一种用于污泥快速自然干化的膨胀污泥调理剂的制备方法与应用及综合利用方法

技术领域

本发明属于污泥处理处置领域，具体涉及一种用于污泥快速自然干化的膨胀污泥调理剂的制备方法与应用及综合利用方法。

背景技术

钢铁是碳、硅、锰等元素在铁中的固溶体，用于改善钢的性能来满足工程建筑材料需求，另外一些元素磷、硫和氧氢氮等会存在大部分钢中使其性能变差，所以炼钢就是通过化学反应去除这些杂质，并达到要求铸成合格的钢锭。

高炉渣是在高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂(一般是石灰石)中的非挥发组分形成的固体废物。高炉渣主要含有钙、硅、铝、镁、铁的氧化物和少量硫化物。高炉渣一种工业固体废物。高炉炼铁过程中排出的渣，又称高炉矿渣，可分为炼钢生铁渣、铸造生铁渣、锰铁矿渣等。依矿石品位不同，每炼1吨铁排出0.3～1吨渣，矿石品位越低，排渣量越大。中国钢铁工业协会发布2023年1月重点统计钢渣产生量707万吨，同比增长0.8％。高炉渣产生量1907万吨，同比增长3.7％。硫在熔渣中以多种硫化物形态存在，几种主要的硫化物按其稳定性由小到大的排列是FeS、MnS、MgS、CaS，其中FeS还能溶于铁水。炉渣的脱硫反应就是渣中的CaO、MgO等碱性氧化物与铁水中的硫反应生成不溶于铁水而溶于渣的稳定化合物CaS，MgS等，从而使铁水中的硫转移到渣中而被脱除的。我国《有色工业固体废物污染控制标准》GB5085中规定，pH值小于等于2.0或pH值大于等于12.5，判定为有害废物。高炉渣的pH范围在8-12。

据统计，我国目前污水处理总量大约2亿吨/天，粗算产生湿污泥量约为20万吨/天，产量惊人。2020年我国市政污泥年产量将达到6000万吨至9000万吨，厌氧消化污泥占20％。

高炉渣和市政污泥都是我国亟待解决的大宗固废，实现资源化利用是两种大宗固废处理的最好出路。

发明内容

本发明是为了实现高炉渣和市政污泥的资源化利用而提出的，其目的是提供一种污泥快速自然干化的调理剂及其制备方法与应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于污泥快速自然干化的膨胀污泥调理剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将高温高炉渣从炉渣入口(1)向下送入混合腔(2)，将稀释后的污泥通过与混合腔(2)两侧分别连通的两个高压污泥入口(3)喷至混合腔(2)内的高温高炉渣上，对其进行部分改性；

