本發(fā)明涉及污泥處理領(lǐng)域，尤其涉及一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化是環(huán)保部門和行業(yè)考慮的四個(gè)重要取向。其中污泥減量化為重中之重，據(jù)網(wǎng)上有關(guān)信息表明，2014年我國(guó)污泥產(chǎn)生量為2801.47萬噸(出自《2016-2022年中國(guó)污泥處理市場(chǎng)深度調(diào)研及投資前景分析報(bào)告》)，時(shí)至今日，全國(guó)的污泥總量仍在增加，減量化要求的矛盾將日益突出。資源化利用是污泥的最終出路，因?yàn)槲勰嘀泻写罅康牡?、磷、鉀等土地可利用物質(zhì)。因此，污泥的減量化和資源化利用將對(duì)污泥處理提出了更高的要求。

現(xiàn)有的污泥前期處理，一般采用帶式過濾機(jī)、離心機(jī)、板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水。大部分污泥起初濃度在5％以內(nèi)，需添加絮凝劑，進(jìn)行前期調(diào)質(zhì)。其中采用帶式過濾機(jī)和離心機(jī)脫水效率不高，處理后的污泥含水率在80％左右，減量化不明顯。

現(xiàn)有的污泥后期處理，一般是填埋、焚燒、土地利用等，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)污泥資源化土地利用發(fā)展較快，“長(zhǎng)期以來，我國(guó)污水處理廠普遍存在重水輕泥現(xiàn)象，使得我國(guó)污水處理快速發(fā)展，污泥處理停滯不前，污泥處理處置缺口巨大?！?出自《2016-2022年中國(guó)污泥處理市場(chǎng)深度調(diào)研及投資前景分析報(bào)告》)，本申請(qǐng)人認(rèn)為，這與我國(guó)的污水、污泥前期處理不當(dāng)有關(guān)系：1、我國(guó)的污水處理廠因?yàn)榧夹g(shù)要素的制約，沒有把部分工業(yè)污水和生活污水分別處理，導(dǎo)致重金屬、有毒有害有機(jī)物在污泥中殘留嚴(yán)重，造成污泥資源化利用的極大風(fēng)險(xiǎn)。2、簡(jiǎn)單的污泥脫水，造成污泥含水率較高、污泥的臭味太重、污泥的ph太高或太低，都是資源化利用的瓶頸，極大的制約污泥的有效回歸土地。

綜上所述，要做到污泥減量化和資源化，應(yīng)該首先要采取污泥深度脫水。這也就是本發(fā)明的主要依托和重要取向。

現(xiàn)有的深度脫水主要的技術(shù)是：污泥在氯化鐵、生石灰的調(diào)理和調(diào)質(zhì)下，用高壓隔膜板框或超高壓彈性板框壓濾脫水。其中氯化鐵添加量是污泥干物質(zhì)的6-9％，生石灰添加量是污泥干物質(zhì)的20％左右，可以通過這些工藝，絕大部分污泥含水率可以控制在60％以內(nèi)，有利于此后污泥的填埋、焚燒等后處理。但該工藝處理的污泥ph值在11左右，有些甚至超過ph值12，無法直接進(jìn)行土地利用。

此外，該技術(shù)還存在以下技術(shù)缺陷：

一、生石灰在煅燒過程需要消耗巨大能源，過程會(huì)釋放大量二氧化碳，對(duì)碳排放要求控制的今天，其生產(chǎn)過程就會(huì)對(duì)大氣造成污染。

二、添加生石灰的污泥在攪拌過程中散發(fā)出大量的惡臭味氣體，嚴(yán)重影響和污染環(huán)境。

三、該工藝使用的生石灰屬于過量添加，若減少添加，就很難達(dá)到深度脫水到60％的含水率要求。

四、過量添加生石灰使得處理后的污泥仍存在如下問題：

1、殘留的生石灰會(huì)造成污泥二次污染可能性增加，特別是ph值超過12時(shí)，污泥其本身就需要按照危險(xiǎn)固廢處理，更談不上資源化再利用的價(jià)值。

