本發(fā)明屬于污泥處理領(lǐng)域，涉及高含固率（＞8%）厭氧消化污泥的脫水方法，尤其涉及一種高效低氯調(diào)理劑及其在高固消化污泥脫水中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)愈發(fā)重視，城市污水處理率顯著提升。但是，在污水得到凈化的同時(shí)，卻有大量的污泥產(chǎn)生，造成了嚴(yán)重的二次污染。截至2015年9月，全國(guó)累計(jì)建成處理廠達(dá)3830座，污水處理能力達(dá)到1.62億立方米/日，伴生污泥超過(guò)162萬(wàn)噸/日（含水率98%）。因此，過(guò)去“重水輕泥”的思想必須得到糾正，以無(wú)害化、減量化、資源化為目的的污泥處理技術(shù)也越來(lái)越受到重視。

“穩(wěn)定/濃縮—厭氧消化—機(jī)械脫水”這一工藝是我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的污泥處置技術(shù)。厭氧消化是最常見(jiàn)的污泥穩(wěn)定化和資源化處理技術(shù)，在解決污泥處置問(wèn)題的同時(shí)產(chǎn)生沼氣，實(shí)現(xiàn)資源回用。但是，由于我國(guó)污泥的泥砂含量高，品質(zhì)差，再加上建設(shè)成本高，使污泥厭氧消化技術(shù)長(zhǎng)期處于建設(shè)和運(yùn)行雙困難的狀態(tài)?；谝陨蠂?guó)情，研究人員開(kāi)發(fā)出了有機(jī)質(zhì)協(xié)同消化和高含固厭氧消化技術(shù)（含固率＞8%），并在長(zhǎng)沙某項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首次穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)行。該項(xiàng)目還被科技部評(píng)定為科技示范項(xiàng)目，具有積極的示范推廣意義。因此，該項(xiàng)目中高固消化污泥的脫水干化也是一項(xiàng)新的課題，之前沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)于厭氧消化過(guò)程對(duì)污泥脫水性能的影響，早期研究認(rèn)為污泥中的有機(jī)物在厭氧環(huán)境下分解成為較低相對(duì)分子量的有機(jī)物，污泥穩(wěn)定，有利于脫水。但是，也有越來(lái)越多的研究表明厭氧消化不利于改善污泥的脫水性能。原因是經(jīng)過(guò)厭氧消化，污泥粒徑變小，離子從污泥絮體中釋放出來(lái)，ζ電位降低，絮凝能力減弱，攪拌產(chǎn)生的剪切力使脫水性能變差。此外，消化過(guò)程中還溶出大量的多聚物，其中一部分多聚物溶于水中，增加了溶液的粘度，另一部分包覆在微生物周圍，使細(xì)胞的eps顯著增加，不利于泥水分離。

為了改善污泥的脫水性能，解決污泥透水性差，易粘結(jié)等問(wèn)題，需對(duì)污泥的理化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)理?；瘜W(xué)調(diào)理法因其操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉、效果顯著成為最常用的方法之一。常用的化學(xué)調(diào)理劑有無(wú)機(jī)混凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑以及兩種藥劑的聯(lián)用，且聯(lián)用技術(shù)是目前化學(xué)調(diào)理的主流方向。

專利cn104150741a公開(kāi)了一種污泥的化學(xué)調(diào)理方法，利用三氯化鐵和聚丙烯酰胺（pam）聯(lián)用能取得較好的脫水效果。無(wú)機(jī)混凝劑主要起電荷中和作用，疏水性良好，能夠產(chǎn)生骨料濾層，形成的濾餅不會(huì)粘結(jié)在濾布上，無(wú)“糖心”現(xiàn)象；有機(jī)絮凝劑依靠大分子的吸附架橋作用，形成的絮體體積較大，泥水分離效率高。長(zhǎng)沙某項(xiàng)目即采用三氯化鐵和聚丙烯酰胺聯(lián)用技術(shù)，確實(shí)取得了良好的脫水效果。但是，由于污泥調(diào)理時(shí)藥劑投加量過(guò)大，該調(diào)理工藝也會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題：氯離子以及電導(dǎo)率等指標(biāo)的升高導(dǎo)致后續(xù)烘干設(shè)備受到嚴(yán)重腐蝕；濾餅做林地填埋土?xí)r由于鐵含量較高而使土壤容易板結(jié)；pam投加量過(guò)高一方面導(dǎo)致污泥粘性太大，增大了機(jī)械傳輸阻力，另一方面導(dǎo)致處理后的污泥保水作用明顯，填埋土在淋雨條件下粘性增大，表面易包裹膠裝透明物質(zhì)，感官效果極差。