2)喷射污泥后的高温高炉渣自然下落至出品室(4)；

3)将冷凝水通过与出品室(4)两侧分别连通的两个冷凝水喷射口(6)喷射至下落到出品室(4)的高温高炉渣上；

4)高温高炉渣自出品室(4)出口落下，即得膨胀污泥调理剂。

在上述技术方案中，所述膨胀污泥调理剂中未改性高温高炉渣占膨胀污泥调理剂的3％-8％。

在上述技术方案中，所述污泥为用水稀释后含固率为8％～12％厌氧污泥或使用厌氧消化液直接喷洒。

在上述技术方案中，所述高温高炉渣的温度≥500℃。

在上述技术方案中，稀释前的所述污泥干基与所述高温高炉渣的质量比为(0.4～0.6):5。

在上述技术方案中，所述高压污泥入口(3)的喷射压力为0.5Mpa～1.0Mpa，采用间歇喷射模式，喷射1min暂停2s～5s。

在上述技术方案中，所述冷凝水喷射口(6)的喷射压力为0.4Mpa～0.6Mpa，采用持续喷射，冷凝水喷射口(6)的管径为25mm～40mm。

在上述技术方案中，位于同一侧的高压污泥入口(3)与冷凝水喷射口(6)之间的垂直距离为2m～2.5m。

一种膨胀污泥调理剂的制备过程中产生的废气和废水的综合利用方法，包括以下步骤：

1)废气的综合利用方法：

将炼铁厂或者炼钢厂工艺产生的酸性废气排放至位于出品室(4)两侧的两个第一冷凝水储存室(5)吸收；

提供两个第二冷凝水储存室(7)，每个第二冷凝水储存室(7)包括第一储存仓和第二储存仓；

将两个第一冷凝水储存室(5)排出的废气和出品室(4)排出的废气分别输送至两个第二冷凝水储存室(7)的第一储存仓吸收；

将两个第二冷凝水储存室(7)排出的废气和混合腔(2)排出的废气汇集后集中处理后达标排放；

2)废水的综合利用方法：

将两个高压污泥入口(3)产生的冷凝水收集后分别输送至两个第一冷凝水储存室(5)以及两个第二冷凝水储存室(7)的第二储存仓；

将出品室(4)的冷凝水收集后分别输送至两个第一冷凝水储存室(5)；

集中处理的气体吸收液使用两个第一冷凝水储存室(5)废水，当SS达到8000-10000mg/L时，pH在6.5-8.5时，可当做两个高压污泥入口(3)的喷射液使用。

在上述技术方案中，当两个第一储存仓的冷凝水pH值小于6时，将两个第一储存仓的冷凝水分别输送至两个第一冷凝水储存室(5)，同时第二储存仓向第一储存仓补给冷凝水；当第二储存仓的冷凝水pH值达到6～9时排放。

在上述技术方案中，第一储存仓和第二储存仓内冷凝水的体积比为1:4。

所述的膨胀污泥调理剂的应用，其特征在于，向待调理的市政污泥中加入次氯酸钠固体，然后加入所述的制备方法制备得到的膨胀污泥调理剂，实现市政污泥的快速自然干化。

在上述技术方案中，市政污泥中次氯酸钠固体的添加质量为市政污泥干基质量的5％～7％，膨胀污泥调理剂的加入量为市政污泥干基质量分数1.5％～5％。

本发明的工作原理：

高炉渣，有氧化钙，亚硫酸钙等物质，属于大宗的工业固废，每年处置成本很高，高炉渣pH在11～13。市政污泥有机质含量高，污泥破壁难，污泥处理工艺方法多产生臭气和难降解废水，即产生的次生污染大。高温的高炉渣和市政污泥混合后迅速膨胀成多孔结构，污泥的高含固率和微小的细菌结构恰好具备高温高炉渣形成多孔结构的优势，适用于污泥调理剂制备。另外，其中产生的废水和废气，可根据工艺特点截留固体物质，尽可能减少难处理的废水和废气，使废气中的颗粒物和废水中悬浮物通过工艺流程的变换，全部掺入污泥调理剂的制备中，使整个工艺过程轻污染，废水符合纳管标准，废气颗粒物、有酸碱性指征的气体指标和臭气指标尽可能通过工艺流程中消纳；污泥随着含固率的增加，粘度会大幅度提升，一般含固率高于12％，污泥就不是流动状态了。高温高炉渣利用污泥浆液(也可稀释污泥)直接制备，可以解决污泥浆液难处理的问题，渣中的气体及部分水蒸气固定下来，有益于制备膨胀多孔的污泥调理剂，一举两得。

应用时污泥中加入次氯酸钠固体可预改性蛋白质亲水性，膨胀污泥调理剂可作为污泥分散剂，实现污泥直接原位干化稳定，干化稳定速度非常快，同时消耗了高炉渣，实现大宗固废之间的资源化利用。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种污泥快速自然干化的调理药剂及其制备方法与应用，调理剂可快速改变污泥表面结构，破坏细菌结构，可以迅速将污泥的水分含量从95％降低到40％以下，是一种以废制废的的方法，同时不会造成二次污染。

附图说明

图1是本发明中喷射装置的结构示意图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种用于污泥快速自然干化的膨胀污泥调理剂的制备方法，结合图1所示，包括如下步骤：

1)将高温高炉渣从炉渣入口1向下送入混合腔2，将稀释后的污泥通过与混合腔2两侧分别连通的两个高压污泥入口3喷至混合腔2内的高温高炉渣上，对其进行部分改性；

2)喷射污泥后的高温高炉渣自然下落至出品室4；

3)将冷凝水通过与出品室4两侧分别连通的两个冷凝水喷射口6喷射至下落到出品室4的高温高炉渣上；

4)高温高炉渣自出品室4出口落下，即得膨胀污泥调理剂。

本实施例的膨胀污泥调理剂主要应用于4＜pH≤8的污泥干化中。

步骤1)中所使用的稀释后的污泥为用水稀释后含固率为8％～12％厌氧污泥或使用厌氧消化液直接喷洒。在本实施例中，含固率为8％的某市政污泥处理厂脱水后留存难处理的污泥浆液。稀释前的所述污泥干基与所述高温高炉渣的质量比为(0.4～0.6):5。

