CN103058342B

CN103058342B - 聚丙烯酰胺-浒苔脱水絮凝剂及其制备、使用方法

Info

Publication number: CN103058342B
Application number: CN201210583196.2A
Authority: CN
Inventors: 高宝玉; 赵爽; 岳钦艳
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: CN103058342A

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯酰胺-浒苔脱水絮凝剂及其制备、使用方法。所述的脱水絮凝剂是由浒苔悬浮液加入到聚丙烯酰胺水溶液中制成，该絮凝剂中，聚丙烯酰胺的浓度为1-5g/L，浒苔的浓度为0.25-10g/L，其密度为1.004-1.015Kg/m³，Zeta电位15.8-18.6mV；本发明还提供该絮凝剂的制备、使用方法。本发明以灾害绿藻浒苔为原料，预处理制得浒苔粉并与聚丙烯酰胺溶液混合，所得絮凝剂在水处理过程中用于污泥脱水处理，该絮凝剂产品稳定性好、对胶体物质的吸附架桥能力强、絮凝性好。

Description

聚丙烯酰胺-浒苔脱水絮凝剂及其制备、使用方法

技术领域

本发明涉及聚丙烯酰胺-浒苔脱水絮凝剂及其制备、使用方法，属于灾害绿藻处理及再利用和水处理剂技术领域。

背景技术

随着我国人口的增长及国家对水环境质量要求的提高，城市污水处理量日益加大，污水处理厂的数量迅速增加。在工业废水和生活污水处理过程中会产生大量的污泥，这些剩余污泥呈絮状及胶状结构，颗粒细小且很不均匀，比重小含水量高(一般都在95％以上)，过滤比阻值较大不易脱水，若不及时处理会造成严重环境污染。城镇污水处理厂剩余污泥的脱水处理是整个污水处理中的重要环节，用于污泥处理的费用约占污水处理厂运行费用的20％-50％。“污泥脱水絮凝剂”是任何污水处理厂所必备的药剂，最常用的是聚丙烯酰胺，但目前我国使用的聚丙烯酰胺几乎都从国外进口(如欧洲的气巴公司，韩国的可隆公司等)，价格高且脱水效果会受到水质的影响。同时聚丙烯酰胺絮凝脱水剂在使用过程中可部分水解成丙烯酸和有机胺等有毒单体，导致水处理过程中产生二次污染。近年来城镇污水处理厂的大量兴建，对污泥脱水絮凝剂的需求急剧增长，急需国产化和关键技术创新以降低污泥处理成本。因此，针对目前絮凝脱水剂的使用特性，开发环境安全、利用率高，脱水效果好，且运行费用低的絮凝脱水剂一直是业界关注的重要问题。

CN102180582A公开了一种高效无机污泥脱水剂，其组分和按重量百分比的含量为：氯化钠25-50％；氯化镁35-60％；氯化铁1-10％；98％浓硫酸1-5％。该污泥脱水剂具有明显的脱水效果，可使污泥中积蓄的水分快速析出来，并破坏有机质结构，使污泥中的微生物脱水而失活，达到脱水稳定化的目的，并抑制污泥恶臭的产生，达到减少二次污染的效果。

CN101239774A公开了一种复合型污泥脱水剂的制备方法。该脱水剂是以阴离子或非离子聚丙烯酰胺、甲醛、有机胺、亚硫酸氢钠、新鲜水为原料，辅以少量助剂，在一定的温度下反应而得到的磺甲基聚丙烯酰胺和胺甲基聚丙烯酰胺为主要成分的胶体水溶液；此胶体水溶液与专利98121074.0的有机絮凝剂按体积比5～50∶1混合即为本发明复合型脱水剂。使用该污泥脱水剂处理后的滤后液COD低于2000MG/L,油含量在1000MG/L以下。

