CN103253840A

CN103253840A - 一种从剩余污泥中提取天然酸洗缓蚀剂的方法及其应用

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Publication number: CN103253840A
Application number: CN2013101816050A
Authority: CN
Inventors: 汤兵; 苏文; 丁杰伟
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN103253840B

Abstract

本发明公开了一种从剩余污泥中提取天然酸洗缓蚀剂的方法及其应用，该方法以城市污水处理厂二沉池产出的剩余污泥为原料，通过超声预处理破坏其结构后，再用盐酸水热法提取剩余污泥中活性成分作为天然酸洗缓蚀剂；该天然酸洗缓蚀剂应用在钢材表面酸洗中；本发明是一种以酸水解剩余污泥得到的活性成分为主的天然酸洗缓蚀剂，具有用量低、提取原料来源广泛、提取方法简便易行等优点，提取的缓蚀剂易生物降解，对环境无毒害。

Description

一种从剩余污泥中提取天然酸洗缓蚀剂的方法及其应用

技术领域

本发明涉及环境保护、资源综合利用及金属材料表面等技术领域，具体涉及一种从剩余污泥中提取天然酸洗缓蚀剂的方法及其应用。

背景技术

钢铁酸洗过程中使用缓蚀剂是防止钢材过腐蚀常用的做法，工业生产中常用的传统缓蚀剂包括铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、有机胺类、硫脲类等，虽然这些缓蚀剂缓蚀效果显著，但它们存在毒性大、难降解、成本高等缺点，这些缓蚀剂的应用会带来一些经济和环境问题。因此，廉价绿色天然环保缓蚀剂是新一代缓蚀剂发展的一个重要方向。

城市生活污水处理厂运行过程中剩余污泥含有大量的易腐败的有机物质，包括蛋白质、聚多糖、脂类及寄生虫卵、病原微生物或其他有毒有害物质，不进行妥善处理，会对环境造成直接或者间接的污染。填埋、焚烧等方法虽可有效实现剩余污泥的处理处置，但在应用上存在诸多限制，因此资源化综合利用污泥便成为一个重要的方向。迄今，已有利用剩余污泥生产氨基酸微肥、饲料添加剂、建材、生物能源等方面的应用研究。这些应用研究表明城市污水处理厂剩余污泥的资源化利用可有效地实现污泥减量化并减轻其潜在的环境风险，具有较大的环境及经济效益。剩余污泥中大部分有机成分为蛋白质，其水解之后的稳定成分是多种分子构成的氨基酸，其分子结构中含有多种活性基团，而这些活性基团可在金属材料表面定向排列并形成保护膜，从而可在酸洗过程中对金属材料产生良好的缓蚀作用。利用一定的手段将剩余污泥中的活性成分提取出来，可得到一种天然绿色易降解的酸洗缓蚀剂，不仅实现得到了一种新型酸洗缓蚀剂产品，还可以实现剩余污泥有效利用及减量化。剩余污泥来源充分、价格低廉，利用本方法在为钢铁酸洗提供高效廉价缓蚀剂的同时又能够解决目前处理剩余污泥的难题。

发明内容

城市生活污水处理厂的建设对于净化城市生活污水起到了积极作用，但基于生化处理的城市生活污水厂的运行不可避免地产生了大量的剩余污泥。剩余污泥含水率高，还有较多易腐败的有机成分，其处理处置则在最近十多年来成为了城市环境保护及管理的一大难题。本发明针对剩余污泥处理处置的难题及对工业酸洗缓蚀剂需往绿色环保方面的发展的需求，提供一种从剩余污泥中提取天然酸洗缓蚀剂的方法及其应用。

本发明的基本原理是：剩余污泥中含有大量的蛋白质类物质，通过加入盐酸对其进行热酸水解可将蛋白质类物质分解成多种氨基酸的有效成分，氨基酸所含的N、O、S等原子含有孤对电子，能与过渡金属原子中的空d轨道形成配位键，其疏水性的碳骨架能阻止酸洗液中氢离子与金属的反应，从而实现缓蚀作用。

本发明通过以下技术方案予以实现。

本发明提供的一种从剩余污泥中提取天然酸洗缓蚀剂的方法，以城市污水处理厂二沉池产出的剩余污泥为原料，通过超声预处理破坏其结构后，再用盐酸水热法提取剩余污泥中活性成分作为天然酸洗缓蚀剂。

