CN111018310A

CN111018310A - 一种污泥调理剂的制备方法

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Publication number: CN111018310A
Application number: CN201911333778.3A
Authority: CN
Inventors: 周雯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明涉及一种污泥调理剂的制备方法，属于污水处理技术领域。本发明将磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物作为原料，氧化镁改性沸石分子筛作为载体，将磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物固定在载体上，制备出一种污泥调理剂；磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物既有多糖化合物的分子间作用力与反应性，又有合成高分子的机械与生物作用稳定性和线性链展开能力，磺化木质素自身含有大量‑SO₃H基团，具有强阴离子性和强亲水性，将丙烯酸钠共聚物作为接枝共聚单体，改变木质素的空间构型、增大相对分子质量、引进具有絮凝性能的官能团，进一步提高木质素的絮凝性能。

Description

一种污泥调理剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种污泥调理剂的制备方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

近些年来，随着我国污水处理行业的高速发展，污水处理能力和处理率的不断提高，剩余污泥产量也随之增多。城市污泥具有两面性，一方面，污泥含有N、P、K等营养物质和大量有机质，使其具备了农业、制肥和作为燃料资源性利用的基本条件；另一方面，又含有大量病原菌、寄生虫（卵）、生物难降解物质（多聚联苯等）、有毒有害物质（二噁英）和多种重金属（Cu、Hg、Pb）等。污泥若能经妥善处置可变废为宝，实现资源再生利用，如新嘉爱斯热电公司投产污泥焚烧综合利用热电联产项目，年处理污泥18.25万吨，使热网管道每日增加供气量300吨；博宇环保采用“分级分相厌氧消化+深度脱水+土地利用”工艺处理污泥，产生沼气用发电，余热作为厌氧消化的热源，处置后的污泥作为园林绿化营养土使用，有效实现了生物质资源利用的最大化。但污泥如若未处理或未妥善处置，必然会造成严重的环境污染和资源浪费。

污泥处理处置的运行费用巨大，可占整个污水处理厂总运行费用的35%～50%，有甚高达60%，这也是导致目前污泥得不到安全处置的原因之一。污泥之所以难处理，最主要的原因就是较高的含水率，高达90%以上，脱水性能差。污的脱水性能是由污泥的絮体结构决定的，只有通过一定的调理过程，才能够改变污泥的絮体结构，提高污泥的脱水性。目前污水处理厂广泛采用的调理方法是化学调理法，普遍采用的化学调理剂有各类聚电解质和聚丙烯酰胺（CPAM）等，但其只能将污泥含水率降到75%~85%左右，尽管从一定程度上实现了污泥的减量化，但并没有实现污泥的稳定化和资源化，并且该类调理剂难生物降解，且丙烯酰胺单体和低聚物有剧毒，会造成严重的二次污染，加大后续污泥处理处置的难度。因此寻找一种经济高效、即不会造成二次污染、又有利于污泥处理处置的污泥调理方法对我国推进节能减排以及环境友好型社会的建立，具有重要的意义。

污泥的处理处置应按照“减量化、稳定化、无害化、资源化”的方式，污泥处理的首要目的应是实现“减量化”，因为污泥的高含水率限制了其后续的处置，所以污泥的脱水应该是污泥处理中的重中之重。污泥因其性质导致脱水困难，目前最为常用的脱水方式是机械脱水，在机械脱水前常需投加调理剂以改善污泥的脱水性能，使脱水变得容易。目前常用的机械脱水设备有真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机等，可以根据需要合理选择。而调理剂的选择，要根据污泥的特性、所选脱水设备的不同有针对性的进行选择。

污泥脱水是污泥处理处置的一个重要环节，脱水程度直接影响着污泥资源化利用途径，污泥含水率越低，体积越小，后续处理处置也就越简单，成本越低。但由于污泥结构复杂，具有高度的亲水性，直接对其进行机械脱水时的效果较差。因此，在实际应用中均会在污泥脱水前对其进行调理，以提高污泥的脱水性能，其作为一个承上启下的过程，具有减少污泥量、降低污泥毒性等的作用。

化学调理一般是指通过加入化学药剂，改变污泥特性，从而改善污泥脱水性能，达到污泥减量化、稳定化的目的。化学药剂通常包括氧化剂、混凝剂、助凝剂、表面活性剂和酸等。

现阶段的污泥脱水调理方法选择上，国内外污水厂普遍采用投加絮凝剂的方法。我国现有的污泥调理方式应用最多的为投加聚丙烯酰胺类的絮凝剂，其投加量少且脱水效果好，但其存在不可避免的缺陷如降解性差，单体丙烯酰胺的毒性问题。随着人们对环保问题的关注和环保意识的提高，天然高分子絮凝剂由于资源丰富多样化、原料价格相对低廉，原料产品无毒、产品用后易生物降解等优点，逐渐受到人们的青睐。其中壳聚糖在自然界中的含量仅次于纤维素，其作为环境安全、可生物降解的天然高分子化合物，被认为是一种环境友好的污泥脱水剂。但处理单位质量污泥，壳聚糖的成本较高，若能降低成本，壳聚糖在污泥调理中将具有巨大的应用前景。无机混凝剂对过滤速度的提高不如有机混凝剂，但其可起到骨架作用，使污泥絮体形成持久坚固的结构，在脱水时能保持多孔性，降低泥饼的脱水程度。为了使调理剂能够充分发挥、“有效使用”，可将无机混凝剂与安全无毒的有机高分子混凝剂壳聚糖联合用于污泥调理，以切实提高污泥脱水效率，减少污泥处理成本。