浒苔属于绿藻类，是绿藻门石莼科的一属，广泛分布在全世界各海洋中。由于全球气候变化等原因，自2007年来，我国的黄海中、南部海域包括青岛、威海、日照沿海海岸各海水浴场沙滩都有不同程度的浒苔出现。政府每年都要耗费大量的人力物力组织人员和大型装备进行清理。特别是2008年，浒苔绿潮暴发范围之大前所未有，对奥运会帆船比赛的顺利进行造成威胁，并导致了一系列的环境问题和经济损失。因此探索海洋绿潮副产物-浒苔资源综合利用的有效途径，对于解决海洋浒苔灾害带来的环境、生态、经济问题具有重要意义。目前对于浒苔的再回收利用文献资料不多，有报道称可将浒苔转化为生物质油，CN101659874A(CN200910017836.1)公开了一种浒苔热裂解制取生物油的方法，将浒苔碾碎、干燥、粉碎后置于裂解反应器中裂解，裂解产物经过冷却后，生物油进入液相；同时分别回收气体和固相，裂解温度为500℃～600℃；所述热解气体中不凝性气体，一部分回收到热解炉作为二次风，另一部分回收到燃烧炉，用作燃料。但目前市场上作为低级燃料的生物油价格约1500元/吨，而这种生物油通过深加工后市场价值每吨可达数千元甚至上万元。即使撇开治理浒苔污染的收入，当形成规模化生产、成本降低后，将浒苔变成生物油的技术同样耗费财力。目前尚没有关于浒苔与聚丙烯酰胺胺混合做为污泥脱水絮凝剂用于水处理中的公开报道。

发明内容

为了克服现有污泥脱水技术的不足，本发明提供一种聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂及其制备、使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，由浒苔悬浮液加入到聚丙烯酰胺水溶液中制成，该絮凝剂中，聚丙烯酰胺的浓度为1-5g/L，浒苔的浓度为0.25-10g/L，其密度为1.004-1.015Kg/m3，Zeta电位15.8-18.6mV；其中，所述浒苔悬浮液是按以下方法制得：

将新鲜浒苔洗净烘干后粉碎，所得浒苔粉末与0.1-0.5mol/L的氯化钙溶液混合，1重量份浒苔粉末加入100-200重量份所述的氯化钙溶液，在20－40℃恒温水浴中搅拌浸提6-8h，减压抽滤，滤饼烘干，得浒苔滤饼，将浒苔滤饼加入水中，浒苔滤饼：水=1:10-400质量比，制得浒苔悬浮液。

根据本发明优选的，聚丙烯酰胺的浓度为1-2g/L，浒苔的浓度为2-8g/L。进一步优选聚丙烯酰胺的浓度为1g/L，浒苔的浓度为6g/L。

根据本发明优选的，所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺或两性型聚丙烯酰胺。

根据本发明优选的，所述浒苔粉末粒度为0.15-0.45mm，比表面积为6-10m2/g。

一种聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂的制备方法，步骤如下：

（1）将浒苔用水洗净、在60-70℃烘箱中烘干6-8h；烘干后的浒苔在粉碎机中粉碎，过40-100目筛，得浒苔粉末；

（2）配制0.1-0.5mol/L的氯化钙溶液，以浒苔粉末：所述氯化钙溶液=1：100-200的质量比，将步骤（1）的浒苔粉末加入所述的氯化钙溶液中，在20－40℃恒温水浴中搅拌浸提6-8h；浸提后的溶液进行减压抽滤，滤饼在60-70℃烘箱中烘干3-6h，得浒苔滤饼；按浒苔粉末：水=1:10-400的质量比，将浒苔滤饼加入水中混合均匀，制得浒苔悬浮液，浒苔浓度0.25-10g/100mL。

（3）将1-5g的聚丙烯酰胺加入900mL水中，置于磁力搅拌器上搅拌8-10h，得均匀澄清的聚丙烯酰胺溶液

（4）将步骤（2）制得的浒苔悬浮液100mL加入到步骤（2）制得的聚丙烯酰胺溶液中，搅拌3-5h，得聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂。

本发明制得的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂为一种澄清透明的液体；聚丙烯酰胺的浓度为1-5g/L，浒苔的浓度为0.25-10g/L。其密度为1.004-1.015Kg/m3，Zeta电位15.8-18.6mV。

本发明的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂的使用方法，步骤如下：

在污泥脱水过程中，将待处理污泥快速搅拌30s，混合均匀后加入所述的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，投加体积与污泥体积比为1:2-10；继续快速搅拌5-10min后，转为慢速搅拌20-30min，最后静置沉淀30-40min后，进行机械脱水。所述快速搅拌转速为150-200r/min，所述慢速搅拌转速为30-50r/min。

污泥颗粒表面多为负电荷，而聚丙烯酰胺是水溶性高分子聚合物为正电性，当其与污泥混合后，正负电荷发生中和，一些较小颗粒通过相互吸附拖带增加了自身质量，形成较大颗粒。而浒苔中含有大量的多糖、纤维素等大分子物质，可以吸附水中悬浮的固体粒子，通过粒子间吸附架桥作用使粒子凝聚成更大的絮凝物加速下沉，因而聚丙烯酰胺与浒苔的共同作用可形成更大的颗粒物，并具有更快的沉静速度，提升了污泥的脱水性。