2、使用生石灰調(diào)質(zhì)會(huì)使污泥體積增大10-20％，污泥減量化過程不但要質(zhì)量減少，體積更需減小。

3、在污泥堆放、運(yùn)輸過程中，會(huì)持續(xù)不斷的散發(fā)出惡臭；

4、若對(duì)污泥進(jìn)行堆肥，會(huì)因石灰造成ph值較高，殘留石灰會(huì)抑制發(fā)酵過程菌類的繁殖，容易造成堆肥熟化時(shí)間延長(zhǎng)，嚴(yán)重影響堆肥效率，有些氨氮和硫化物含量高的污泥，受高ph值的影響會(huì)產(chǎn)生大量惡臭，再次造成大氣污染。

5、污泥在填埋處理時(shí)，污泥中殘留的多余生石灰遇水膨脹，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，致使填埋污泥進(jìn)一步膨脹，影響填埋作業(yè)。

6、污泥當(dāng)中的石灰含量過高，用作制磚原料時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響磚的強(qiáng)度。

7、含石灰的污泥填埋時(shí)會(huì)造成垃圾滲濾液的ph升高，氨濃度因此提高，造成垃圾滲濾液處理系統(tǒng)的生化效率下降，對(duì)于新建的早期的垃圾填埋場(chǎng)來說是致命的，甚至?xí)斐衫鴿B濾液生化系統(tǒng)的崩潰(縉云垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲濾液處理系統(tǒng)在建成初期發(fā)生過該現(xiàn)象)。

五、石灰在濾液當(dāng)中的殘留有如下的不良后果：

1、造成濾液ph較高，回流到生化池后，容易造成污水的ph值的升高，影響水處理的生化效率，若過量，甚至對(duì)生化系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的沖擊。

2、濾液中殘留的石灰成分，同樣會(huì)以污泥的形式排出，造成污水處理系統(tǒng)的整體產(chǎn)泥量增加。

3、殘留有石灰的濾液提高了整個(gè)生化系統(tǒng)的堿度，加重了污水處理的負(fù)荷，所需相關(guān)處理藥劑量的增加，成本也隨之增加。

為此，繼續(xù)開發(fā)出一種能夠在深度脫水的基礎(chǔ)上，具有環(huán)保、脫水后污泥ph值更趨于中性、成本低、能夠有效利用污泥的污泥深度脫水調(diào)理劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑及其制備方法。本發(fā)明的污泥深度脫水高效調(diào)理劑在能夠高效深度脫水的基礎(chǔ)上，還具有加工成能耗小、成本低，且脫水后污泥的ph值更趨于中性，不會(huì)發(fā)生膨脹，無惡臭，無污染，有利于污泥回收利用的特點(diǎn)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石50-80％、石灰10-40％、電石渣5-10％、輔料0-5％；所述輔料為硅酸鋁鐵鹽、殼聚糖、β-環(huán)狀糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺、季銨鹽中的至少一種。

在本發(fā)明中，各組分的作用如下：

沸石在配方中起到主要主用，其微粒自身有一定的電荷中和作用，可以在污泥中起到一定的絮凝作用，同時(shí)，它是絮凝和混凝(氯化鐵與在利用石灰的氫氧根離子產(chǎn)生的氫氧化鐵混凝作用)，并形成支撐絮凝顆粒的骨架。同時(shí)，多孔隙的沸石起到良好的助濾脫水和除臭作用。

石灰：含有大量氫氧化鈣化鈣和少量氧化鈣，主要是為氯化鐵提供氫氧根離子，生成不同價(jià)位的氫氧化鐵，可以起到很好的混凝作用。

電石渣：主要成分是氫氧化鈣，主要作用是取代并減少石灰的用量，廢物利用并使產(chǎn)品的成本降低。

硅酸鋁鐵鹽：因?yàn)殇X鹽和鐵鹽的混凝作用不一樣，鋁鹽的混凝更加近似聚丙烯酰胺，既有混凝作用又有絮凝作用。且在水中的ph值比氯化鐵更趨于中性。主要是補(bǔ)強(qiáng)污泥的絮凝和混凝作用。