因此，良好的脫水技術(shù)和工藝不僅要實(shí)現(xiàn)含水率的降低，還要同時(shí)考慮工藝對(duì)后續(xù)干化設(shè)備、濾餅綜合利用的影響。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)工藝的不足，本發(fā)明采用有機(jī)高分子材料和復(fù)配技術(shù)，最大程度上減輕對(duì)三氯化鐵以及聚丙烯酰胺的依賴；利用復(fù)配藥劑的協(xié)同作用，降低投加量和處理成本，簡(jiǎn)化藥劑投配的工藝流程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種能夠顯著降低污泥中氯離子含量和鐵元素含量，減少高分子材料（pam）使用量的一種高效低氯調(diào)理劑及其在高固消化污泥脫水中的應(yīng)用。能夠在保證污泥脫水效率的前提下，有效降低對(duì)后續(xù)烘干、林地覆土填埋等階段的不利影響。

本發(fā)明提出的一種高效低氯調(diào)理劑，所述調(diào)理劑為粉末狀，可用于高固消化污泥脫水工藝中調(diào)節(jié)污泥理化性質(zhì)，提高污泥的泥水分離能力；所述調(diào)理劑由復(fù)合混凝劑和復(fù)合絮凝劑組成，其中：復(fù)合混凝劑由聚合硫酸鋁鐵和聚二甲基二烯丙基氯化銨按（70-95）：（5-30）的質(zhì)量比混合而成；所述復(fù)合絮凝劑由陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化銨按（55-85）：（15-45）的質(zhì)量比混合而成。以污泥的固含量計(jì)，復(fù)合混凝劑的投加量為2%-15%；復(fù)合絮凝劑的投加量為0.1%-1%。

本發(fā)明中，復(fù)合混凝劑中聚合硫酸鋁鐵的總鐵有效成分為18%-22%，聚二甲基二烯丙基氯化銨粘度為800cps-1200cps。

本發(fā)明中，復(fù)合絮凝劑中陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的分子量為5,000,000-10,000,000，陽(yáng)離子度25-30%，聚二甲基二烯丙基氯化銨的分子量為500,000-800,000。

本發(fā)明提出的一種高效低氯調(diào)理劑在高固消化污泥脫水中的應(yīng)用，具體步驟為：

（１）向高固消化污泥中投加復(fù)合混凝劑的水溶液，同時(shí)進(jìn)行攪拌，控制攪拌速度為28-32r/min，攪拌時(shí)間為3-5分鐘；以污泥的固含量計(jì)，復(fù)合混凝劑的投加量為2%-15%；

（２）向步驟（1）所得高固消化污泥中投加復(fù)合絮凝劑，同時(shí)進(jìn)行攪拌，快速攪拌30s之后慢速攪拌，攪拌時(shí)間為3-5分鐘；復(fù)合絮凝劑的投加量為0.1%-1%，以污泥的固含量計(jì)。