本发明的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂的应用，用于生活污水、印染、造纸、日用化工等废水的污泥处理。

本发明与现有技术相比具有如下优良效果：

本发明的污泥脱水絮凝剂是以周期性爆发的浒苔为原料，采用简单预处理的方法与传统的污泥脱水剂聚丙烯酰胺联合使用，该药剂综合了浒苔分子量高、产品稳定性好、对胶体物质的吸附架桥能力强以及聚丙烯酰胺絮凝性好的优点。将浒苔与聚丙烯酰胺混合使用后，与单独使用聚丙烯酰胺相比，能显著提高污泥脱水效果。并且浒苔的投加可以减少聚丙烯酰胺的使用量，降低污泥脱水处理过程中的二次污染程度。

本发明具有生产工艺简捷、稳定性好、适用性强等特点，可广泛适用于生活污水、工业废水的处理，同时，也为定期爆发的浒苔灾害提供了变废为宝的利用途径。

具体实施方式

下面结合实施例、应用例对本发明做进一步说明。但不限于此。

实施例1：

所用浒苔取自青岛第一海滨浴场，将浒苔用自来水洗净，于70℃烘箱烘干后，在磁力粉碎机中粉碎成粉末，过40目筛，得浒苔粉末。配制0.5mol/L的氯化钙溶液，将浒苔粉末与0.5mol/L的氯化钙溶液以1:100的质量比混合，在25℃恒温水浴中搅拌浸提6h。浸提后的溶液进行减压抽滤后，滤饼在70℃下烘干4h。分别将2g、4g、6g、8g、10g浒苔粉末制得的滤饼加入100mL水中并混合均匀，制得浒苔悬浮液。将1g的聚丙烯酰胺缓慢加入900mL水中，置于磁力搅拌器上搅拌10小时后，将制得的浒苔悬浮液缓慢的加入到均匀澄清的聚丙烯酰胺溶液中，搅拌稳定5h得五种不同浒苔浓度的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂样品，其中聚丙烯酰胺浓度均为1g/L，浒苔浓度分别为2g/L、4g/L、6g/L、8g/L、10g/L，标记为No.1,No.2,No.3,No.4,No.5。

实施例2：

所用浒苔取自青岛第一海滨浴场，将浒苔用自来水洗净，于70℃烘箱烘干后，在磁力粉碎机中粉碎成粉末，过40目筛，得浒苔粉末干样。配制0.5mol/L的氯化钙溶液，将浒苔粉末干样与0.5mol/L的氯化钙溶液以1:120的质量比混合，在25℃恒温水浴中搅拌浸提6h。浸提后的溶液进行减压抽滤后，滤饼在70℃下烘干4h。将6g浒苔粉末制得的滤饼加入100mL水中并混合均匀，制得浒苔悬浮液。将1g的聚丙烯酰胺缓慢加入900mL水中，置于磁力搅拌器上搅拌10小时后，将制得的浒苔悬浮液缓慢的加入到均匀澄清的聚丙烯酰胺溶液中，搅拌稳定5h得聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂样品。其中聚丙烯酰胺浓度1g/L，浒苔浓度为6g/L。

实验例1：

将实施例1制备的五种聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂样品No.1,No.2,No.3,No.4,No.5，以药剂（脱水絮凝剂）：污泥的体积比为1:2的比例，用于济南市光大水务生活污水处理厂产生的活性污泥的脱水处理。同时与聚丙烯酰胺（标记为No.0）单独使用时的效果作对比。本发明絮凝剂药剂加入后，先按200r/min的转速快速搅拌5min后按40r/min的转速慢速搅拌20min，测量污泥毛细吸水时间，静置沉静30min后测量滤液体积，滤液浊度，脱水后的污泥含水率及污泥比阻。单独使用聚丙烯酰胺药剂时，药剂（聚丙烯酰胺）：污泥的体积比为1:2，按照相同的处理方法进行脱水效率的研究，处理结果列于表1。

表1聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂处理生活污水活性污泥的效果

从以上处理结果可见，聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂处理生活污水的活性污泥的效果明显优聚丙烯酰胺单独应用于水样的处理,当浒苔投加量6g/L脱水絮凝剂（No.3）时，处理效果达到最佳值。其滤液浊度降至2.13NTU，污泥毛细吸水时间减至5.9s，污泥比阻仅为0.20*10⁹s²/g，仅为单独使用聚丙烯酰胺处理时的1/2。但是在高的浒苔投加量下，脱水效率反而有下降的趋势。

