一种污泥脱水复合调理剂及其制备方法

本发明涉及污泥处理，具体为一种污泥脱水复合调理剂及其制备方法。

背景技术：

1、污泥是城市污水处理过程中产生的主要副产物，其含水率通常较高，达到80％至98％，污泥中水分的存在形式复杂，包括自由水、结合水和胶体水。机械脱水工艺主要依靠外力排除自由水，但对结合水和胶体水的去除能力不足，这使得机械脱水后的污泥含水率仍维持在较高水平，难以满足后续处理和资源化利用的需求。因此，化学调理剂的使用成为机械脱水的核心辅助措施，调理剂能够通过破坏污泥颗粒间的稳定性和结构，释放部分水分。然而，现有的化学调理剂效果受限，无法实现低能耗、高效率的脱水。

2、目前广泛使用的污泥调理剂包括阳离子型聚丙烯酰胺(cpam)以及铝盐、铁盐等无机盐。聚丙烯酰胺作为絮凝剂，依靠电荷中和作用促进颗粒间的团聚，无机盐则通过脱稳作用降低污泥颗粒表面的静电斥力。这些调理剂的作用主要集中在颗粒间的物理絮凝上，而污泥中强结合水的释放涉及污泥颗粒表面极性基团与水分子之间的氢键结合，现有调理剂对这些化学结合水的作用有限。因此，即使在调理剂作用下，脱水后污泥含水率仍普遍高于60％，远未达到深度脱水的需求。

3、污泥的组成和特性因来源不同而差异明显，高粘度污泥和高含油污泥因颗粒表面覆盖有机物或油脂层，亲水性较强且颗粒稳定性高，进一步增加了脱水难度。传统调理剂对高粘度、高含油污泥的适应性不足，缺乏改变颗粒表面化学性质和破坏胶体稳定性的能力，导致脱水效率低。尤其是高含油污泥中，油脂与颗粒形成了稳定的疏水性包覆层，使颗粒间的结合水和胶体水难以有效释放，常规调理手段在这类污泥处理中显得力不从心。

4、现有调理剂在功能上通常依赖单一作用机理，例如电荷中和或机械絮凝，而未能实现多机理的协同作用。这种局限性在污泥颗粒的脱稳和水分释放中表现明显，絮凝效果有限且颗粒表面亲水性未得到有效改变，导致脱水效率较低。此外，调理剂在滤液质量优化方面表现不足，脱水过程中大量细颗粒和有机物进入滤液，增加了滤液处理难度和成本。

5、同时，为弥补调理剂作用的不足，现有技术中通常需要提高调理剂的用量或增加机械设备运行压力。这种方式不仅增加了处理成本，还对机械设备的性能提出了更高要求，进一步提高了能耗。此外，调理剂成分在污泥中的分布不均也限制了其利用效率，部分调理剂在反应过程中被浪费，难以充分发挥作用。因此，在污泥处理领域中，仍然需要一种协同多种机理作用的高效调理剂，能够针对污泥颗粒表面的极性化学键和结构特性，结合物理絮凝、化学改性和表面改性等功能，提升脱水效率、降低能耗，并改善滤液质量，从而为污泥的高效处理提供解决方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种污泥脱水复合调理剂及其制备方法，尤其是针对市政污泥、工业污泥、高含油污泥等不同类型污泥设计的一种多功能复合调理剂，通过化学改性、物理絮凝和表面改性等多机理协同作用，有效提高污泥脱水效率，降低脱水后污泥含水率，并改善滤液质量，为污泥处理提供一种高效、经济的解决方案。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种污泥脱水复合调理剂及其制备方法，包括以下组分：