本發(fā)明中，所述高固消化污泥為含固率在8％以上的厭氧消化污泥。

本發(fā)明中，污泥膠體粒子表面荷負(fù)電，粒子間存在靜電斥力和水化膜作用力。投加高價(jià)金屬陽(yáng)離子絮凝劑可以起電荷中和作用，降低粒子間的斥力，并在范德華力的作用下碰撞團(tuán)聚。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑包括三氯化鐵、硫酸鋁等。本發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，鋁鹽形成的絮體較小，比重較輕，不易沉降；而三氯化鐵的大量投加會(huì)引起氯離子含量和導(dǎo)電率的迅速升高，進(jìn)而腐蝕后續(xù)的干化設(shè)備。采用硫酸鋁鐵既能滿足電荷中和的需要，又能形成較大的絮體，且不會(huì)裹挾大量氯離子，鋁鹽的使用還可減緩鐵含量過(guò)高引起的土壤板結(jié)問(wèn)題。

此外，為了進(jìn)一步降低鐵鹽的使用量，避免干化污泥做林業(yè)覆土?xí)r因鐵含量過(guò)高而容易板結(jié)結(jié)塊。本發(fā)明專利采用硫酸鐵復(fù)配聚二甲基二烯丙基氯化銨使用。聚二甲基二烯丙基氯化銨是一種高陽(yáng)電荷、低分子量的水溶性聚合物，可任意溶于水，氯穩(wěn)定性較好，位于主鏈上的正電荷數(shù)量比同類產(chǎn)品高很多，可以代替無(wú)機(jī)混凝劑使用。復(fù)配混凝劑在保留部分鐵鹽混凝劑形成骨料濾層的同時(shí)，能夠最大程度上降低鐵鹽的使用量。

聚丙烯酰胺為有機(jī)高分子絮凝劑，分子量在500萬(wàn)-1000萬(wàn)之間，分子結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀或者鏈狀。在與污泥顆粒發(fā)生靜電中和作用的同時(shí)能夠產(chǎn)生吸附架橋作用，形成較大的絮體，泥水分離效果較好，能夠避免“泥包水”現(xiàn)象的產(chǎn)生。但是，在滿足脫水需求的條件下，降低聚丙烯酰胺投加量既是經(jīng)濟(jì)方面的考慮，也是濾餅后續(xù)用作林地覆土?xí)r的需要。

本發(fā)明專利考慮采用聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化銨復(fù)配使用。聚二甲基二烯丙基氯化銨是一種陽(yáng)離子聚合物，分子量在幾十萬(wàn)之間，粘度低于聚丙烯酰胺。利用聚二甲基二烯丙基氯化銨的荷電性以及聚合物分子結(jié)構(gòu)，可以部分替代聚丙烯酰胺的使用。并且，本發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，聚丙烯酰胺復(fù)配聚二甲基二烯丙基氯化銨溶液的絮凝效果優(yōu)于分步投加兩種藥劑，原因可能是兩者之間存在協(xié)同效應(yīng)。復(fù)配藥劑一步投加法還能簡(jiǎn)化投加工藝，管路簡(jiǎn)潔，節(jié)省基建投資。

按照本發(fā)明的技術(shù)方案和調(diào)理藥劑，可有效提升污泥的脫水性能，并有效降低濾餅和濾液中氯離子，殘留鐵和pam的含量。在保證污泥脫水性能的同時(shí)，降低綜合成本，最大程度降低污泥調(diào)理工藝對(duì)后續(xù)干化設(shè)備、覆土填埋的不利影響。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以下實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。

下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：燒杯實(shí)驗(yàn)，化學(xué)調(diào)理，投加復(fù)合混凝劑和復(fù)合絮凝劑

步驟a:取200ml新鮮污泥，加入2%-15%的復(fù)合混凝劑的水溶液，復(fù)合混凝劑的質(zhì)量濃度為20%，投加后用玻璃棒攪拌10s，并用燒杯來(lái)回傾倒約10次，保證藥劑混合均勻。

步驟b：投加復(fù)合絮凝劑（陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化銨組成）水溶液，質(zhì)量濃度為1.7%，投加量為0.1%-1%，投加后用玻璃棒攪拌10s，并用燒杯來(lái)回傾倒約10次，保證藥劑混合均勻。

