CN110563309A

CN110563309A - 一种用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法

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Publication number: CN110563309A
Application number: CN201910686145.4A
Authority: CN
Inventors: 辛巧玲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2019-12-13

Abstract

本发明涉及一种用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，属于环保技术领域。本发明通过以石墨烯、碳纳米管及高炉渣作为基础原料，通过利用表面活性剂对其进行活化，同时使用盐酸对高炉渣进行除杂造孔，增大高炉渣的孔隙，使石墨烯、碳纳米管沉积在孔隙及其表面，形成负载，随后通过将其与壳聚糖进行混合，在甘油磷酸钠的作用下形成温敏性凝胶，对颗粒进行一定的包裹，随后再以添加剂进行混合，在硼氢化钠的作用下，形成铁，并且沉积凝胶内部，最后再与苯胺、丙烯酰胺等进行混合，通过引发进行聚合，进一步对颗粒进行包裹，而且实现了对混合酶的包裹，本发明提高了目前市政污泥在处理过程中的脱水效率。

Description

一种用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，属于环保技术领域。

背景技术

随着经济社会的快速发展和城镇化进程的加快，城市人口不断增加，生活污水也在不断增加，城市排水基础设施越来越完善，污水入网率不断提高。市政污水处理过程中产生的污泥量持续上升同处理能力不足间的矛盾日益凸显，市政污泥处置与管理工作面临严峻挑战。特别是各城市污水处理厂的规划和设计存在“重水轻泥”现象，污水处理过程中配套的污泥处置工艺部分的投入严重不足。虽然污泥产生量只占处理污水量的0.3%～0.5%(体积分数)；而大部分污水处理厂的全部基建费用中，用于处理污泥的费用不到5%，因为污水处理厂工艺设计时，污泥一般只采用“浓缩→机械脱水→排放”的简单流程，没有考虑污泥的无害化处置。污水处理厂把浓缩后的污泥经过机械脱水时，往往又添加了聚丙烯酰胺（PAM）等絮凝剂，排放的污泥含水率高达80%左右，很难直接利用。由于污泥中含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子，不宜作为粮食、水果和蔬菜的有机肥，若处理不当将会对环境造成二次污染，因此环保部门把市政污泥与生活垃圾一起列为危险废物，需要有一种能解决大中小型城市的市政污泥处理方法。

目前对城市污泥处置的一般方法有填埋法、堆肥法、厌氧硝化法和热解法等。尽管填埋法是国内目前使用最多的方法，但由于并未最终消除环境污染，只是延缓些时间，所以在欧洲一些发达国家已不再使用填埋法。填埋需要解决污泥渗滤液的防渗和污泥发酵产生的甲烷气体的安全处置，环境要求和技术要求非常高；最新研究表明，采用卫生填埋方式进行污泥处置的项目，均无法达到标准要求，要按照标准进行填埋，代价十分昂贵，且须占用大量的土地资源。堆肥费时、占地、散发臭味，易造成二次污染。而热解法反应条件复杂，且受污泥本身性质制约，装置的适应性差，工艺过程极难控制，所以现在仍处于试验性研究阶段。

厌氧硝化法可把污泥中的有机物转化为生物能，也能满足越来越严格的环境要求。硝化的第一阶段，高分子有机物由于兼性厌氧菌群的作用，分解成低分子中间产物，这些分解产物与菌群生成的代谢产物，在第二阶段通过专性厌氧菌的作用而矿化，被分解成水溶性的无机物和气体，经过硝化可以使污泥的体积缩小，产生甲烷气体，消除恶臭，改善污泥的脱水性能，且几乎可使所有的病原菌、蛔虫卵全部被杀死，有毒有害的有机残余物被氧化分解。也有企业将干燥后的污泥用于制砖，给企业带来了较好的经济效益。部分砖瓦生产企业修建敞开式简易厂房自然风干污泥，并配套污泥人工或机械晾晒、翻堆的方式，促使污泥降低含水率，以便污泥与页岩等原料混合均匀后粉碎进入下一步制砖工序。此法干燥效率很低，并且干燥后的污泥含水率在40%以上，晾晒、翻堆过程中容易产生臭气、粉尘等，污染周边环境，占地面积较大，难以推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前市政污泥在处理过程中含水率不能被有效降低的问题，本发明提供了一种用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，该处理方法包括如下步骤：

（1）将混合颗粒、壳聚糖及醋酸溶液按质量比4～6:3:12放入容器中，搅拌均匀，超声震荡，在90～100℃进行加热，再加入混合颗粒质量60～70％的甘油磷酸钠，搅拌反应；

（2）待反应结束后，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，将冷冻干燥物、水及添加剂按质量比7～9:16:3～5搅拌均匀，在40～45℃预热，加入冷冻干燥物质量10～15％的硼氢化钠，升温至50℃，保温；

