CN103951156A - 一种利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂，由甘蔗渣和蒙脱石按85-90:10-15的质量比配置而成，其制备方法为：(1)配置混合溶液：取水、氢氧化钠和乙醇配置成混合溶液；(2)甘蔗渣预处理：将甘蔗渣加入到混合溶液中，然后将其放置在高压锅中灭菌，再将其过滤后取滤渣烘干；(3)配制甘蔗渣生物絮凝剂：将烘干后的滤渣加入到上述配置好的混合溶液中并加入复合酶对滤渣进行酶解，即得到甘蔗渣生物絮凝剂；(4)配制污泥脱水絮凝剂：在甘蔗渣生物絮凝剂中加入蒙脱石后搅拌掺混一定时间，即制得污泥脱水絮凝剂。本发明成本较低、絮凝效果好、生产工艺简单，生产周期短，有利于进行批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及甘蔗渣资源利用技术领域，特别是涉及一种利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂及其制备方法。
背景技术
在污泥的处理和处置过程中，污泥脱水是其中很重要的一个环节。所谓脱水，就是通过调整固体粒子群性质及其排列状态，减小固体颗粒与水的亲和力，使凝聚力增强，颗粒变大，使固液分离更加容易。由于污泥颗粒的特殊絮体结构及高度亲水性，使其包含的水分很难被脱除，污泥中水分含量高达95％～97％，导致污泥有巨大的容积，这给污泥的后续处理带来很大困难。所以，在处理污泥时，必须先将污泥中的水除去，以缩小污泥的体积，减轻污泥的重量，这样将在很大的程度上减小了对污泥处理的工作强度。目前，污泥调质的方法主要有生物调质法(如厌氧和好氧消化)、化学调质法和物理调质法三大类。而在污泥中投加絮凝剂的化学调质法，因为作简单、效果好而成为比较常用的脱水方法。在污泥中加入絮凝剂进行调质后，使污泥的脱水性能得到大大改善，在后续的机械脱水中更容易脱水，便于后续对污泥的处理和处置。
污泥以有机污泥为主，带有一定的负电荷，因此，选用的絮凝剂为阳离子絮凝剂。污泥脱水用的絮凝剂有很多种，由于其他种类的絮凝剂脱水效果不理想，所以目前最常用的污泥脱水絮凝剂是人工合成的有机高分子聚丙烯酰胺(PAM)，例如，中国专利申请号为03121575.0“使用离子液体合成聚丙烯酰胺的方法及由此得到的聚丙烯酰胺”，其脱水效果较好，但在脱水过程中会水解成丙烯酸和有机胺等有毒单体而给环境带来污染，且聚丙烯酰胺的价格较贵。因此，研发一种既环保又经济的污泥脱水絮凝剂是十分必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂及其制备方法，以克服现有的聚丙烯酰胺作为絮凝剂使用时部分聚丙烯酰胺水解成丙烯酸和有机胺等物质给环境带来的污染而存在的不足。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题:
一种利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂，该污泥脱水絮凝剂是由甘蔗渣和蒙脱石按85-90:10-15的质量比配置而成。
利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置混合溶液：取水、0.7-0.9％氢氧化钠和14-16％乙醇配置成混合溶液，其中，水、氢氧化钠和乙醇的体积比为78-84:6-10:10-12；
(2)甘蔗渣预处理：首先按19-21g甘蔗渣/L混合溶液的量向混合溶液中加入甘蔗渣，将其配置成悬浮液Ⅰ；然后将悬浮液Ⅰ放置在高压锅中灭菌，控制高压锅的温度为110-130℃，经过80-100min后将悬浮液Ⅰ进行过滤，并取滤渣在50-70℃的温度下烘干12-14h；
(3)配制甘蔗渣生物絮凝剂：将步骤(2)中烘干后的滤渣与步骤(1)中配置的混合溶液按19-21g甘蔗渣/L混合溶液的量配置成悬浮液Ⅱ，在悬浮液Ⅱ中加入复合酶对滤渣进行酶解，添加的复合酶与甘蔗渣的质量比为2-3:100，调节悬浮液Ⅱ的pH值为4-6，并控制酶解时间为10-15h，即得到甘蔗渣生物絮凝剂；
(4)配制污泥脱水絮凝剂：在甘蔗渣生物絮凝剂中加入蒙脱石，然后将其搅拌掺混1.5-3h，即制得污泥脱水絮凝剂，其中，甘蔗渣生物絮凝剂的质量分数为85-90％，蒙脱石的质量分数为10-15％；搅拌掺混时的温度控制为10-35℃，压强为0.09-0.101Mpa。
优选地，所述氢氧化钠和乙醇的浓度分别为0.8％和15％。
