脱水技术

cfeed121 · 发表于 2007-3-15 20:59:31

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本发明涉及到对污泥的脱水处理，及对生产废水中污染物、色度及总有机碳的去除。
[发明背景]
制炼工厂生产过程中产生的污泥含有大量的水和许多固体颗粒，其中的工艺用水在排放之前应进行处理使之与产生的污泥分离。剩余的固体颗粒单独进行处理，但部分颗粒粒径极小，很难通过过滤的方法除去。由于污泥中含水量较高，需对其进行脱水处理。脱水处理主要包括水与固体颗粒的分离。固体颗粒通过聚集形成大块絮体，然后就可以比较容易地通过过滤的方法除去。
工业生产中产生了各种高色度的废水，颜色从黄色到深棕色变化。造纸过程产生的废水中含有蒸煮后的化学物质，木质素、糖、漂白剂或是含氯化学品、染料、淀粉等。每天生产500t纸的造纸厂每天排放超过2×107加仑废水。这些废水中悬浮的黛色固体颗粒可以通过过滤或是沉淀的方法除去。然而，如果致色体处于溶解态就很难被除去。明显地，高色度的废水必须在排放前进行处理，以去除其中任何有毒物质。
另外，污泥中还存在其它的一些物质，包括磷，也是一种限制性的污染物，还有金属盐化合物，包括重金属盐，在排放废水之前必须将其去除。污泥中致色体的类型多种多样，取决于废水的来源，生产的工艺，及对去除这些致色体所做的前处理。
专利US3627679开发了一种去除废水中致色体的工艺，将废水与硫酸铝工艺残渣（APR）混合并使其沉降。但是去除所有色度所用的时间过长，并且在对上述过程产生的混合物进行过滤时会出现操作困难。
现在迫切需要一种方法，不但可以改进污泥的脱水工艺，而且能够去除与污泥分离后的水中的色度及有机物。
[发明摘要]
我们发现高粘土（high clay alumina—HCA），一种从铝钒土中制取硫酸铝的伴生产物，是一种极好的脱水材料。将HCA与污泥混合，也可同时投加一种高聚物或是硫酸铝工艺残渣（APR），投加量应保证固体颗粒的电中和及絮凝。然后通过过滤的方法将絮体和废水分离。结果，令人惊奇的是，投加HCA后不但获得了极好的污泥脱水及分离效果，而且分离后废水中的有机物、色度及重金属也得以去除。为了控制臭气及磷的固定，可以向污泥中投加其它的盐，比如铁盐或铝盐。而且，投加的药剂减少了饮用水处理中消毒剂的使用，也减少了那些导致色度及臭味的化合物的产生。
[发明详述]
生产过程中产生的污泥是一种非常粘稠的胶质物，特别是在加入脱水药剂后。本发明的脱水方法降低了污泥的粘度，因此可以使脱水介质的使用寿命增长。而且，减少了对清洗介质的冲刷或是减少了清洗水的用量。使用本发明可以降低成本，并且在冲洗过程中产生较少的固体颗粒，而这些固体颗粒必须回收进行进一步的处理。
HCA的投加量随待脱水污泥来源的不同而变化。例如，造纸厂污泥需要HCA的有效剂量为1000～3000mg/L。然而，高色度的污泥，特别是那些含有大量重金属残渣的，可能需要3000～10000mg/L甚至更多剂量的HCA来对污泥脱水并去除其中的致色体。
HCA还对磷有吸收能力，大约10～1000mol/kg。所以投加HCA会减少脱水过程中溶解磷的循环。磷是一种在排放废水中限量存在的化学物质，因为它会导致接受水体的富营养化。
此外，经HCA处理后的污泥颗粒含水率更低，这就意味着干燥的污泥更加容易被处理并且会节省运输费用。而且，一些垃圾场对污泥含水量有严格的要求，如果污泥含水率太高，对污泥的处置将成为新的问题，因此我们必须降低污泥中的含水率。
进一步地，本发明提供了快速的脱水技术，因此用已有的装置可以处理更多的污泥，避免了脱水处理中的涌塞现象，而且处理给定工厂的一定量污泥无需额外的脱水装置。
再者，由于大部分废水处理厂在不同的处理单元产生不同类型的污泥，并且不同类型的污泥需要不同的脱水方法，而本发明允许用同样的装置处理不同的污泥。HCA只需作最小限度的调整，主要是对所需高聚物或凝聚剂类型和剂量的调整，这就最大限度的减少了对处理后仍然高含水率污泥的再处理。这些特点减少了人力消耗并且可以节省占地面积。对废水较好的混凝效果同样减少了残留在废水中、滤液中的固体颗粒和浊度的量，废水在排放之前可能需要对这些物质进行再处理。
使用HCA还降低了污泥处理中氯化铁的使用量，大约可以降低50%～100%。例如，原来使用400mg/L，现在只需180mg/L。氯化铁在工艺中的残留会损坏并腐蚀脱水设备，，所以降低脱水过程中氯化铁的使用量也就减少了对脱水设备的维护及采购成本。而且由于以前在废水处理中经常使用的氯化铁产品中还含有其它重金属，例如铬，锰，锡等等，减少或替换使用氯化铁也就减少了其它重金属的量，重金属在废水排放之前必须予以去除，单独处置。
[实例]
在以下的例子中，不同的污泥式样混合在20L的容器内。等分200mL试样分配在250mL的烧杯内，向烧杯内逐量投加HCA，投加量从小于1000mg/L递增至超过5000mg/L。向其中投加不同量阴离子、阳离子或是非离子型的合成水溶性高聚物，其分子量也各不相同。高聚物的投加剂量从小于25mg/L递增至超过200mg/L，这些高聚物充分混合以模拟实验条件。产品对各混合物的处理效果主要由以下几点来评价：(a)絮凝和过滤的速度；(b)生成矾花的尺寸；(c)滤过水的色度及澄清度。
从中选取处理效果比较好的混合物倒入不同试验装置的脱水介质的试样上。评估被处理水的出水速率、色度及澄清度。最后，将滤布上留有的污泥人工压制成泥饼，评定其干度、完整性及脱水性。
度量色度的单位以术语APHA表示。对实例中所用的废水，只有低于100色度单位的被认作是“优等”的，低于500色度单位被认为是“良”，500～1000色度单位被认为是“中等”，1000～5000色度单位被认为“差”，5000～10000色度单位被认为“糟糕”。未被处理的试样的色度单位超过10000APHA色度单位。
氯化铁也加到各混合物中作为指示。
[实例1]
该实例评定以高聚物作脱水剂及高聚物配合HCA作脱水剂的处理效果，评价指标有：处理后絮体的尺寸，沉降后的浊度（ST），过滤后的浊度（FT），过滤时间（以sec计），处理后残余色度（以色度单位计）。试验结果见表1。
表1

