CN108863017A - 一种改性玉米芯粉污泥脱水剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性玉米芯粉污泥脱水剂的制备方法及应用，首先用氢氧化钠溶液将玉米芯粉进行碱化，后加入十六烷基三甲基溴化铵进行醚化反应，过滤干燥后，研磨成粉末状，即得改性玉米芯粉污泥脱水剂。将改性玉米芯粉污泥脱水剂加入经过重力浓缩的污泥中，搅拌静置，过滤所得固体物质为污泥泥饼。本发明工艺简单易行，成本低，以废治废，在提高污泥处理效率的同时，为农业废弃物的资源化利用提供了新的途径，应用前景广阔、市场前景好，无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性玉米芯粉污泥脱水剂的制备方法及应用，属于废弃玉米芯的资源化应用领域和污泥减量化生产工艺技术领域。
背景技术
玉米是世界主要的粮食作物之一，占世界粮食总产量的25%左右。我国是农业大国，玉米产量位居世界第二位。玉米芯是玉米脱去籽粒后的穗轴，占玉米的20-30%左右。长期以来，废弃的玉米芯大部分弃于田间或者直接焚烧，造成了严重的环境污染，也是很大的资源浪费。若能将废弃的玉米芯作为可再生的资源进行利用，将对玉米芯资源化利用和改善环境有着重要的现实意义。
随着我国城市化建设进程的加快，产生了越来越多的城市污染问题。其中，污水污染对人们的生产生活产生了巨大的影响。污水处理的过程中会产生大量污泥，污泥组成复杂，含有大量有机物、病原微生物等，特别是其中的重金属和有毒有机物质，极易对环境造成二次污染，对污泥堆放周围环境中的动物、植物和人类造成极大的危害。污泥絮体结构松散，比表面积和孔隙率极高，亲水性强，导致其不易脱水；且污泥容积庞大，不便于后期的运输和处置。目前，通常采用的方法是用一种或几种化学药剂对污泥进行调理，从而改变污泥颗粒的性质，便于污泥中所含水分的去除。其中，最常用的污泥脱水剂是阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM），虽然具有较好的脱水效果，但其在自然条件下很难降解，会对环境造成二次污染，且CPAM的合成过程中使用了大量的有机溶剂，也会对环境造成污染。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种改性玉米芯粉污泥脱水剂的制备方法及应用，以玉米芯粉作为原料制备改性玉米芯粉脱水剂，用于促进污泥中水分脱除，达到改善污泥脱水效果的目的。
本发明的技术方案如下：首先利用氢氧化钠溶液对玉米芯粉进行碱化，后加入十六烷基三甲基溴化铵进行醚化反应，过滤干燥后，研磨成粉，即得改性玉米芯粉污泥脱水剂。将改性玉米芯粉污泥脱水剂加入经过重力浓缩的污泥中，搅拌静置，过滤所得固体物即为脱水后泥饼。
一种改性玉米芯粉污泥脱水剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）制备质量分数为5-15%的氢氧化钠溶液；
（2）在粉碎后的玉米芯粉中加入步骤（1）制备的氢氧化钠溶液，在室温下碱化0.5-1h；加入十六烷基三甲基溴化铵，在55-65℃进行醚化反应2-3h，过滤，干燥研磨后即为改性玉米芯粉污泥脱水剂。玉米芯粉与氢氧化钠溶液的质量体积比为1g:6-9mL，十六烷基三甲基溴化铵:玉米芯粉（重量比）=0.5-1:1。
所述改性玉米芯粉污泥脱水剂的应用，具体方法如下：将改性玉米芯粉污泥脱水剂加入经过重力浓缩的污泥中，搅拌15-20min，静置1-2h后，过滤所得固体物质为污泥泥饼。其中改性玉米芯粉污泥脱水剂的投加量为污泥干重的20-25%，搅拌速度为400-450r/min。
原理：用氢氧化钠溶液对玉米芯粉进行碱化处理，之后加入十六烷基三甲基溴化铵进行醚化反应，使其表面带正电，通过过滤干燥，得到改性玉米芯粉脱水剂；将该脱水剂投入污泥中，经搅拌沉淀，经过一系列的物理化学过程，固体颗粒聚集下沉，达到了与液相分离的效果。
本发明的有益效果：
本发明制得的改性玉米芯粉污泥脱水剂能显著改善污泥的脱水效率，使污泥中的比阻和含水率都显著降低，污泥比阻降低58%左右，含水率降低39%左右；而目前常用于污水处理厂的污泥脱水方式，在仅加入阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的情况下，间隙水难以去除，仅将含水率降低19.2%左右，污泥比阻仅降低23%；
