本发明涉及一种复合型污泥脱水固化剂及其制备方法和应用，属于水处理技术领域。
背景技术：
城市污泥成分复杂，含有大量微生物、病原体、重金属及有机污染物等。污泥质量通常占污水量的0.3％～0.5％，深度处理，污泥量会增加0.5～1倍。目前我国城市污水处理厂每年排放干泥30×104吨，并以每年10％左右的速度增长。此外，随着全球经济的发展和改造地球地理环境活动的增加，沿海和内陆河流及湖泊的清淤作业，以及城市水道的清淤工作越来越多。
由于这些污泥或淤泥颗粒小，不易脱水，承载力低，有机物含量高，流动性大等缘故，无法直接用作填海工程、堤防工程、道路工程中的工程填土。将污泥通过固化处理技术进行资源利用成为土工材料或作为填埋处置的预处理手段能够解决污泥处理中的一系列难题。开发高效污泥固化剂是该处理过程的关键。
国内外常规做法是在污泥填埋过程中添加大量的砂土等填充料，但这样做不仅使污泥填埋成本大大增加，同时也降低填埋场的有效利用率。近年来研究发现，在城市污泥中添加复合水泥、粉煤灰、石灰可较好地改善其填埋土力学性质，城市污泥固化预处理后，经过一段时间的养护即可进行填埋，能大大提高其填埋处置的安全性。但水泥、石灰作为固化剂掺入量高，凝结硬化慢，它们在高水固比情况下将出现未凝结之前部分沉降，且污泥有机物含量高，会阻碍水泥的水化反应，固化效果差甚至无法进行。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明提供一种复合型污泥脱水固化剂及其制备方法和应用，本发明复合型污泥脱水固化剂制备方法及应用方法简单，所制备的脱水固化剂渗透力强，固化速度快，较少使用量即可达到较好固化效果，所形成的固化物强度高，经本发明复合型污泥脱水固化剂处理后的污泥其含水率降低至25～40％，可直接用于焚烧，从而实现污泥的资源化处理。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种复合型污泥脱水固化剂，包括以下组成：复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸。
优选地，所述的复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸的质量比为10：(1～12):(0.1～2)：(0.2～1.11):(0.07～0.22):(0.02～0.09)。
优选地，所述的复合水泥为复合硅酸盐水泥。
优选地，所述纳米钙材料的粒径小于200目。
上述复合型污泥脱水固化剂的制备方法，步骤为：在室温条件下，将复合水泥、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料混合，然后将混合物研磨至粒径小于200目，再加入聚硅硫酸铝、聚胺、聚天冬氨酸，搅拌均匀，即得到复合型污泥脱水固化剂。
上述复合型污泥脱水固化剂在污泥脱水中的应用，步骤为：将污泥投入搅拌器内，加入固化剂，机械搅拌使其均匀混合，待污泥变硬后停止搅拌，抽滤。
优选地，所述固化剂与污泥的质量比为1：(25～50)。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
(1)本发明复合型污泥脱水固化剂渗透力强，固化速度快，较少使用量即可达到较好固化效果，所形成的固化物强度高，经本发明复合型污泥脱水固化剂处理后的污泥其含水率降低至25～40％，可直接用于焚烧，从而实现污泥的资源化处理。此外，本发明复合型污泥脱水固化剂还可以去除污泥中的臭味，减少重金属及氮磷向环境中的释放。
(2)本发明复合型污泥脱水固化剂中的聚胺、聚硅硫酸铝、阳离子聚丙烯酰胺作为絮凝剂，利用有机高分子结构的桥联作用，连接更多的颗粒物，发挥“电中和”和“架桥作用”，破坏污泥胶体颗粒的稳定，使污泥更易于脱水，从而加快污泥的固化速度。
(3)本发明复合型污泥脱水固化剂中的复合水泥可在水的作用下生成新的水化产物，使欲固结的污泥硬化，形成强度更高的固化物。
(4)本发明复合型污泥脱水固化剂中的纳米钙材料为多孔材料，具有巨大的比表面积，具有很高的化学活性，吸附能力强，对污泥中的磷有极强的吸附及处理能力；纳米材料扩散性强，渗透快，使本发明固化剂很快扩散到污泥中，固化效果好；纳米钙可有效控制改变厌氧发臭的关键条件，改变其氧化还原电位，控制厌氧微生物生长，消除发臭的根源。