优选地，所述水、氢氧化钠和乙醇的体积比为80:9:11；
优选地，所述步骤(2)中，按20g甘蔗渣/L混合溶液的量向混合溶液中加入甘蔗渣。
优选地，所述步骤(2)中，控制高压锅的温度为120℃，经过90min后将悬浮液Ⅰ进行过滤，并取滤渣在60℃的温度下烘干13h。
优选地，所述步骤(3)中，混合溶液按20g甘蔗渣/L混合溶液的量配置成悬浮液Ⅱ。
优选地，所述复合酶为纤维素酶。
优选地，所述蒙脱石中累托石的含量为70％，蒙脱石的细度为100-335目。
优选地，所述步骤(4)中甘蔗渣生物絮凝剂的质量分数为88％，蒙脱石的质量分数为12％，搅拌掺混的时间为2h。
本发明的有益效果在于：
1.成本较低，本发明所用的主要原料甘蔗渣和蒙脱石不仅价格较低，而且材料来源广泛。最终生产所投入的成本比生产聚丙烯酰胺低8-12％。
2.絮凝效果好，沉淀时间为20-30min，与其他絮凝剂相比，该絮凝剂的沉淀时间缩短20-30％。
3.对环境无害，本发明所用的原材料甘蔗渣和蒙脱石均不含有毒物质，两者混合后也不会产生有毒物质，不会给环境带来污染和破坏。
4.本发明的生产工艺简单，生产周期短，有利于进行批量化生产。
5.本发明将甘蔗渣用来生产污泥脱水絮凝剂，扩展了甘蔗渣资源利用的途径。
具体实施方式
为了方便本领域的技术人员理解，下面将结合实施例对本发明做进一步的描述。实施例仅仅是对该发明的举例说明，不是对本发明的限定，实施例中未作具体说明的步骤均是已有技术，在此不做详细描述。
本发明所用到的原料甘蔗渣是将甘蔗用于制糖或酒，榨汁之后就产生大量的甘蔗渣，甘蔗渣中含有粗蛋白质2.0％、粗纤维44-46％、粗脂肪0.7％、无氮浸出物42％和粗灰分2-3％，是一笔非常集中且数量较多的资源。目前，甘蔗渣的主要用途是用作燃料、发酵和生产饲料等，其中，绝大部分是用作燃料或者废弃。本发明将甘蔗渣用作生产脱水絮凝剂的主要原料，不仅拓宽了甘蔗渣资源利用的途径，也使得生产的絮凝剂成本较低。
本发明用到的原料蒙脱石，又名微晶高岭石，是一种硅铝酸盐，其主要成分为八面体蒙脱石微粒。蒙脱石的物理性质为：白色，有时为浅灰、粉红、浅绿色。鳞片状者解理完全。硬度2.0-2.5。相对密度2.0-2.7。甚柔软。有滑感。加水膨胀，体积能增加几倍，并变成糊状物。具有很强的吸附力及阳离子交换性能。热分析：在80-250℃之间出现第一个吸热谷，脱去层间水和吸附水。一般钠蒙脱石脱水温度较低，且为单吸热谷，钙蒙脱石脱水温度较高，并出现复合谷。第二个吸热谷出现于600-700℃之间，脱结构水。第三个吸热谷在800-935℃，晶格完全破坏。其后，紧接着一放热峰，有新相尖晶石和石英生成。
实施例一
分别量取水1560mL、浓度为0.7％的氢氧化钠200mL和浓度为14％的乙醇240mL，将三者混合配置成混合溶液；取1L该混合溶液并向其中加入19g甘蔗渣配置成悬浮液Ⅰ，然后将悬浮液Ⅰ放置在高压锅中灭菌，控制高压锅的温度为110℃，100min后将悬浮液Ⅰ进行过滤，并取滤渣在50℃的温度下烘干14h；将烘干后的滤渣加入到上述配置好的余下的1L混合溶液配置成悬浮液Ⅱ，在悬浮液Ⅱ中加入0.38g纤维素酶对滤渣进行酶解，调节悬浮液Ⅱ的pH值为4，并控制酶解时间为10h，即得到甘蔗渣生物絮凝剂；在甘蔗渣生物絮凝剂中加入细度为335目的蒙脱石194g，然后将其在温度为10℃、压强为0.090Mpa的环境下搅拌掺混3h，即制得可直接溶于水的分子量为50000、粘度为90mPa·S的污泥脱水絮凝剂。
向盛有1L污泥的烧杯中加入1mL所制得的污泥脱水絮凝剂，搅拌3min后静置沉淀，30min后测得的污泥的SVI值由97.0％降低到11.0％。
实施例二
分别量取水1680mL、浓度为0.9％的氢氧化钠120mL和浓度为16％的乙醇200mL，将三者混合后配置成混合溶液；取1L该混合溶液并向其中加入21g甘蔗渣配置成悬浮液Ⅰ，然后将悬浮液Ⅰ放置在高压锅中灭菌，控制高压锅的温度为130℃，80min后将悬浮液Ⅰ进行过滤，并取滤渣在70℃的温度下烘干12h；将烘干后的滤渣加入到上述配置好的余下的1L混合溶液配置成悬浮液Ⅱ，在悬浮液Ⅱ中加入0.42g纤维素酶对滤渣进行酶解，调节悬浮液Ⅱ的pH值为6，并控制酶解时间为15h，即得到甘蔗渣生物絮凝剂；在甘蔗渣生物絮凝剂中加入细度为335目的蒙脱石133g，然后将其在温度为35℃、压强为0.101Mpa的环境下搅拌掺混3h，即制得可直接溶于水的分子量为100000、粘度为120mPa·S的污泥脱水絮凝剂。