在本实施例中，高温高炉渣的温度≥500℃。

所述高压污泥入口3污泥的喷射压力为0.5Mpa～1.0Mpa，采用间歇喷射模式，喷射1min暂停2s～5s。所述冷凝水由冷凝水喷射口6冷凝水的喷射压力为0.4Mpa～0.6Mpa，采用持续喷射，冷凝水喷射口6的管径为25mm～40mm。在本实施例中，所述高压污泥入口3污泥的喷射压力为0.8Mpa，间歇喷射模式为喷射1min暂停5s，两侧内部结构通过管道收缩实现射流。

在本实施例中，位于同一侧的高压污泥入口3与冷凝水喷射口6之间的垂直距离为2m～2.5m。

在本实施例中，出品室4内部设置水车翻斗结构，自出品室4出口落下的膨胀污泥调理剂中的杂质含量3wt％-8wt％，杂质主要为未改性的高温高炉渣。

可以理解的是，本发明的用于污泥喷出的喷射装置可以改装在原有的高炉炼铁/炼钢工艺后的高炉渣处理车间中，高炉渣通过入口重力/加压落入混合腔2，两侧高压污泥入口3和入口1同时启停，同时加压喷射至高温高炉渣。

实施例2

本实施例还提供实施例1的膨胀污泥调理剂的应用，具体为：向待调理的市政污泥中加入次氯酸钠固体，然后加入实施例1制备得到的膨胀污泥调理剂，实现市政污泥的快速自然干化。

其中，市政污泥中次氯酸钠固体的添加质量为市政污泥干基质量的5％～7％，膨胀污泥调理剂的加入量为市政污泥干基质量分数1.5％～5％。

具体应用如下：

将市政污泥加入5％次氯酸钠固体，后加入5％的膨胀污泥调理剂即可实现市政污泥的快速自然干化(加入比例均以污泥干基计算)。干化效果是从原来的98％，迅速脱水，经固液分离后，污泥泥饼含水率可达到38％，在应用时需搅拌均匀，总时间25min即可达到该效果。

实施例3

本实施例与实施例2大致相同，不同之处在于本实施例的膨胀污泥调理剂主要应用于pH≤4的工业污泥领域。干化效果是从原来的98％，迅速脱水，经固液分离后，污泥泥饼含水率可达到37％，在应用时需搅拌均匀，总时间20min即可达到该效果。

实施例4

本实施例还提供一种膨胀污泥调理剂的制备过程中产生的废气和废水的综合利用方法，继续结合图1，包括以下步骤：

1)废气的综合利用方法：

将炼铁厂或者炼钢厂工艺产生的含有硫化氢等酸性物质的酸性废气排放至位于出品室4两侧的两个第一冷凝水储存室5吸收；

提供两个第二冷凝水储存室7，每个第二冷凝水储存室7包括第一储存仓和第二储存仓；

将两个第一冷凝水储存室5排出的废气和出品室4排出的废气分别输送至两个第二冷凝水储存室7的第一储存仓吸收；

将两个第二冷凝水储存室7排出的废气和混合腔2排出的废气汇集后集中处理后达标排放；

2)废水的综合利用方法：

将两个高压污泥入口3产生的冷凝水收集后分别输送至两个第一冷凝水储存室5以及两个第二冷凝水储存室7的第二储存仓；

将出品室4的冷凝水收集后分别输送至两个第一冷凝水储存室5。

当两个第一储存仓的冷凝水pH值小于6时，将两个第一储存仓的冷凝水分别输送至两个第一冷凝水储存室5，同时第二储存仓向第一储存仓补给冷凝水；当第二储存仓的冷凝水pH值达到6～9时排放。

其中，第一储存仓和第二储存仓内冷凝水的体积比为1:4。

其中，两个第一冷凝水储存室5的冷凝水来源于高压污泥入口处所产生的冷凝水，偏碱性，硫化氢、颗粒物在两个第一冷凝水储存室5截留；硫化氢、颗粒物在第一冷凝水储存室5，水中pH在4-6之间就可以喷射了，如果小于4稀释后喷射，如果大于6取沉淀后上清液至第二储存仓直排。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。