合物，在常溫下攪拌3min，機(jī)械脫水，實(shí)現(xiàn)污泥的固化；其中，固態(tài)組合物投加量為污泥的重量的5％。
3)檢測(cè)處理后的污泥含水率。
實(shí)施例3
一種污泥固化劑，包括液態(tài)組合物和固態(tài)組合物，按污泥投加量為100噸計(jì)，液態(tài)組合物的投加量為4噸，其中，液態(tài)組合物包括以下重量份的組分：硅酸鈉4份，氯化鎂30份，硫酸亞鐵20份，有機(jī)絮凝劑1份，減水劑4份，水220份；固態(tài)組合物的投加量為5噸，固態(tài)組合物包括以下重量份的組分：氧化鈣4份，草木灰2份。
污泥固化劑的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化鈣和草木灰在110℃條件下加熱烘干10小時(shí)，將含水率降至2％以下；
2)采用粉碎機(jī)將氧化鈣、草木灰分別逐級(jí)破碎至1mm以下，采用球磨機(jī)分別進(jìn)行球磨、破碎、球磨后將氧化鈣、草木灰的粒徑控制在200～500目；在常溫下，將經(jīng)過(guò)處理的氧化鈣、草木灰按照重量配比混合均勻，形成固態(tài)組合物；
4)將硅酸鈉、氯化鎂、硫酸亞鐵、有機(jī)絮凝劑、減水劑按照重量配比溶解至水中，混合均勻，形成液態(tài)組合物。
污泥固化劑的使用方法，其包括如下步驟：
1)將含水率為83％、有機(jī)質(zhì)含量為43％污泥與液態(tài)組合物加入到混合裝置中，在常溫下攪拌50s，攪拌均勻，得到混合物；液態(tài)組合物投加量為污泥的重量的4％。
2)與液態(tài)組合物投加點(diǎn)間距1米處，向混合物中加入固態(tài)組合物，在常溫下攪拌4min，機(jī)械脫水，實(shí)現(xiàn)污泥的固化。固態(tài)組合物投加量為污泥的重量的5％。
3)檢測(cè)處理后的污泥含水率。
實(shí)施例4
一種污泥固化劑，包括液態(tài)組合物和固態(tài)組合物，按污泥投加量為100噸計(jì)，液態(tài)組合物的投加量為4噸，其中，液態(tài)組合物包括以下重量份的組分：硅酸鈉7份，氯化鎂36份，硫酸亞鐵32份，有機(jī)絮凝劑2份，減水劑5份，水280份；固態(tài)組合物的投加量為4噸，固態(tài)組合物為氧化鈣。
污泥固化劑的制備方法，包括以下步驟：
1)將氧化鈣在110℃條件下加熱烘干9小時(shí)，將含水率降至2％以下；
2)采用粉碎機(jī)將氧化鈣分別逐級(jí)破碎至1mm以下，采用球磨機(jī)分別進(jìn)行球磨、破碎、球磨后將氧化鈣的粒徑控制在200～500目，形成固態(tài)組合物；
3)將硅酸鈉、氯化鎂、硫酸亞鐵、有機(jī)絮凝劑、減水劑按照重量配比溶解至水中，混合均勻，形成液態(tài)組合物。
污泥固化劑的使用方法，其包括如下步驟：
1)將含水率為83％、有機(jī)質(zhì)含量為42％污泥與液態(tài)組合物加入到混合裝置中，在常溫下攪拌60s，攪拌均勻，得到混合物；液態(tài)組合物投加量為污泥的重量的4％。
2)與液態(tài)組合物投加點(diǎn)間距1米處，向混合物中加入固態(tài)組合物，在常溫下攪拌4min，機(jī)械脫水，實(shí)現(xiàn)污泥的固化。固態(tài)組合物投加量為污泥的重量的4％。
3)檢測(cè)處理后的污泥含水率。
測(cè)試結(jié)果
表1實(shí)施例1至4使用污泥固化劑處理后污泥的含水率變化結(jié)果
從表1可看出：實(shí)施例1至4均通過(guò)藥劑改性與機(jī)械脫水協(xié)同作用，能夠大大降低污泥的含水率，減少污泥體積；實(shí)施例1將污泥(原含水率為76％、有機(jī)質(zhì)含量為49％)的含水率降低至45％，實(shí)施例2將污泥(原含水率為83％、有機(jī)質(zhì)含量為49％)的含水率降低至56％，實(shí)施例3將污泥(原含水率為83％、有機(jī)質(zhì)含量為43％)的含水率降低至47％，實(shí)施例4將污泥(原含水率為83％、有機(jī)質(zhì)含量為42％)的含水率降低至57％。所以，在實(shí)際污泥處理中，根據(jù)污泥中有機(jī)質(zhì)含量以及含水率達(dá)標(biāo)要求，判斷是否添加骨架劑，避免不必要的經(jīng)濟(jì)成本。
綜上，本發(fā)明通過(guò)藥劑改性與機(jī)械脫水協(xié)同作用，可將含水率75～85％的污泥脫水至含水率45～60％，減少了污泥體積，降低了運(yùn)輸成本，利于后期污泥的處置，本發(fā)明在污泥脫水調(diào)理及脫水過(guò)程中不會(huì)引入或產(chǎn)生毒副產(chǎn)品，避免了環(huán)境污染。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明任何形式上和實(shí)質(zhì)上的限制，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還將可以做出若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，當(dāng)可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)上述實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。