本发明简单易行，成本低（采用的原料中，玉米芯为农业废弃物，氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵价格低廉），能耗低；
与使用范围极广的聚丙烯酰胺脱水剂相比，本发明不会造成二次污染，保护生态环境；
利用农业废弃物玉米芯（其中含粗蛋白、粗脂肪和粗纤维）为原料，改性制成脱水剂用于污泥脱水，既创新了玉米芯综合利用的方法，促进玉米芯资源化利用，体现了以废治废的环保新理念，提高农产品的附加值，又可以有效提高污泥脱水效率，降低污泥脱水的成本，为脱水后污泥的资源化利用提供进一步的技术支持，应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）取8g氢氧化钠粉末（相对分子质量为40），溶于去离子水中，于常温下搅拌至完全溶解后，定容至100mL，其中氢氧化钠溶液的质量分数为8%；
（2）将干燥玉米芯粉碎成粉末状，取5g置于烧杯中，加入30mL质量分数为8%的氢氧化钠溶液，在室温下碱化反应1h后，加入2.5g十六烷基三甲基溴化铵粉末，在55℃下反应3h，将得到的液固混悬液过滤后，固态物干燥冷却后将其研磨成粉末状，即为改性玉米芯粉污泥脱水剂，储存在干燥器中备用；氢氧化钠、十六烷基三甲基溴化铵均为分析纯；
（3）在100mL经重力浓缩后的市政污泥（含水率为99%，100mL污泥中污泥干重为0.6g）中加入0.12g改性玉米芯粉污泥脱水剂，搅拌15min，搅拌速度为400r/min，静置1h后，过滤，同步测定污泥比阻为6.204×1012m/kg，过滤后得到的固体物即为污泥泥饼。将泥饼放置于恒重的瓷坩埚中，将盛有泥饼的瓷坩埚放入烘箱，在100-110℃下干燥至恒重后，放于干燥器中冷却至室温，称重；根据含水率测定标准计算出污泥泥饼的含水率为62.33%左右。
实施例2
（1）取12g氢氧化钠粉末（相对分子质量为40），溶于去离子水中，于常温下搅拌至完全溶解后，定容至100mL，氢氧化钠溶液的质量分数为12%；
（2）将干燥玉米芯粉碎成粉末状，取5g置于烧杯中，加入35mL质量分数为12%的氢氧化钠溶液，在室温下碱化反应0.5h后，加入3g十六烷基三甲基溴化铵粉末，在60℃下反应2h，将得到的液固混悬液过滤后，固态物干燥冷却后将其研磨成粉末状，即为改性玉米芯粉污泥脱水剂，储存在干燥器中备用；
（3）在200mL经重力浓缩后的市政污泥（含水率为99%，每100mL污泥中污泥干重为0.6g）中加入0.3g改性玉米芯粉污泥脱水剂，搅拌17min，搅拌速度为420r/min，静置1.5h后，过滤，同步测定污泥比阻为6.5×1012m/kg，过滤后得到的固体物即为污泥泥饼。将泥饼放置于恒重的瓷坩埚中，将盛有泥饼的瓷坩埚放入烘箱，在100-110℃下干燥至恒重后，放于干燥器中冷却至室温，称重；根据含水率测定标准计算出污泥泥饼的含水率为63.6%左右。
实施例3
（1）取5g氢氧化钠粉末（相对分子质量为40），溶于去离子水中，于常温下搅拌至完全溶解后，定容至100mL，其中氢氧化钠溶液的质量分数为5%；
（2）将干燥玉米芯粉碎成粉末状，取5g置于烧杯中，加入40mL质量分数为5%的氢氧化钠溶液，在室温下碱化反应0.9h后，加入4g十六烷基三甲基溴化铵粉末，在65℃下反应2h，将得到的液固混悬液过滤后，固态物干燥冷却后将其研磨成粉末状，即为改性玉米芯粉污泥脱水剂，储存在干燥器中备用；
（3）在500mL经重力浓缩后的市政污泥（含水率为99%，每100mL污泥中污泥干重为0.6g）中加入0.6g改性玉米芯粉污泥脱水剂，搅拌20min，搅拌速度为400r/min，静置2h后，过滤，同步测定污泥比阻为5.748×1012m/kg，过滤后得到的固体物即为污泥泥饼。将泥饼放置于恒重的瓷坩埚中，将盛有泥饼的瓷坩埚放入烘箱，在100-110℃下干燥至恒重后，放于干燥器中冷却至室温，称重；根据含水率测定标准计算出污泥泥饼的含水率为61.68%左右。
实施例4
（1）取15g氢氧化钠粉末（相对分子质量为40），溶于去离子水中，于常温下搅拌至完全溶解后，定容至100mL，氢氧化钠溶液的质量分数为15%；
（2）将干燥玉米芯粉碎成粉末状，取5g置于烧杯中，加入45mL质量分数为15%的氢氧化钠溶液，在室温下碱化反应0.7h后，加入5g十六烷基三甲基溴化铵粉末，在60℃下反应2h，将得到的液固混悬液过滤后，固态物干燥冷却后将其研磨成粉末状，即为改性玉米芯粉污泥脱水剂，储存在干燥器中备用；