其具体步骤如下：

1）调节：将城市污水处理厂二沉池产出的剩余污泥的含水率通过沉降或离心的方式调节为93~98 %（wt.）；

2）超声预处理：将调节好含水率的剩余污泥置入到超声反应器中，利用40kHz的超声波预处理70~110分钟，破坏剩余污泥的絮体结构；

3）热酸水解：将经过超声预处理的剩余污泥与含HCl有效成分为32~37 %（wt.）的盐酸按体积比为100：6~12的比例进行充分混合，然后加热至70~100℃，保持温度水解14~24小时；

4）过滤：将完成热酸水解后的混合物进行过滤，分别得到滤液和滤渣，除去不溶残渣，滤液中含有天然酸洗缓蚀剂。

本发明还提供一种所述的从剩余污泥中提取的天然酸洗缓蚀剂的应用，即根据滤液中残余HCl的含量，将滤液、工业盐酸及水配成含HCl有效成分为10 %（wt.）的混合液，将此混合液作为钢材表面酸洗的清洗液，并在30℃~60℃下使用。

本发明的有益效果：

1、本发明是利用解剩余污泥为原料，得到以热酸水解氨基酸为主要成分的天然酸洗缓蚀剂，原料来源广泛、提取方法简便易行等优点，提取的缓蚀剂易生物降解，对环境无毒害，不仅能够为钢铁工业酸洗提供高效、廉价缓蚀剂，还能解决剩余污泥处理处置的难题。

2、酸解反应之前采用了超声预处理步骤，有利于破坏剩余污泥的絮体及微生物细胞结构，便于加快热酸水解反应的进行。

3、水解混合物经过过滤分离后，所得到滤液配入合适的浓盐酸后可直接作为酸洗清洗液使用，避免了有效成分提纯及盐酸回收的步骤，操作简便易行。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

为进一步说明本发明的效果，结合以下实例进行说明，但本发明并不限于以下这些例子。

制备实施例1

剩余污泥来自城市生活污水处理厂二沉池，污泥性质如下：剩余污泥含水率 96.0 %（wt.），MLSS 40.0 g/L，MLVSS 27.2 g/L。污泥水解前采用超声波预处理破坏污泥的絮状结构，超声反应器工作条件为：预处理时间90分钟，超声频率40 kHz。取100ml预处理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入12 ml浓盐酸（37.0% wt.），用塑料薄膜密封后置于恒温水浴锅中加热水解，水解温度为70±0.5 ℃，水解时间为22小时，水解后过滤除去不溶残渣，得到的红褐色透明液体即为所述缓蚀剂，参照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法测得所得溶液中氨基酸浓度为0.15 g/L。

制备实施例2

剩余污泥来自城市生活污水处理厂二沉池，污泥性质如下：剩余污泥含水率 97.0% （wt.），MLSS 30.0 g/L，MLVSS 18.9 g/L。污泥水解前采用超声波预处理破坏污泥的絮状结构，超声反应器工作条件为：预处理时间90分钟，超声频率40 kHz。取100ml预处理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入12 ml浓盐酸（37.0% wt.），用塑料薄膜密封后置于恒温水浴锅中加热水解，水解温度为90±0.5 ℃，水解时间为14小时，水解后过滤除去不溶残渣，得到的红褐色透明液体即为所述缓蚀剂，参照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法测得所得溶液中氨基酸浓度为0.48 g/L。

制备实施例3

剩余污泥来自城市生活污水处理厂二沉池，污泥性质如下：剩余污泥含水率 98.0%（wt.），MLSS 20.0 g/L，MLVSS 12.6 g/L。污泥水解前采用超声波预处理破坏污泥的絮状结构，超声反应器工作条件为：预处理时间90分钟，超声反应频率40 kHz。取100ml预处理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入10 ml浓盐酸（37.0% wt.），用塑料薄膜密封后置于恒温水浴锅中加热水解，水解温度为100±0.5 ℃，水解时间为18小时，水解后过滤除去不溶残渣，得到的红褐色透明液体即为所述缓蚀剂，参照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法测得所得溶液中氨基酸浓度为0.60 g/L。