向盛有1L污泥的烧杯中加入1mL所制得的甘蔗渣生物絮凝剂，加后搅拌3min后静置沉淀，30min后测得的污泥的SVI值由98.5％降低到13.0％。
实施例三
分别量取水1600mL、浓度为0.8％的氢氧化钠180mL和浓度为15％的乙醇220mL，将三者混合后配置成混合溶液；取1L该混合溶液并向其中加入20g甘蔗渣配置成悬浮液Ⅰ，然后将悬浮液Ⅰ放置在高压锅中灭菌，控制高压锅的温度为120℃，90min后将悬浮液Ⅰ进行过滤，并取滤渣在60℃的温度下烘干13h；将烘干后的滤渣加入到上述配置好的余下的1L混合溶液配置成悬浮液Ⅱ，在悬浮液Ⅱ中加入0.40g纤维素酶对滤渣进行酶解，调节悬浮液Ⅱ的pH值为5，并控制酶解时间为12h，即得到甘蔗渣生物絮凝剂；在甘蔗渣生物絮凝剂中加入细度为200目的蒙脱石157g，然后将其在温度为20℃、压强为0.100Mpa的环境下搅拌掺混2h，即制得可直接溶于水的分子量为80000、粘度为100mPa·S的污泥脱水絮凝剂。
向盛有1L污泥的烧杯中加入1mL所制得的甘蔗渣生物絮凝剂，搅拌3min后静置沉淀，30min后测得的污泥的SVI值由97.5％降低到11.5％。
Claims (10)
1.一种利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂，其特征在于：该污泥脱水絮凝剂是由甘蔗渣和蒙脱石按85-90:10-15的质量比配置而成。
2.根据权利要求1所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配置混合溶液：取水、0.7-0.9％氢氧化钠和14-16％乙醇配置成混合溶液，其中，水、氢氧化钠和乙醇的体积比为78-84:6-10:10-12；
(2)甘蔗渣预处理：首先按19-21g甘蔗渣/L混合溶液的量向混合溶液中加入甘蔗渣，将其配置成悬浮液Ⅰ；然后将悬浮液Ⅰ放置在高压锅中灭菌，控制高压锅的温度为110-130℃，经过80-100min后将悬浮液Ⅰ进行过滤，并取滤渣在50-70℃的温度下烘干12-14h；
(3)配制甘蔗渣生物絮凝剂：将步骤(2)中烘干后的滤渣与步骤(1)中配置的混合溶液按19-21g甘蔗渣/L混合溶液的量配置成悬浮液Ⅱ，在悬浮液Ⅱ中加入复合酶对滤渣进行酶解，添加的复合酶与甘蔗渣的质量比为2-3:100，调节悬浮液Ⅱ的pH值为4-6，并控制酶解时间为10-15h，即得到甘蔗渣生物絮凝剂；
(4)配制污泥脱水絮凝剂：在甘蔗渣生物絮凝剂中加入蒙脱石，然后将其搅拌掺混1.5-3h，即制得污泥脱水絮凝剂，其中，甘蔗渣生物絮凝剂的质量分数为85-90％，蒙脱石的质量分数为10-15％；搅拌掺混时的温度控制为10-35℃，压强为0.09-0.101Mpa。
3.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠和乙醇的浓度分别为0.8％和15％。
4.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述水、氢氧化钠和乙醇的体积比为80:9:11。
5.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，按20g甘蔗渣/L混合溶液的量向混合溶液中加入甘蔗渣。
6.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，控制高压锅的温度为120℃，经过90min后将悬浮液Ⅰ进行过滤，并取滤渣在60℃的温度下烘干13h。
7.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，按20g甘蔗渣/L混合溶液的量配置成悬浮液Ⅱ。
8.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述复合酶为纤维素酶。
9.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述蒙脱石中累托石的含量为70％，蒙脱石的细度为100-335目。
10.根据权利要求2所述的利用甘蔗渣制备的污泥脱水絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中甘蔗渣生物絮凝剂的质量分数为88％，蒙脱石的质量分数为12％，搅拌掺混的时间为2h。
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