殼聚糖、聚丙烯酰胺、季銨鹽：主要起到污泥的絮凝作用，親水性好的污泥或者污泥原先顆粒較大易變形的需要?dú)ぞ厶?，其絮凝效果比聚丙烯酰胺更好。若親水性不好或者原先污泥顆粒較小，聚丙烯酰胺的絮凝效果比殼聚糖更好。季銨鹽相對(duì)與殼聚糖和聚丙烯酰胺價(jià)格便宜，使用效果很好。在這3種絮凝劑復(fù)合配合下使用性價(jià)比更高。

β-環(huán)狀糊精：主要是可以提高殼聚糖在水中的溶解速度，進(jìn)而提高絮凝效果。

可溶性淀粉：補(bǔ)強(qiáng)因?yàn)榄h(huán)狀糊精包溶殼聚糖過程所損失的?；?。

本發(fā)明根據(jù)無機(jī)質(zhì)含量，對(duì)不同的污泥設(shè)有針對(duì)性的特定配方，具體如下：

作為優(yōu)選，針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量5-80wt％物化污泥，所述高效調(diào)理劑包括以下質(zhì)量百分含量的的組分：沸石50-80％、石灰10-40％、電石渣5-10％。

由于上述污泥中污泥顆粒性狀比較統(tǒng)一，因此不需要添加、硅酸鋁鐵鹽和高分子絮凝劑。

作為優(yōu)選，針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量40-51wt％的生化污泥，所述高效調(diào)理劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石50-80％、石灰10-40％、電石渣5-10％、硅酸鋁鐵鹽1-5％。

上述污泥在重力沉降濃縮后，污泥活性較低，污泥較細(xì)，無機(jī)質(zhì)含量在40-51wt％左右，添加硅酸鋁鐵鹽可增加絮凝效果。

作為優(yōu)選，針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量低于40wt％的生化污泥，所述高效調(diào)理劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石50-80％、石灰10-40％、電石渣5-10％、輔料1-5％；所述輔料由殼聚糖、β-環(huán)狀糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季銨鹽組成。

上述污泥較為新鮮，活性較強(qiáng)，特別是污泥的無機(jī)質(zhì)含量低于40％時(shí)，污泥顆粒易于變形，且污泥中含有大分子非親水性的物質(zhì)較多，可考慮添加殼聚糖、聚丙烯酰胺、季銨鹽。也正因?yàn)闅ぞ厶堑奶砑?，所以，在生產(chǎn)過程中要添加β-環(huán)狀糊精、可溶性淀粉。

優(yōu)選之一，一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至60-300目，接著進(jìn)行加熱脫水活化。

活化的沸石確保瞬間的吸水動(dòng)力，并形成絮凝核心，部分的沸石利用其高孔隙率和比表面積，產(chǎn)生壓榨過程的助濾作用。

(2)按配比稱取各組分，并混合均勻，得到混合料。

(3)將混合料在135-230℃常壓下進(jìn)行改性，保溫5-30min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

對(duì)于不添加上述高分子絮凝劑的高效調(diào)理劑，可以考慮在135-230℃內(nèi)加溫。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，在230-280℃下加熱脫水活化。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，采用微波加熱活化，活化溫度為200-250℃。

采用微波加熱活化，主要是加熱速度較快，加速沸石內(nèi)部分子振動(dòng)，可以更進(jìn)一步地?cái)U(kuò)張沸石孔道，提升比表面積，降低含水率。

成品水份控制在8-9％以內(nèi)，以施加一定壓力不結(jié)團(tuán)為準(zhǔn)，17％水份就會(huì)明顯結(jié)團(tuán)。

優(yōu)選之二，一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至60-300目，接著進(jìn)行加熱脫水活化。

(2)按配比稱取殼聚糖、β-環(huán)狀糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季銨鹽并加水混合均勻，再按配比稱取其他各組分，混合均勻，得到混合料，使含水率控制在15wt％以內(nèi)。

主要考慮能耗和水份，故前期組分添加帶入的水份應(yīng)控制在總質(zhì)量的15％以內(nèi)。

(3)將混合料在105-135℃常壓下進(jìn)行改性，保溫5-30min，并利用石灰吸收部分水分，制得成品；其中成品水份控制在8-9％。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，在230-280℃下加熱脫水活化。