步驟ａ的復(fù)合混凝劑（硫酸鋁鐵和聚二甲基二烯丙基氯化銨組成）和復(fù)合絮凝劑（陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化銨組成）配制方法如下：按各自質(zhì)量比將混凝劑和絮凝劑的各組分配制成一定濃度的溶液，攪勻備用。

結(jié)果：混凝劑質(zhì)量濃度為20%，投加量為7%；絮凝劑質(zhì)量濃度為1.7%，投加量為0.69%。泥水分離效果良好。

實(shí)施例2：中試實(shí)驗(yàn)，化學(xué)調(diào)理，投加復(fù)合混凝劑和復(fù)合絮凝劑

步驟a:取70l新鮮污泥，加入復(fù)合混凝劑溶液（硫酸鋁鐵和聚二甲基二烯丙基氯化銨組成），溶液配制比例同實(shí)施例1，投加量同實(shí)施例1。攪拌速度為30r/min，攪拌時(shí)間為3分鐘。保證藥劑混合均勻。

步驟b：投加復(fù)合絮凝劑溶液（陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化銨組成），溶液配制比例同實(shí)施例1，投加量同實(shí)施例1?？焖贁嚢?0s之后慢速攪拌（10r/min），攪拌時(shí)間為3分鐘。保證藥劑混合均勻。

結(jié)果，污泥輸送壓力穩(wěn)定在5mpa，最大壓力為10mpa。20分鐘內(nèi)完成進(jìn)泥過(guò)程，說(shuō)明泥水分離效果明顯，且污泥粘度較低，沿程阻力較小。板框壓濾機(jī)液壓壓力穩(wěn)定在15mpa，滲出壓濾液較多，水質(zhì)透明，無(wú)渾濁現(xiàn)象。泥餅含水率和壓濾液水質(zhì)參數(shù)如表1所示。

實(shí)施例3：原調(diào)理工藝實(shí)際運(yùn)行案例—對(duì)比實(shí)驗(yàn)

調(diào)理工藝采用三氯化鐵和聚丙烯酰胺聯(lián)用技術(shù)，投加量為三氯化鐵5%，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺0.5%，壓濾液水質(zhì)及濾餅參數(shù)如表1所示。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，原工藝和低氯復(fù)配藥劑調(diào)理后，污泥含水率均能降至45%左右。但是，使用該發(fā)明中低氯高效復(fù)配混凝劑之后，壓濾液中的氯離子含量能降低80%，電導(dǎo)率下降約20%，這兩項(xiàng)指標(biāo)的改善能夠有效減緩泥餅對(duì)后續(xù)干化設(shè)備的腐蝕，同時(shí)有利于其資源化處理。

同時(shí)，聚丙烯酰胺的投加量由0.5%降至0.175%，能有效降低污泥及壓濾液的粘性，避免泥餅外運(yùn)填埋時(shí)因保水作用而影響感官效果，藥劑成本也因此明顯下降。采用主要成分為硫酸鋁鐵的復(fù)配混凝劑，單位投加量的鐵元素含量遠(yuǎn)低于三氯化鐵，可避免土壤因鐵含量過(guò)高而板結(jié)。

按三氯化鐵液體（固含量38%-40%，市場(chǎng)價(jià)900元/噸）投加量5%、pam（市場(chǎng)價(jià)30000/噸）投加量0.5%計(jì)算，折合成本為24.41元/噸濕污泥（固含量9.3%）；按原材料聚二甲基二烯丙基氯化銨10000元/噸，硫酸鋁鐵1200元/噸，聚丙烯酰胺30000元/噸計(jì)算，采用本發(fā)明中化學(xué)調(diào)理工藝并使用復(fù)配混凝劑和復(fù)配絮凝劑的綜合處理成本是22.55元/噸濕污泥（固含量9.3%），節(jié)約7.6%的綜合成本。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明在保證污泥脫水效率（含水率降至45%）的前提下，能有效降低濾餅及濾液中氯離子、鐵以及聚丙烯酰胺的含量，滿足后續(xù)烘干和覆土填埋的需求。

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。

附表