制备实施例4

剩余污泥来自城市生活污水处理厂二沉池，污泥性质如下：剩余污泥含水率 93.0%（wt.），MLSS 70.0 g/L，MLVSS 47.6 g/L。污泥水解前采用超声波预处理破坏污泥的絮状结构，超声反应器工作条件为：预处理时间110分钟，超声反应频率40 kHz。取100ml预处理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入10 ml浓盐酸（37.0% wt.），用塑料薄膜密封后置于恒温水浴锅中加热水解，水解温度为80±0.5 ℃，水解时间为20小时，水解后过滤除去不溶残渣，得到的红褐色透明液体即为所述缓蚀剂，参照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法测得所得溶液中氨基酸浓度为0.50 g/L。

制备实施例5

剩余污泥来自城市生活污水处理厂二沉池，污泥性质如下：剩余污泥含水率 95.0%（wt.），MLSS 50.0 g/L，MLVSS 30.8 g/L。污泥水解前采用超声波预处理破坏污泥的絮状结构，超声反应器工作条件为：预处理时间70分钟，超声反应频率40 kHz。取100ml预处理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入10 ml浓盐酸（37.0% wt.），用塑料薄膜密封后置于恒温水浴锅中加热水解，水解温度为100±0.5 ℃，水解时间为18小时，水解后过滤除去不溶残渣，得到的红褐色透明液体即为所述缓蚀剂，参照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法测得所得溶液中氨基酸浓度为0.45 g/L。

使用实施例1

使用制备实施例2 本发明所得提取液加入量与缓蚀率的关系

将制备实施例2中制备的提取液5-17ml与25-27ml的浓盐酸（37%，wt.）、水配成100ml含HCl有效成分为10%（wt.）的酸洗液，在30-60℃下条件下浸没清洗碳钢2小时，得到如下表1结果：

表1 提取液加入量与缓蚀率的关系

Figure 2013101816050100002DEST_PATH_IMAGE002

使用实施例2

使用制备实施例3 本发明所得缓蚀剂加入量与缓蚀率的关系

将制备实施例3中制备的提取液5-17ml与25-27ml的浓盐酸（37%，wt.）、水配成100ml含HCl有效成分为10%（wt.）的酸洗液，在30-60℃下条件下浸没清洗碳钢2小时，得到如下表2结果：

表2 提取液加入量与缓蚀率的关系

Figure 2013101816050100002DEST_PATH_IMAGE004

（1）腐蚀速率计算公式：

Figure 2013101816050100002DEST_PATH_IMAGE006

1)

式中：v—腐蚀速率，g·m^-2·h^-1；m ₁，m ₂—实验前后试样质量，g；S—试样的腐蚀表面积，m²；t—实验时间，h。

（2）腐蚀失重法缓蚀率计算公式：

Figure 2013101816050100002DEST_PATH_IMAGE008

2)

式中：η—缓蚀率，%；v ₀，v ₁—未加和加缓蚀剂条件下的腐蚀速率，g·m^-2·h^-1。

Claims

1.一种从剩余污泥中提取天然酸洗缓蚀剂的方法，其特征在于：以城市污水处理厂二沉池产出的剩余污泥为原料，通过超声预处理破坏其结构后，再用盐酸水热法提取剩余污泥中活性成分作为天然酸洗缓蚀剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其具体步骤如下：

1）调节：将城市污水处理厂二沉池产出的剩余污泥的含水率通过沉降或离心的方式调节为93~98 wt .%；

2）超声预处理：将调节好含水率的剩余污泥置入到超声反应器中，使用40kHz的超声波预处理70~110分钟，破坏剩余污泥的絮体结构；

3）热酸水解：将经过超声预处理的剩余污泥与含HCl有效成分为32~37 wt. %的盐酸按体积比为100：6~12的比例进行充分混合，然后加热至70~100℃，保持温度水解14~24小时；

3.一种权利要求1所述的从剩余污泥中提取的天然酸洗缓蚀剂的应用，其特征在于：根据滤液中残余HCl的含量，将滤液与工业盐酸、水配成含HCl有效成分为10 wt.%的混合液，将此混合液作为钢材表面酸洗的清洗液，并在30℃~60℃下使用。