由于添加有殼聚糖、β-環(huán)狀糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺、季銨鹽等高分子絮凝劑，需要在105-135℃的較低溫度下加溫，否則，高溫會(huì)造成有機(jī)物炭化，并造成失效。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，采用微波加熱活化，活化溫度為200-250℃。

采用微波加熱活化，主要是加熱速度較快，加速沸石內(nèi)部分子振動(dòng)，可以更進(jìn)一步地?cái)U(kuò)張沸石孔道，提升比表面積，降低含水率。

與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，經(jīng)過總結(jié)，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、沸石就是一種天然礦產(chǎn)資源，加工過程不需煅燒，加工能耗較小，零排放，是綠色工藝，沸石更是一種良好的土壤改良劑。

2、添加本發(fā)明產(chǎn)品的污泥在攪拌過程基本消除惡臭味氣體，極大改善工作環(huán)境和污水處理廠周邊環(huán)境。

3、該產(chǎn)品在深度脫水過程中既有提供氯化鐵水解所需物質(zhì)，同時(shí)，起到助濾作用，脫水率比之生石灰的使用可以提高10-15％(通過試驗(yàn)性應(yīng)用對(duì)比數(shù)據(jù)表明)。

4、在添加本發(fā)明產(chǎn)品數(shù)量等同于添加生石灰時(shí)，ph值很容易控制在7-9以內(nèi)，堿物質(zhì)殘留極少。

5、相比于生石灰調(diào)質(zhì)，添加該調(diào)理劑后，污泥壓榨過程基本無臭味(特別明顯)，濾液泡沫減少、更加清澈，壓出的干泥塊體積更小，泥塊臭味基本得以消除。

6、使用本發(fā)明產(chǎn)品，污泥堆肥過程惡臭可以得到明顯改善，沸石有很好的氨氮吸附功能，使得污泥的肥份增加，有利于污泥的堆肥和填埋處理。

7、本發(fā)明產(chǎn)品加工后保持原有沸石結(jié)構(gòu)，沸石不溶于水，隨著污泥排出也不會(huì)加重污染負(fù)擔(dān)，也不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹等不良現(xiàn)象。

8、沸石可以不殘留在水體中，不會(huì)增加污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，更不會(huì)對(duì)污水處理系統(tǒng)的酸堿度產(chǎn)生不良影響。

9、沸石可以吸附污泥里的絕大部分氨氮，消除部分重金屬離子等物質(zhì)，較大地降低污水處理系統(tǒng)該類物質(zhì)的負(fù)荷。

10、沸石有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在填埋、堆肥等過程中絕不會(huì)增加二次污染壓力。

11、本發(fā)明產(chǎn)品具有助濾效果，可以減少氯化鐵的用量，可以降低成本。

12、本發(fā)明產(chǎn)品可降低污泥粘度，有利于過濾脫水操作時(shí)省工、省時(shí)(用生石灰處理的污泥不易從濾布剝離，需要人工輔助清理)，因污泥脫離完全，減少過濾設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)(過濾設(shè)備反沖洗可減少)，因此，可以提高機(jī)械效率降低成本。

14、若污泥用于制磚，焚燒灰摻入水泥中，不單不影響磚和水泥的質(zhì)量，反而會(huì)增加強(qiáng)度和提高性能。

15、本發(fā)明產(chǎn)品不像生石灰在儲(chǔ)罐中容易吸潮結(jié)硬，利于長(zhǎng)期保存、使用，即使受潮也不結(jié)塊、結(jié)硬，確保使用過程對(duì)儲(chǔ)罐、輸送管道和裝置不受堵塞和損壞。

16、最關(guān)鍵的一點(diǎn)是：使用本發(fā)明產(chǎn)品產(chǎn)生的污泥的ph值接近中性，若無重金屬、有毒有害有機(jī)物時(shí)，可以用于花草、苗木等種植(當(dāng)然需要添加一些殺菌劑如低成本的璜基硫胺等物質(zhì))，為最終實(shí)現(xiàn)污泥再利用創(chuàng)造可能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量5-80wt％的物化污泥。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石70％、石灰25％、電石渣5％。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至100目，接著在265℃下加熱脫水活化。