实验例2：

将实施例2制备的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂样品作为药剂，以药剂：污泥的体积比为1：10、1:5、1:3.3、1：2.5和1:2的比例，用于济南市光大水务生活污水处理厂产生的活性污泥的脱水处理。同时与聚丙烯酰胺单独使用时的效果作对比。本发明药剂加入后，先按200r/min的转速快速搅拌5min后按40r/min的转速慢速搅拌20min，测量污泥毛细吸水时间，静置沉静30min后测量滤液体积，滤液浊度，脱水后的污泥含水率及污泥比阻，处理结果列于表2。

表2聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂处理生活污水活性污泥的效果

对比表1与表2可以看出，表1中聚丙烯酰胺单独使用且药剂（聚丙烯酰胺）：污泥的体积比为1:2时的实验数据，与表2中药剂（脱水絮凝剂）：污泥的体积比为1:3.3且浒苔投加量为6g/L污泥絮凝脱水剂时的处理效果相当。这说明浒苔的加入可大大减少聚丙烯酰胺的使用量，节省成本，同时减少污泥脱水过程中产生的二次污染。

实施例3：

如实施例2所述，所不同的是：将浒苔粉末干样与0.3mol/L的氯化钙溶液以1:150的质量比混合，在25℃恒温水浴中搅拌浸提6h。浸提后的溶液进行减压抽滤后，滤饼在70℃下烘干4h。将3g浒苔粉末制得的滤饼加入100mL水中并混合均匀，制得浒苔悬浮液。将2g的聚丙烯酰胺缓慢加入900mL水中，置于磁力搅拌器上搅拌10小时后，将制得的浒苔悬浮液缓慢的加入到均匀澄清的聚丙烯酰胺溶液中，搅拌4h得聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂样品。其中聚丙烯酰胺浓度2g/L，浒苔浓度为3g/L。按实施例1的方法处理活性污泥，其滤液浊度降至3.53NTU，污泥毛细吸水时间减至9.2s，污泥比阻仅为0.28*10⁹s²/g。

Claims

1.一种聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，是由浒苔悬浮液加入到聚丙烯酰胺水溶液中制成，该絮凝剂中，聚丙烯酰胺的浓度为1-5 g/L，浒苔的浓度为0.25-10 g/L，其密度为1.004-1.015 Kg/m³，Zeta电位15.8-18.6 mV；

制备步骤如下：

（1）将浒苔用水洗净、在60-70 ℃烘箱中烘干6-8 h；烘干后的浒苔在粉碎机中粉碎，过40-100目筛，得浒苔粉末；

（2）配制0.1-0.5 mol/L的氯化钙溶液，以浒苔粉末：所述氯化钙溶液=1：100-200的质量比，将步骤（1）的浒苔粉末加入所述的氯化钙溶液中，在20－40 ℃恒温水浴中搅拌浸提6-8 h；浸提后的溶液进行减压抽滤，滤饼在60-70 ℃烘箱中烘干3-6 h，得浒苔滤饼；按浒苔粉末：水=1:10-400的质量比，将浒苔滤饼加入水中混合均匀，制得浒苔悬浮液，浒苔浓度0.25-10 g/100 mL；

（3）将1-5 g的聚丙烯酰胺加入900 mL水中，置于磁力搅拌器上搅拌8-10 h，得均匀澄清的聚丙烯酰胺溶液；

（4）将步骤（2）制得的浒苔悬浮液100 mL加入到步骤（3）制得的聚丙烯酰胺溶液中，搅拌3-5 h，得聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂。

2.如权利要求1所述的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，其特征在于聚丙烯酰胺的浓度为1-2 g/L，浒苔的浓度为2-8 g/L。

3.如权利要求1所述的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，其特征在于聚丙烯酰胺的浓度为1 g/L，浒苔的浓度为6 g/L。

4.如权利要求1所述的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，其特征在于所述聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺或两性型聚丙烯酰胺。

5.如权利要求1所述的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，其特征在于所述浒苔粉末粒度为0.15-0.45 mm，比表面积为6-10 m²/g。

6.权利要求1-5任一项所述聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂的使用方法，步骤如下：

在污泥脱水过程中，将待处理污泥快速搅拌30 s，混合均匀后加入所述的聚丙烯酰胺-浒苔污泥脱水絮凝剂，投加体积与污泥体积比为1:2-10；继续快速搅拌5-10 min后，转为慢速搅拌20-30 min，最后静置沉淀30-40 min后，进行机械脱水，所述快速搅拌转速为150-200 r/min，所述慢速搅拌转速为30-50 r/min。