CN106006906A - 一种生物可降解絮凝剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物可降解絮凝剂，包括以下组分：动物干酪素、淀粉、甲壳素及辅助剂。本发明所述生物可降解絮凝剂既能够有效捕捉污水中杂质，又可以将其中负电荷颗粒快速吸附，而且具有化学和物理双重吸附作用，并且在辅助剂的作用下能达到净水的功效，使得生物可降解絮凝剂用于工业和生活污水的处理中絮凝沉降快、用量少、去除率高、无毒副作用、可自然降解，同时使絮凝后的污泥减量化、稳定化、无害化、资源化处置。

Description

一种生物可降解絮凝剂

技术领域

本发明属于生物水处理制剂及其应用领域，具体涉及一种应用于工业污水及生活污水处理的生物可降解絮凝剂。

背景技术

据中国住建部统计，到2015年，全年城镇工业与生活污水处理厂湿污泥(含水率80％)产生量将达到3359万吨，即日产污泥9.2万吨。由于污水处理厂的污泥造成的二次污染问题日趋严重，已成为影响城市周围环境的一大公害，污泥处理处置需求迫切存在。污水处理行业长期以来“重水轻泥”，造成污水处理厂产生的污泥得不到妥善处理，外运污泥中的有机污染物及化学絮凝剂残留通过各种途径又回到水环境中，使污水处理事倍功半。现行技术最大的瓶颈在于污水处理厂处置的最终环节——泥水分离阶段，广泛采用聚丙烯酰胺这一化学絮凝剂作为污泥絮凝剂。污泥是由微细颗粒组成，其分子结构非常紧密，水份低于30％后就会自然硬化，加之聚丙烯酰胺絮凝剂较好的化学稳定性和其较强的包覆作用，不仅无法自然降解而且遇水后还会产生逆向絮凝作用，无疑是雪上加霜。这就使得污泥在后续堆放或处置过程中始终处于半厌氧状态，水分难以挥发，污泥的有机质无法转变为腐殖质，污泥臭味较大；板结土地；污染地下水，对环境造成了恶劣影响。针对此情况，急需研发一种基于生物处理法；絮凝能力强；可自然降解；无毒副作用；使污泥减量化、稳定化、无害化、资源化处置成为可能性的新型生物絮凝技术。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种生物可降解絮凝剂，来解决现有技术中絮凝剂不易降解，污染环境，絮凝后的污泥难在处理的问题。

本发明的技术方案是：

一种生物可降解絮凝剂，包括以下组分：动物干酪素、淀粉、甲壳素及辅助剂。

进一步的，所述生物可降解絮凝剂各组分的质量百分数为：动物干酪素30％、淀粉45％、甲壳素15％及辅助剂10％。

进一步的所述辅助剂为聚合硫酸铝铁、三氯化铁的混合物，其中聚合硫酸铝铁与三氯化铁占所述辅助剂的重量百分数为50％。

所述生物可降解絮凝剂的制备方法为：按照所述质量百分数称取各组分，复配后均匀混掺即可。

使用时，优选的将所述絮凝剂加入水配置为溶液，以便喷洒均匀，优选的所述溶液的浓度为5‰。

其中，干酪素是一种天然的高分子蛋白质，是牛奶中氮骨架化合物的主要组成部分，一般以大分子胶粒形式与钙离子结合，相对分子质量在23600-56000之间，大分子的干酪素能够将污水中的杂质捕捉到它的复杂结构之中，从而达到去除废水中大多数污染物的效果；

淀粉其中所带正电荷对污水中胶体颗粒进行电性中和，还能发挥其高分子长链的吸附架桥作用，有效的将污水中带负电荷的颗粒吸附在长链上，从而达到高效絮凝的作用；

甲壳素含有大量的羟基和氨基，可与其他有机分子，如蛋白质、氨基酸、核酸、酚类化合物、醌类化合物、脂肪酸等形成氢键、共价键或配位键而牢固结合。甲壳素对有机物的吸附有化学吸附和物理吸附。化学吸附是单层吸附，有选择性。物理吸附是通过静电引力、疏水交互作用、范德华力等的吸附，甲壳素作为水处理剂时吸附性好、几乎无毒、螯合能力强、无二次污染；

聚合硫酸铝铁与三氯化铁为净水剂，作为生物可降解絮凝剂的辅助剂，兼具了铝盐的净水效果和铁盐的安全无害。

本发明所述生物可降解絮凝剂由于主要成分皆为畜牧业与农业的衍生品，所以在自然界可以自行降解，因此本发明的技术方案还包括生物可降解絮凝剂的可自然降解性能。所述絮凝剂在温度为30℃～32℃，相对湿度为85％rh时，按照GB/T 19276.1(水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定密闭呼吸计中需氧量的方法)进行60天生物自然降解率实验验证其生物自然降解率＞68％。

本发明所述生物可降解絮凝剂用于处置食品、肉类加工；造纸；造酒；生物制药等众多工业企业的污水以及市政生活污水、工业园污水的效果极佳，因此本发明的技术方案还包括生物可降解絮凝剂用于工业污水处理以及生活污水处理的用途。