高聚物投加量（mg/L）粘土投加量（mg/L）絮体尺寸 ST FT 过滤时间（s）

300 无中等+ 混浊粘结 29
300 1000 中等清澈松散 14
结果表明，向高聚物中添加本发明的HCA共同用作脱水剂，改善了处理后水的浊度并使过滤时间减少了约一半。
下面的表2给出了单独使用硫酸铝及硫酸铝与HCA共同使用的处理效果：
表2

硫酸铝投加量（mg/L） HCA投加量（mg/L）絮体尺寸色度
1600 无中等中等
1400 无中等差
1200 无小+ 极差
1000 无小极差
1600 250 中等好
1400 250 中等好
1200 250 中等中等
1000 250 差差
结果表明，向硫酸铝中添加HCA共同用作脱水剂，提高了对色度的去除。
[实例2]
用原水作参比，分别与投加硫酸铝溶液（mg/L），及投加其中含1%市售高聚物的硫酸铝溶液（硫酸铝+）的处理效果作比较，结果见表3。TOC为总有机碳含量。
表3

硫酸铝（mg/L）硫酸铝    +聚合物絮体尺寸 ST 色度 TOC
7000 — — 大中等 16 360
6000 — — 小好 5 390
3000 — 2000 大中等 20 —
3000 — 3000 大好 7 400
3000 — 4000 大好 12 —
3030+ — 3000 大极好 0 390
3030+ — 4000 大极好 12 —
2020+ — 3000 大中等 11 —
— APR 6000 大好 7 400
— APR 8000 大好 18
5%酸性硫酸铝 — 3662 大 — 31 —
5%酸性硫酸铝 — 2441 大 — 3 380
原水 308 880
结果表明，所有的上述处理均改进了水样的色度并且提高了对TOC的去除。
[实例3]
该例比较了向原水中投加5500mg/L的硫酸铝溶液及其它添加物时的处理效果，用色度及对TOC的去除量来表示。数据列于表4。
表4

硫酸铝投加量 APR投加量絮体尺寸 ST 色度 TOC
硫酸铝 5500 — 中等 — 183 —
硫酸铝 5500 50 大好 5 —
硫酸铝 5500 100 大中等 12 —
硫酸铝+ 5500 50 小好 0 380
硫酸铝+ 5500 75 小好 7 360
硫酸铝+ 4545 1000 大好 38 350
硫酸铝+ 4545 1500 大好 18 350
硫酸铝+ 4545 2000 大好 5 360
结果表明，即使少量的添加物也能改善色度并提高对TOC的去除。
下面的水质分析比较了原始污泥和按本发明方法处理后的污泥的情况。单位：mg/L。

分析元素原始浓度滤液中浓度
Al 117,000 1.8
Ba 65 0.13
Ca 4100 86
Cr 88 ＜0.2
Fe 6600 32
K 860 53
Mg 650 17
Mn 640 15
Na 14000 1100
Ni 29 0.2
P 1700 ＜1
S 2000 490
V 160 0.2
Zn 220 0.2
As ＜45 ＜1
Mo 23 ＜0.2
Si 7000 2.4
Sn ＜46 ＜1
Ti 1800 ＜0.1
Zr 42 ＜0.2
Hg ＜47 ＜1
结果表明，过滤后所有的金属离子量均得到以大幅度减少。为了增强处理效果，部分HCA可以由金属盐的添加剂替代，如硫酸铁、氯化铝、PAC、水合氯化铝以及阳离子型高聚物与无机絮凝剂的混合物。
本发明的脱水系统改进了对固体颗粒的捕集，并且出水更为清洁、透明，可以只经单独的脱水处理后直接排入水路，这大量节省了成本，节约了人力、药剂并且简化了处理装置。