(5)本发明复合型污泥脱水固化剂中的聚天冬氨酸为绿色环保化学品，可螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，且一定分子量的聚天冬氨酸可以富集氮、磷，减少污泥中重金属及氮磷营养元素向环境的释放。此外，聚天冬氨酸作为高聚物，与固化剂其他组分复配后具有较强的吸水性能。
(7)本发明复合型污泥脱水固化剂制备方法简单，对污泥脱水时直接在污泥中投加本发明脱水固化剂搅拌即可，脱水方法简单。
具体实施方式
下面结合具体的实施例子来进一步说明本发明的具体特点，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
复合型污泥脱水固化剂的制备：在室温条件下，将复合硅酸盐水泥、阳离子聚丙烯酰胺、粒径小于200目的纳米钙材料混合，然后将混合物研磨至粒径小于200目，再加入聚硅硫酸铝、聚胺、聚天冬氨酸，搅拌均匀即得，其中，复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸的质量比为10:8:1.2:0.4:0.12:0.06。
将淤泥从湖中挖出，去除其中的大的块状物杂物。测定淤泥的含水率为54.6％。将500g淤泥投入搅拌器内，加入10g固化剂，机械搅拌，使其均匀混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌，抽滤。固化后的淤泥的含水率为21.2％。用一轴压缩试验机测验其强度为650kn/m2，相当于第三类工程用土，淤泥无臭味，可作为建筑填埋土，也可以利用磨具制成各种形状的砖用于建筑。由于污泥中富含植物生长所需的有机质，是一种有价值的有机肥料，作为园林绿地的肥料是比较合适的，可以用来替代绿地营建时的基土。
实施例2
复合型污泥脱水固化剂的制备：在室温条件下，将复合硅酸盐水泥、阳离子聚丙烯酰胺、粒径小于200目的纳米钙材料混合，然后将混合物研磨至粒径小于200目，再加入聚硅硫酸铝、聚胺、聚天冬氨酸，搅拌均匀即得，其中，复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸的质量比为10：10：0.6:1:0.12:0.06。
将淤泥从湖中挖出，去除其中的块状物和棍棒类杂物。测定淤泥的含水率为53.8％。将500g淤泥投入搅拌器内，加入10g固化剂，机械搅拌，使其均匀混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌，抽滤。固化后的淤泥的含水率为20.4％，用一轴压缩试验机测验其强度为632kn/m2，且固化后污泥无臭味，能够满足填埋和建筑填土要求，也可以利用磨具制成各种形状的砖用于建筑。粉碎后的固化污泥含有丰富的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及钙、镁、铜、铁、锌等微量元素,能够起到改变土壤结构,增加土壤肥力,促进植物生长的作用，可用作园林绿地的肥料，实现污泥的资源化利用。
实施例3
复合型污泥脱水固化剂的制备：在室温条件下，将复合硅酸盐水泥、阳离子聚丙烯酰胺、粒径小于200目的纳米钙材料混合，然后将混合物研磨至粒径小于200目，再加入聚硅硫酸铝、聚胺、聚天冬氨酸，搅拌均匀即得，其中，复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸的质量比为10：6：0.8:0.8:0.1:0.05。
某城市污水处理厂脱水污泥含水率84.1％。将500g污泥投入搅拌器内，加入20g固化剂，机械搅拌，使其均匀混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌，抽滤。固化后的淤泥的含水率为24.8％，用一轴压缩试验机测验其强度为395kn/m2，污泥无臭味，能够满足填埋和用于建筑填土要求，也可以利用磨具制成各种形状的砖用于建筑。由于剩余污泥中富含植物生长所需要的各种有机质，氮、磷、钾等营养元素及钙、镁、铜、铁、锌等微量元素，所以固化后的污泥可用作园林绿地的肥料，从而实现污泥的资源化利用。
实施例4