本发明所述生物可降解絮凝剂由于主要原料来源于生物原料，所以对生物和人均无危害性，因此本方案包括生物可降解絮凝剂的安全性。该絮凝剂在小白鼠急性毒性实验中，实验对象一次吞食1g/kg(小鼠体重按20g计算，实际吞服絮凝剂量为0.02g)后，体态；饮食；运行等均无异常反应，所以在实践生产中可以安全应用。

基于所述各组分的分子结构及作用原理，其任何配比均能达到絮凝及污水处理的结果，均应属于本申请保护的范围。

本发明的有益效果为：

本发明利用动物干酪素、淀粉以及甲壳素为主要原料的生物可降解絮凝剂，使用这些成分制造的生物可降解絮凝剂既能够有效捕捉污水中杂质，又可以将其中负电荷颗粒快速吸附，而且具有化学和物理双重吸附作用，并且在辅助剂的作用下能达到净水的功效，使得生物可降解絮凝剂用于工业和生活污水的处理中絮凝沉降快、用量少、去除率高、无毒副作用、可自然降解，同时使絮凝后的污泥减量化、稳定化、无害化、资源化处置。

具体实施方式

实施例1

一种生物可降解絮凝剂，包括以下组分：动物干酪素、淀粉、甲壳素及辅助剂。

进一步的，所述生物可降解絮凝剂个组分的质量百分数为：动物干酪素30％、淀粉45％、甲壳素15％及辅助剂10％。

进一步的所述辅助剂为聚合硫酸铝铁、三氯化铁，其中聚合硫酸铝铁与三氯化铁占所述辅助剂的重量百分数为50％。

所述生物可降解絮凝剂的制备方法为：按照所述质量百分数称取各组分，复配后均匀混掺即可。

实施例2

一种生物可降解絮凝剂，包括以下组分：动物干酪素1.5g、淀粉2.25g、甲壳素0.75g、聚合硫酸铝铁0.25g、三氯化铁0.25g。将所述各组分称量复配后均匀混掺，即得所述生物可降解絮凝剂。

制备方法同实施例1，进一步的，称取生物可降解絮凝剂5g，溶于1000ml水中，调配成浓度为5‰的水溶液。

实施例3

一种生物可降解絮凝剂，包括以下组分：动物干酪素0.06g、淀粉0.09g、甲壳素0.03g、聚合硫酸铝铁0.01g、三氯化铁0.01g。

将所述各组分称量复配后均匀混掺，即得所述生物可降解絮凝剂。

验证试验

应用实施例1所述生物可降解絮凝剂处理山东某造纸厂造纸污泥，其中污泥含水率为97.69％；干污泥有机物含量为62.00％，灰分含量为38.00％；pH值为7.2；干污泥纤维含量为38.12％，所有百分含量均为质量百分比。由此可知，污泥为中性，其含水率是相当大的，污泥灰分含量较小，有机物中主要是纤维素。观察其污泥压滤效果以及出污泥后水分的析出效果和生物可降解絮凝剂在自然放置下的降解情况。

具体处理过程为：1.按照工作液浓度5‰的比例将生物可降解絮凝剂加入带式压滤机设。2.在压滤机配药罐中将生物可降解絮凝剂搅拌1小时以上使其充分接枝，在进入压滤机前使药剂与污水预絮凝6-8分钟。3.将药剂与污泥的混合溶液通过压滤机。4.压滤出污泥后检测含水率，并将污泥静止于实验场地观测污泥中水分的析出情况。5.将污泥自然放置于场地中60天，观测污泥污泥的孵化情况以及生物可降解絮凝剂的自然降解情况(即生物可降解絮凝剂是否存在残留，是否存在逆向絮凝情况)。实验结果见表1。

表1 压滤污泥60天析出水分及生物可降解絮凝剂降解情况

上表中，污泥水分降到45％后就无明显水分析出是因为污泥中有机物的细胞壁中含有大量水分，这部分水分利用市面上主流絮凝剂的作用都无法将其析出，并且由于市场主流絮凝剂(如聚丙烯酰胺)不能自然降解，对污泥有包覆作用即絮凝住了泥也絮凝住了水分，使污泥透气性差水分无法从中析出；而且存在逆向絮凝情况，一旦压滤后污泥遇到水(如雨水、露水等)，在其中会产生接枝反应，使污泥水分增加并且有粘腻性，造成污泥板结，后序处置雪上加霜。

生物可降解絮凝剂本身虽然也无法细胞破壁，但其具有的可自然降解性能可以在污泥中自然分解，不对其造成包覆性，无逆向絮凝情况，所以污泥透气性增强，污泥水分大于50％时会有明显析出，水分小于50％时虽无明显析出，但是可以自然风干腐化，含水量持续下降，为后续的好氧堆肥等资源化利用提供了良好的先决条件。

以下实验验证生物可降解絮凝剂的生物自然降解率，实验采用GBT 19276.1-2003水性培养液中材料最终需氧生物降解能力的测定采用测定密闭呼吸计中需氧量的方法进行验证。