（3）在保温结束后，冷却，静置，喷雾干燥，收集干燥物，按重量份数计，取150～200份乙醇溶液、40～50份干燥物、30～35份混合单体、13～16份丙烯酸甲酯、6～9份辅助剂、5～10份混合酶、4～8份引发剂、1～3份微量元素；

（4）首先将乙醇溶液、干燥物、混合单体、丙烯酸甲酯、辅助剂及引发剂放入反应釜中，氮气保护，加热，冷却至室温，加入混合酶、微量元素，搅拌均匀，静置，出料，冷冻干燥，粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即得用于市政污泥预脱水颗粒。

所述步骤（1）中混合颗粒的制备方法为将石墨烯、碳纳米管及高炉渣按质量比4～6:1～8:3进行球磨，收集球磨物，将球磨物、表面活性剂及盐酸溶液按质量比7:13～16:1进行超声震荡，过滤，收集滤渣，洗涤，干燥，即得混合颗粒。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱按质量比4:1～3混合而成。

所述步骤（2）中添加剂为六氰基铁(III)酸钾、氯化铁、混合溶剂按质量比0.3:4:9～11混合而成。

所述混合溶剂为正丁醇及正庚烷按质量比7:8～12混合而成。

所述混合单体为苯胺、丙烯酰胺按质量比4:2～6混合而成。

所述辅助剂为二乙烯三胺、乙二胺按质量比3:2～4混合而成。

所述混合酶为葡糖氧化酶、纤维素酶按质量比6:2～4混合而成。

所述引发剂为过硫酸钠、偶氮二异丁氰按质量比2:0.3～0.6混合而成。

所述微量元素为氯化铝、氯化镁中的任意一种。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过以石墨烯、碳纳米管及高炉渣作为基础原料，通过利用表面活性剂对其进行活化，同时使用盐酸对高炉渣进行除杂造孔，增大高炉渣的孔隙，使石墨烯、碳纳米管沉积在孔隙及其表面，形成负载，随后通过将其与壳聚糖进行混合，在甘油磷酸钠的作用下形成温敏性凝胶，对颗粒进行一定的包裹，随后再以添加剂进行混合，在硼氢化钠的作用下，形成铁，并且沉积凝胶内部，最后再与苯胺、丙烯酰胺等进行混合，通过引发进行聚合，进一步对颗粒进行包裹，而且实现了对混合酶的包裹；

（2）本发明在使用过程中，首先将聚合物中含有吸水聚合物，对污泥内的水进行吸收，吸入的水与其中的铁粉进行接触，同时本发明的中混合酶对污泥中的有机物进行分解，其中分解产物及污泥中的葡萄糖被葡糖氧化酶进一步分解，产生过氧化氢，过氧化氢在混合颗粒中高炉渣的作用下，分解产生氧气，在氧气、铁粉及水的作用下进行反应，释放热量，可以很好地对污泥内部结合水进行破坏，使其脱离，同时聚合物具有与金属离子进行结合的能力，通过与金属离子的结合，增加对酶活性的刺激，增加热传导效率，提高结合水的脱出效果，其次在混合颗粒、铁粉、金属离子及导电聚合物在与污泥进行混合后界面相互交联，微观局部形成大量以金属粉末颗粒为负极的类似金属-空气电池，接触空气后产生短路电流释放热量，金属离子在导电聚合物中的扩散，可以很好地对污泥中的结合水进行攻击，降低结合度，并且保证了热量的释放，进一步提高结合水的破坏能力；

（3）本发明在对市政污泥进行预处理后，大大提高了市政污泥的脱水效果。

具体实施方式

混合颗粒的制备方法为将石墨烯、碳纳米管及高炉渣按质量比4～6:1～8:3进行球磨，收集球磨物，将球磨物、表面活性剂及盐酸溶液按质量比7:13～16:1进行超声震荡，过滤，收集滤渣，洗涤，干燥，即得混合颗粒。

高炉渣中含有二氧化锰，其质量含量为0.3～1.2％。

表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱按质量比4:1～3混合而成。

添加剂为六氰基铁(III)酸钾、氯化铁、混合溶剂按质量比0.3:4:9～11混合而成。

混合溶剂为正丁醇及正庚烷按质量比7:8～12混合而成。

混合单体为苯胺、丙烯酰胺按质量比4:2～6混合而成。

辅助剂为二乙烯三胺、乙二胺按质量比3:2～4混合而成。

混合酶为葡糖氧化酶、纤维素酶按质量比6:2～4混合而成。

引发剂为过硫酸钠、偶氮二异丁氰按质量比2:0.3～0.6混合而成。

微量元素为氯化铝、氯化镁中的任意一种。

（1）将混合颗粒、壳聚糖及醋酸溶液按质量比4～6:3:12放入容器中，搅拌均匀，超声震荡10min，在90～100℃进行加热3h，再加入混合颗粒质量60～70％的甘油磷酸钠，搅拌反应10h；