3、路易斯酸金属盐；

4、自由基生成剂；

5、表面活性剂；

6、聚合型絮凝剂；

7、纳米颗粒助剂；

8、ph调节剂。

9、优选的，所述路易斯酸金属盐为钛酸盐或钒酸盐，具体为四氯化钛、偏钒酸钠、偏钼酸钠中的至少一种。

10、优选的，所述自由基生成剂为过硫酸盐，具体为过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

11、优选的，所述表面活性剂为两性表面活性剂，具体为磺基甜菜碱或烷基甜菜碱。

12、优选的，所述聚合型絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺。

13、优选的，所述纳米颗粒助剂为氧化锌或二氧化钛纳米颗粒，其颗粒尺寸为10nm～100nm。

14、优选的，所述ph调节剂为氢氧化钠或碳酸钠。

15、一种污泥脱水复合调理剂的制备方法，包括以下步骤：

16、将路易斯酸金属盐溶于去离子水中并调节ph，得到路易斯酸活性液；

17、将自由基生成剂溶于去离子水中，得到自由基溶液；

18、将表面活性剂溶解于去离子水中，制备表面活性剂溶液；

19、将纳米颗粒助剂通过超声分散在去离子水中，得到纳米颗粒助剂悬浮液；

20、按比例将路易斯酸活性液、自由基溶液、表面活性剂溶液、纳米颗粒助剂悬浮液和絮凝剂依次混合，并搅拌均匀，制备得到污泥脱水复合调理剂。

21、优选的，所述路易斯酸金属盐的溶解浓度为20％～40％，ph调节范围为6.5～7.5。

22、优选的，所述纳米颗粒助剂通过超声分散的功率为100w～200w，频率为20khz～40khz，超声时间为10分钟～20分钟。

23、本发明提供了一种污泥脱水复合调理剂及其制备方法。具备以下有益效果：

24、1、本发明采用路易斯酸金属盐与自由基生成剂相结合的技术方案，利用路易斯酸的配位作用破坏污泥颗粒表面极性键，自由基氧化降解有机架构，释放强结合水和胶体水。相较于现有技术中单纯依赖絮凝剂或无机盐的调理方法，本发明避免了处理效果受污泥成分复杂性影响的局限性，解决了污泥颗粒结合水难以去除的问题。

25、2、本发明引入两性表面活性剂与纳米颗粒助剂，通过动态调控污泥颗粒表面的亲水性和电荷分布，形成疏水屏障，减少二次水分吸附。相比传统调理剂单一依赖电荷中和或大分子包裹的方法，突破了颗粒水分稳定性高导致脱水难以深入的问题，进一步提高了污泥脱水的效率和彻底性。

26、3、本发明的复合调理剂采用自由基氧化与多尺度分散技术，配合分步优化的混合制备工艺，实现了调理剂中多组分的高效协同。现有技术中普遍存在调理剂组分不均匀、使用效果波动大的问题，而本发明的技术方案通过分布式活性组分的动态释放解决了这一不足，使污泥调理更加稳定可靠。

27、4、本发明通过控制调理剂的配比范围与工艺参数，将污泥脱水的机械阻力大幅降低，显著减少脱水能耗。相比现有技术中机械脱水设备需要依赖高压运行才能获得较低含水率的方案，本发明有效缓解了机械负载压力，避免设备能耗过高或操作成本过大的问题，为大规模工业化推广提供了更经济的解决途径。

技术特征：

1.一种污泥脱水复合调理剂，其特征在于，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的一种污泥脱水复合调理剂，其特征在于，所述路易斯酸金属盐为钛酸盐或钒酸盐，具体为四氯化钛、偏钒酸钠、偏钼酸钠中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种污泥脱水复合调理剂，其特征在于，所述自由基生成剂为过硫酸盐，具体为过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种污泥脱水复合调理剂，其特征在于，所述表面活性剂为两性表面活性剂，具体为磺基甜菜碱或烷基甜菜碱。

5.根据权利要求1所述的一种污泥脱水复合调理剂，其特征在于，所述聚合型絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺。

6.根据权利要求1所述的一种污泥脱水复合调理剂，其特征在于，所述纳米颗粒助剂为氧化锌或二氧化钛纳米颗粒，其颗粒尺寸为10nm～100nm。

7.根据权利要求1所述的一种污泥脱水复合调理剂，其特征在于，所述ph调节剂为氢氧化钠或碳酸钠。

8.一种污泥脱水复合调理剂的制备方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的一种污泥脱水复合调理剂，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种污泥脱水复合调理剂的制备方法，其特征在于，所述路易斯酸金属盐的溶解浓度为20％～40％，ph调节范围为6.5～7.5。

10.根据权利要求8所述的一种污泥脱水复合调理剂的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒助剂通过超声分散的功率为100w～200w，频率为20khz～40khz，超声时间为10分钟～20分钟。

技术总结
本发明涉及污泥处理技术领域，公开了一种污泥脱水复合调理剂及其制备方法，所述调理剂包括路易斯酸金属盐、自由基生成剂、表面活性剂、聚合型絮凝剂、纳米颗粒助剂和pH调节剂，通过多组分协同作用，破坏污泥颗粒表面的极性基团与水分子的结合，释放结合水和胶体水，增强颗粒絮凝性能，同时在颗粒表面形成疏水屏障，减少二次吸附。本发明调理剂制备方法简单，适用于多种污泥类型，包括市政污泥、高粘度污泥和高含油污泥。实验表明，使用本发明调理剂后，污泥脱水效率显著提高，含水率可降至40％左右，滤液中悬浮物和有机物含量大幅降低。本发明具有高效性、广泛适应性和经济性。

技术研发人员：孙舒,燕俊松,常澄,王虹
受保护的技术使用者：泰州职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6