原理：在水性系统中利用好气微生物来测定材料的生物降解率。试验混合物包含一种无机培养基、有机碳浓度介于100mg/L^-2000mg/l，的试验材料(碳和能量的唯一来源)，以及活性污泥或堆肥或活性土壤的悬浮液制成的培养液。此混合物在呼吸计内密封烧瓶中被搅拌培养一定时间，试验周期不能超过6个月。在烧瓶的上方用适当的吸收器吸收释放出的二氧化碳，测量生化需氧量(BOD)，生物降解的水平通过生化需氧量(BOD)和理论需氧量(ThOD)的比来求得，用百分率表示。

试验环境：培养应在黑暗的或弱光的密闭空间中进行，该空间应没有抑制微生物繁殖的蒸汽并保持恒温31℃±1℃，相对湿度为85％rh。

试验步骤：准备下列数量的烧瓶(试验瓶)：a)两个盛装试验材料的烧瓶(符号FT)；b)两个用于空白试验烧瓶(符号Fe)；c)一个使用参比材料用于检测培养液活性的烧瓶(符号Fc)；另外，如果需要的话：d)一个用于检查试验材料中可能出现的非生物降解作用或非微生物变化作用如水解的烧瓶(符号F)在F，中的试验溶液应先经过灭菌，例如高压灭菌(用高压消毒锅)或加人一种适宜的毒性无机化合物来抑制微生物的活性，；e)一个装有与试验材料相同状态的非生物可降解聚合物(如PE)用于负控制的烧瓶(符号F，)；f)一个用于检查试验材料对微生物活性可能存在的抑制作用的烧瓶(符号F，)，应注意试验材料和参比材料中的碳与培养基中氮的比率(C；N)至少为40；1，必要时可增加氮的量。按表2中所列内容，往试验瓶中加人适量的培养液，测量瓶内的pH值，将其调至pH-7。将二氧化碳吸收剂加人到呼吸计的呼吸器中按表2所示，往相应的实验瓶中分别加人试验材料、参比材料和负控制材料。如果要测定碳平衡量，可在培养期开始和结束时分别从每个烧瓶或从单独设置的烧瓶中取出足量已知体积的培养液用于测定溶解有机碳(DOC)和生物质。当调整最终体积或计算试验结果时要考虑到移出的体积。把烧瓶放在恒定温度的环境中，且使所有的容器达到试验温度，连接密封试验瓶，把它们放人呼吸计中，开动搅拌器。记录仪表上必要的读数(如手动情况下)，并检查耗氧记录仪是否运行正常(自动呼吸计)。

表2 试验材料和参比材料的最后分配表

当生化需氧量(BOD)达到稳定阶段后并预计没有更进一步的生物降解时，结束试验。最大试验周期为6个月。在进行长期试验时应特别注意试验系统，如试验容器与连接处的密封性等。在试验结束时，立即测定烧瓶FT中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度，或者取适当样品保存待测用这些值去修正由于硝化作用所产生的生物降解程度的偏差。

计算与结果的表达：使用适当的呼吸计，依照仪器指示的使用方法读取每个烧瓶氧气的消耗量。

按式(1))计算生物降解百分率DT，

$D_T=\frac{{\mathrm{BOD}}_S}{ThOD}\×\mathrm{100...}\left(1\right)$

测得其生物降解率＞68％。

生物可降解絮凝剂的安全性，由小白鼠急性毒性试验测定。

实验目的：求出受试生物可降解絮凝剂对小白鼠的安全服用剂量，提供生物可降解絮凝剂的急性毒性资料以初步估计该化合物对人类毒害的危险性。

实验方法：使用实施例3所述絮凝剂采用啮齿类动物小白鼠(体重按20g计算)，采用经口一次性染毒(剂量为1g/kg)途径。

实验步骤：小白鼠喂养室室温应控制在22±3℃，相对湿度30％～73％，无对流风。饲养室采用人工昼夜为好，早6点至晚6点进行12小时光照，其余12小时黑暗，一般食用常规试验室饲料，自由饮水。将实验用小白鼠经由口部一次性吞服1g/kg生物可降解絮凝剂，观察其体态变化情况；饮食情况以及运行情况等。

实验结果：实验对象一次性吞食1g/kg(小鼠体重按20g计算，实际吞服絮凝剂量为0.02g)后，体态；饮食；运行等均无异常反应。

在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化。在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种生物可降解絮凝剂，包括以下组分：动物干酪素、淀粉、甲壳素及辅助剂。

2.如权利要求1所述的一种生物可降解絮凝剂，其特征在于，各组分的质量百分数为：动物干酪素30％、淀粉45％、甲壳素15％及辅助剂10％。

3.如权利要求1或2所述的一种生物可降解絮凝剂其特征在于，所述辅助剂为聚合硫酸铝铁、三氯化铁的混合物。

4.如权利要求3所述的一种生物可降解絮凝剂，其特征在于，所述聚合硫酸铝铁与三氯化铁占所述辅助剂的重量百分数50％。

5.如权利要求1所述的一种生物可降解絮凝剂，其制备方法为按照所述质量百分数称取各组分，复配后均匀混掺即可。