（2）待反应结束后，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，将冷冻干燥物、水及添加剂按质量比7～9:16:3～5搅拌均匀，在40～45℃预热30min，加入冷冻干燥物质量10～15％的硼氢化钠，升温至50℃，保温3h；

（3）在保温结束后，冷却至室温，静置过夜，喷雾干燥，收集干燥物，按重量份数计，取150～200份乙醇溶液、40～50份干燥物、30～35份混合单体、13～16份丙烯酸甲酯、6～9份辅助剂、5～10份混合酶、4～8份引发剂、1～3份微量元素；

（4）首先将乙醇溶液、干燥物、混合单体、丙烯酸甲酯、辅助剂及引发剂放入反应釜中，氮气保护，加热至50℃，保温10h，冷却至室温，加入混合酶、微量元素，搅拌均匀，静置1h，出料，冷冻干燥，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，即得用于市政污泥预脱水颗粒。

实施例1

混合颗粒的制备方法为将石墨烯、碳纳米管及高炉渣按质量比6:8:3进行球磨，收集球磨物，将球磨物、表面活性剂及0.6mol/L盐酸溶液按质量比7:16:1进行超声震荡，过滤，收集滤渣，洗涤，干燥，即得混合颗粒。

表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱按质量比4:3混合而成。

添加剂为六氰基铁(III)酸钾、氯化铁、混合溶剂按质量比0.3:4:11混合而成。

混合溶剂为正丁醇及正庚烷按质量比7:12混合而成。

混合单体为苯胺、丙烯酰胺按质量比4:6混合而成。

辅助剂为二乙烯三胺、乙二胺按质量比3:4混合而成。

混合酶为葡糖氧化酶、纤维素酶按质量比6:4混合而成。

引发剂为过硫酸钠、偶氮二异丁氰按质量比2:0.6混合而成。

微量元素为氯化铝。

（1）将混合颗粒、壳聚糖及0.6mol/L醋酸溶液按质量比6:3:12放入容器中，搅拌均匀，超声震荡10min，在100℃进行加热3h，再加入混合颗粒质量70％的甘油磷酸钠，搅拌反应10h；

（2）待反应结束后，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，将冷冻干燥物、水及添加剂按质量比9:16:5搅拌均匀，在45℃预热30min，加入冷冻干燥物质量15％的硼氢化钠，升温至50℃，保温3h；

（3）在保温结束后，冷却至室温，静置过夜，喷雾干燥，收集干燥物，按重量份数计，取200份1.2mol/L乙醇溶液、50份干燥物、35份混合单体、16份丙烯酸甲酯、9份辅助剂、10份混合酶、8份引发剂、3份微量元素；

（4）首先将1.2mol/L乙醇溶液、干燥物、混合单体、丙烯酸甲酯、辅助剂及引发剂放入反应釜中，氮气保护，加热至50℃，保温10h，冷却至室温，加入混合酶、微量元素，搅拌均匀，静置1h，出料，冷冻干燥，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒，即得用于市政污泥预脱水颗粒。

实施例2

混合颗粒的制备方法为将石墨烯、碳纳米管及高炉渣按质量比5:5:3进行球磨，收集球磨物，将球磨物、表面活性剂及0.6mol/L盐酸溶液按质量比7:15:1进行超声震荡，过滤，收集滤渣，洗涤，干燥，即得混合颗粒。

表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱按质量比4:2混合而成。

添加剂为六氰基铁(III)酸钾、氯化铁、混合溶剂按质量比0.3:4:10混合而成。

混合溶剂为正丁醇及正庚烷按质量比7:10混合而成。

混合单体为苯胺、丙烯酰胺按质量比4:5混合而成。

辅助剂为二乙烯三胺、乙二胺按质量比3:3混合而成。

混合酶为葡糖氧化酶、纤维素酶按质量比6:3混合而成。

引发剂为过硫酸钠、偶氮二异丁氰按质量比2:0.5混合而成。

微量元素为氯化镁。

（1）将混合颗粒、壳聚糖及0.6mol/L醋酸溶液按质量比5:3:12放入容器中，搅拌均匀，超声震荡10min，在95℃进行加热3h，再加入混合颗粒质量65％的甘油磷酸钠，搅拌反应10h；

（2）待反应结束后，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，将冷冻干燥物、水及添加剂按质量比8:16:4搅拌均匀，在43℃预热30min，加入冷冻干燥物质量13％的硼氢化钠，升温至50℃，保温3h；