复合型污泥脱水固化剂的制备：在室温条件下，将复合硅酸盐水泥、阳离子聚丙烯酰胺、粒径小于200目的纳米钙材料混合，然后将混合物研磨至粒径小于200目，再加入聚硅硫酸铝、聚胺、聚天冬氨酸，搅拌均匀即得，其中，复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸的质量比为10:9:1.0:0.6:0.08:0.04。
某城市污水处理厂脱水污泥含水率85.15％。将500g污泥投入搅拌器内，加入20g固化剂，机械搅拌，使其均匀混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌，抽滤。固化后的淤泥的含水率为27.8％，用一轴压缩试验机测验其强度为3594kn/m2，污泥无臭味，能够满足填埋和用于建筑填土要求，也可以制成砖用于建筑。粉碎后的固化污泥含有丰富的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及钙、镁、铜、铁、锌等微量元素,能够起到改变土壤结构,增加土壤肥力,促进植物生长的作用，可用作园林绿地的肥料，实现污泥的资源化利用。
对比例1
采用与实施例1相同的方法制备污泥脱水固化剂，其区别仅在于，将聚硅硫酸铝替换为聚合氯化铝。
将500g实施例1中所述的淤泥(含水率为54.6％)投入搅拌器内，加入10g本实施例制备的固化剂，机械搅拌，使其均匀混合，搅拌约10分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌，抽滤。固化后的淤泥的含水率为30.6％。用一轴压缩试验机测验其强度为480kn/m2。
对比例2
采用与实施例1相同的方法制备污泥脱水固化剂，其区别仅在于，将聚胺替换为聚二甲基二烯丙基氯化铵。
将500g实施例1中所述的淤泥(含水率为54.6％)投入搅拌器内，加入10g本实施例制备的固化剂，机械搅拌，使其均匀混合，搅拌约6分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌，抽滤。固化后的淤泥的含水率为28.3％。用一轴压缩试验机测验其强度为523kn/m2。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种复合型污泥脱水固化剂，其特征在于，包括以下组成：复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸。
2.如权利要求1所述的复合型污泥脱水固化剂，其特征在于，所述的复合水泥、聚硅硫酸铝、聚胺、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料、聚天冬氨酸的质量比为10：(1～12):(0.1～2)：(0.2～1.11):(0.07～0.22):(0.02～0.09)。
3.如权利要求1所述的复合型污泥脱水固化剂，其特征在于，所述的复合水泥为复合硅酸盐水泥。
4.如权利要求1所述的复合型污泥脱水固化剂，其特征在于，所述纳米钙材料的粒径小于200目。
5.如权利要求1所述的复合型污泥脱水固化剂的制备方法，其特征在于，步骤为：在室温条件下，将复合水泥、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料混合，然后将混合物研磨至粒径小于200目，再加入聚硅硫酸铝、聚胺、聚天冬氨酸，搅拌均匀，即得到复合型污泥脱水固化剂。
6.如权利要求1所述的复合型污泥脱水固化剂在污泥脱水上的应用，其特征在于，步骤为：将污泥投入搅拌器内，加入固化剂，机械搅拌使其均匀混合，待污泥变硬后停止搅拌，抽滤。
7.如权利要求6所述的复合型污泥脱水固化剂在污泥脱水上的应用，其特征在于，所述固化剂与污泥的质量比为1：(25～50)。
技术总结
本发明公开了一种复合型污泥脱水固化剂及其制备方法和应用，属于水处理技术领域。在室温条件下，将复合水泥、阳离子聚丙烯酰胺、纳米钙材料混合，然后将混合物研磨至粒径小于200目，再加入聚硅硫酸铝、聚胺、聚天冬氨酸，搅拌均匀，即可得到本发明复合型污泥脱水固化剂。本发明复合型污泥脱水固化剂渗透力强，固化速度快，较少使用量即可达到较好固化效果，所形成的固化物强度高，经本发明复合型污泥脱水固化剂处理后的污泥其含水率降低至25～40％，可直接用于焚烧，从而实现污泥的资源化处理。
技术开发人、权利持有人：李风亭;王颖;王洪涛;吴一楠