(2)按配比稱取各組分，并混合均勻，得到混合料。

(3)將混合料在170℃常壓下進(jìn)行改性，保溫20min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

實(shí)施例2

針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量5-80wt％的物化污泥。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石50％、石灰40％、電石渣10％。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至100目，接著進(jìn)行微波加熱活化，活化溫度為230℃。

(2)按配比稱取各組分，并混合均勻，得到混合料。

(3)將混合料在135℃常壓下進(jìn)行改性，保溫30min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

實(shí)施例3

針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量40-51wt％的生化污泥。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石65％、石灰25％、電石渣8％、硅酸鋁鐵鹽2％。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至100目，接著在250℃下加熱脫水活化。。

(2)按配比稱取各組分，并混合均勻，得到混合料。

(3)將混合料在200℃常壓下進(jìn)行改性，保溫5min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

實(shí)施例4

針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量40-51wt％的生化污泥。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石80％、石灰10％、電石渣5％、硅酸鋁鐵鹽1％。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至300目，接著進(jìn)行微波加熱活化，活化溫度為230℃。

(2)按配比稱取各組分，并混合均勻，得到混合料。

(3)將混合料在180℃常壓下進(jìn)行改性，保溫25min，并利用石灰吸收部分水分，使含水率在8-9wt％，制得成品。

實(shí)施例5

針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量低于40wt％的生化污泥。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石65％、石灰25％、電石渣5％、殼聚糖2％、β-環(huán)狀糊精0.5％、可溶性淀粉0.5％、聚丙烯酰胺1％和季銨鹽1％。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至200目，接著在260℃下加熱脫水活化。

(2)按配比稱取殼聚糖、β-環(huán)狀糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季銨鹽并加水混合均勻，再按配比稱取其他各組分，混合均勻，得到混合料，使含水率控制在15wt％以內(nèi)。

(3)將混合料在105℃常壓下進(jìn)行改性，保溫20min，并利用石灰吸收部分水分，制得成品；其中成品水份控制在8-9％。

實(shí)施例6

針對(duì)無機(jī)質(zhì)含量低于40wt％的生化污泥。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：沸石70％、石灰20％、電石渣7％、、殼聚糖1％、β-環(huán)狀糊精0.2％、可溶性淀粉0.3％、聚丙烯酰胺1％和季銨鹽0.5％。

一種沸石改良的污泥深度脫水高效調(diào)理劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將沸石粉碎至60目，接著進(jìn)行微波加熱活化，活化溫度為245℃。

(2)按配比稱取殼聚糖、β-環(huán)狀糊精、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺和季銨鹽并加水混合均勻，再按配比稱取其他各組分，混合均勻，得到混合料，使含水率控制在15wt％以內(nèi)。

(3)將混合料在130℃常壓下進(jìn)行改性，保溫30min，并利用石灰吸收部分水分，制得成品；其中成品水份控制在8-9％。

采用本發(fā)明的高效調(diào)理劑對(duì)污泥進(jìn)行深度脫水后，具有以下技術(shù)效果：

一、當(dāng)脫水污泥在60％水分以下時(shí)，ph值在7-9之間，讓污泥直接回到土地創(chuàng)造最基本、最關(guān)鍵的條件，特別是對(duì)氮、磷、鉀等物質(zhì)的吸附，將持續(xù)為土壤提供肥力創(chuàng)造條件，因此，在缺乏磷礦資源的我國(guó)將有非凡的社會(huì)價(jià)值。

二、因?yàn)楸井a(chǎn)品的原材料主要以沸石為主，目前在本地，沸石主要加工成水泥添加劑和飼料添加劑，價(jià)格均在100元/噸以內(nèi)，本地周邊的生石灰價(jià)格在400-500元/噸，若能推廣應(yīng)用，將為沸石產(chǎn)業(yè)帶來一輪價(jià)值的提升。

三、根據(jù)試產(chǎn)和實(shí)際試用的結(jié)果，主要應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

注：以80％含水率污泥計(jì)算噸污泥處理成本。

本發(fā)明中所用原料、設(shè)備，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常用原料、設(shè)備；本發(fā)明中所用方法，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。