（3）在保温结束后，冷却至室温，静置过夜，喷雾干燥，收集干燥物，按重量份数计，取180份1.2mol/L乙醇溶液、45份干燥物、33份混合单体、15份丙烯酸甲酯、8份辅助剂、8份混合酶、6份引发剂、2份微量元素；

实施例3

混合颗粒的制备方法为将石墨烯、碳纳米管及高炉渣按质量比4:1:3进行球磨，收集球磨物，将球磨物、表面活性剂及0.6mol/L盐酸溶液按质量比7:13:1进行超声震荡，过滤，收集滤渣，洗涤，干燥，即得混合颗粒。

表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱按质量比4:1混合而成。

添加剂为六氰基铁(III)酸钾、氯化铁、混合溶剂按质量比0.3:4:9混合而成。

混合溶剂为正丁醇及正庚烷按质量比7:8混合而成。

混合单体为苯胺、丙烯酰胺按质量比4:2混合而成。

辅助剂为二乙烯三胺、乙二胺按质量比3:2混合而成。

混合酶为葡糖氧化酶、纤维素酶按质量比6:2混合而成。

引发剂为过硫酸钠、偶氮二异丁氰按质量比2:0.3混合而成。

微量元素为氯化铝、氯化镁中的任意一种。

（1）将混合颗粒、壳聚糖及0.6mol/L醋酸溶液按质量比4:3:12放入容器中，搅拌均匀，超声震荡10min，在90℃进行加热3h，再加入混合颗粒质量60％的甘油磷酸钠，搅拌反应10h；

（2）待反应结束后，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，将冷冻干燥物、水及添加剂按质量比7:16:3搅拌均匀，在40℃预热30min，加入冷冻干燥物质量10％的硼氢化钠，升温至50℃，保温3h；

（3）在保温结束后，冷却至室温，静置过夜，喷雾干燥，收集干燥物，按重量份数计，取150份1.2mol/L乙醇溶液、40份干燥物、30份混合单体、13份丙烯酸甲酯、6份辅助剂、5份混合酶、4份引发剂、1份微量元素；

对比例1

与实施例2基本相同，唯独不同的是步骤（2）中缺少添加剂。

对比例2

与实施例2基本相同，唯独不同的是步混合单体中缺少苯胺。

对比例3

与实施例2基本相同，唯独不同的是步混合单体中缺少混合酶。

对比例4

传统的厌氧硝化法进行处理市政污泥。

将上述实施例与对比例制备的预脱水颗粒进行检测，从常州市某污水处理厂浓缩池中采取污泥，检测原始的污泥含水率，然后将实施例1～3及对比例1～3制备的用于市政污泥预脱水颗粒与市政污泥按质量比1:70～100在40℃进行搅拌混合20min，静置2h，过滤，将滤渣再利用传统的厌氧硝化法进行处理，再检测污泥含水率，得到的结果如表1所示。

表1：

检测项目	处理前含水率/%	预脱水颗粒添加量（占污泥质量）	厌氧硝化法处理时间/d	处理后含水率/%
					实施例1	98	1/90	2	32.6
实施例2	98	1/100	2	30.5
					实施例3	98	1/95	2	31.4
对比例1	98	1/100	2	59.3
					对比例2	98	1/100	2	55.3
对比例3	98	1/100	2	62.3
					对比例4	98	0	3	78.1

综合上述，从表1可以看出本发明的用于市政污泥预脱水颗粒效果更好，值得推广使用，以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，该处理方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中混合颗粒的制备方法为将石墨烯、碳纳米管及高炉渣按质量比4～6:1～8:3进行球磨，收集球磨物，将球磨物、表面活性剂及盐酸溶液按质量比7:13～16:1进行超声震荡，过滤，收集滤渣，洗涤，干燥，即得混合颗粒。

3.根据权利要求2所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱按质量比4:1～3混合而成。

4.根据权利要求1所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中添加剂为六氰基铁(III)酸钾、氯化铁、混合溶剂按质量比0.3:4:9～11混合而成。

5.根据权利要求4所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为正丁醇及正庚烷按质量比7:8～12混合而成。

6.根据权利要求1所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述混合单体为苯胺、丙烯酰胺按质量比4:2～6混合而成。

7.根据权利要求1所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述辅助剂为二乙烯三胺、乙二胺按质量比3:2～4混合而成。

8.根据权利要求1所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述混合酶为葡糖氧化酶、纤维素酶按质量比6:2～4混合而成。

9.根据权利要求1所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钠、偶氮二异丁氰按质量比2:0.3～0.6混合而成。

10.根据权利要求1所述用于市政污泥预脱水颗粒的制备方法，其特征在于，所述微量元素为氯化铝、氯化镁中的任意一种。