（3）在500mL经重力浓缩后的市政污泥（含水率为99%，每100mL污泥中污泥干重为0.6g）中加入0.6g改性玉米芯粉污泥脱水剂，搅拌15min，搅拌速度为450r/min，静置2h后，过滤，同步测定污泥比阻为5.459×1012m/kg，过滤后得到的固体物即为污泥泥饼。将泥饼放置于恒重的瓷坩埚中，将盛有泥饼的瓷坩埚放入烘箱，在100-110℃下干燥至恒重后，放于干燥器中冷却至室温，称重；根据含水率测定标准计算出污泥泥饼的含水率为60.54%左右。
Claims (8)
1.一种改性玉米芯粉污泥脱水剂的制备方法，首先用氢氧化钠溶液对玉米芯粉进行碱化，后加入十六烷基三甲基溴化铵进行醚化反应，过滤干燥后，研磨成粉，即得改性玉米芯粉污泥脱水剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）制备质量分数为5-15%的氢氧化钠溶液；
（2）在粉碎后的玉米芯粉中加入步骤（1）制备的氢氧化钠溶液，在室温下碱化0.5-1h；加入十六烷基三甲基溴化铵，在55-65℃进行醚化反应2-3h，过滤，干燥研磨后即为改性玉米芯粉污泥脱水剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，玉米芯粉与氢氧化钠溶液的质量体积比为1g:6-9mL。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，十六烷基三甲基溴化铵与玉米芯粉的重量比为0.5-1:1。
5.一种改性玉米芯粉污泥脱水剂在污泥脱水中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，具体方法如下：将改性玉米芯粉污泥脱水剂加入经过重力浓缩的污泥中，搅拌15-20min，静置1-2h后，过滤所得固体物质为污泥泥饼。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，改性玉米芯粉污泥脱水剂的投加量为污泥干重的20-25%。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，搅拌速度为400-450r/min。
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| CN111825304A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-10-27 | 昆明理工大学 | 一种超声协同自制脱水剂降低市政污泥含水率的方法 |
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| CN116618013A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-08-22 | 红河学院 | 一种改性蔗渣基污泥脱水剂的制备方法及在污泥脱水中的应用 |
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| CN102250293A (zh) * | 2011-05-25 | 2011-11-23 | 重庆工商大学 | 丙烯酰胺接枝改性玉米芯的制备方法及其应用 |
| CN102492151A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-13 | 天津科技大学 | 一种适用于疏浚淤泥絮凝脱水的阳离子稻壳絮凝剂的制备方法 |
| CN104874361A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-09-02 | 仲恺农业工程学院 | 一种玉米芯改性材料及其制备方法和应用 |
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2018
- 2018-06-27 CN CN201810678344.6A patent/CN108863017A/zh active Pending
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