物理调理剂应用与污泥调理中既有优势又有缺点。在适当使用的条件下可取得较好的调理效果，但为取得较好的效果投量往往很大，这无疑会大大增加污泥产量。将其与絮凝剂或混凝剂联合使用，不仅能提高过滤速度，而且能减少助滤剂的投量，残留在泥饼当中的物理调理剂能为后期的固化提供一定的强度。不同工艺处理的污泥特点不同，进行资源化利用的方式也不尽相同。目前，通常采用的脱水调理剂有聚丙烯酰胺和聚合氯化铝，聚丙烯酰胺不易降解，单体可能致畸、致癌、致突变；聚合氯化铝存在投量大且提高了水中Al³⁺的残留浓度等缺点，对人体和环境会带来很大危害，期望能够提供一种不仅能减少污染，降低药剂投量，还能实现“以废治废”的循环可持续发展，具有环境和经济双重效益的污泥高效脱水方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有的污泥调理方式应用最多的为投加聚丙烯酰胺类的絮凝剂，其存在不可避免的缺陷如降解性差，单体丙烯酰胺的毒性问题的问题，提供了一种污泥调理剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

（1）按质量比1∶5将磺化木质素和质量分数为20%氢氧化钠溶液混合，超声分散5～10min，即得混合液，将混合液进行离心处理，收集上清液，用调节上清液的pH值后，并在温度为90～100℃下加热40～60min，即得基体液，将基体液静置6～8h后，抽滤即得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为50～60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得预处理木质素；

（2）取预处理木质素、硫代硫酸钠、丙烯酸、过硫酸钾、质量分数为25%氢氧化钠溶液，将预处理木质素和质量分数为25%氢氧化钠溶液混合，进行搅拌处理，即得反应液，在反应液中加入硫代硫酸钠，超声分散10～15min，即得分散液，在分散液中加入丙烯酸和过硫酸钾，恒温搅拌处理，即得反应物，将反应物置于温度为50～60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得前驱体；

（3）将氧化镁和沸石分子筛混合，球磨处理，即得混合物，将混合物置于马弗炉中，恒温焙烧处理，冷却至室温即得改性沸石分子筛；

（4）将改性沸石分子筛和前驱体混合，球磨处理，即得污泥调理剂。

步骤（1）所述的离心处理步骤为：将混合液在转速为3000～4000r/min下离心20～30min。

步骤（1）所述的调节上清液的pH值步骤为：用质量分数为10%盐酸溶液调节上清液的pH值为2～3。

步骤（2）所述的预处理木质素、硫代硫酸钠、丙烯酸、过硫酸钾、质量分数为25%氢氧化钠溶液之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取1～10份预处理木质素、1～3份硫代硫酸钠、5～15份丙烯酸、1～3份过硫酸钾、90～100份质量分数为25%氢氧化钠溶液。

步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：将预处理木质素和质量分数为25%氢氧化钠溶液混合，在搅拌速度为300～400r/min下搅拌10～15min。

步骤（2）所述的恒温搅拌处理步骤为：在分散液中加入丙烯酸和过硫酸钾，在氮气气氛下，温度为70～80℃，搅拌速度为500～600r/min下恒温搅拌4～5h。

步骤（3）所述的球磨处理步骤为：按质量比1∶5将氧化镁和沸石分子筛混合，在转速为300～400r/min下球磨1～2h。

步骤（3）所述的恒温焙烧处理步骤为：将混合物置于马弗炉中，在温度为500～600℃下恒温焙烧3～4h。

步骤（4）所述的球磨处理步骤为：按质量比1∶2将改性沸石分子筛和前驱体混合，在转速为400～500r/min下球磨30～40min。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明将磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物作为原料，氧化镁改性沸石分子筛作为载体，将磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物固定在载体上，制备出一种污泥调理剂；磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物既有多糖化合物的分子间作用力与反应性，又有合成高分子的机械与生物作用稳定性和线性链展开能力，磺化木质素自身含有大量-SO₃H基团，具有强阴离子性和强亲水性，将丙烯酸钠共聚物作为接枝共聚单体，改变木质素的空间构型、增大相对分子质量、引进具有絮凝性能的官能团，进一步提高木质素的絮凝性能；沸石分子筛是一种无机晶体材料，具有规整的孔道结构、较强的酸性和高的水热稳定性，且具有较强的吸附性能，通过焙烧的方法将氧化镁直接分散在沸石分子筛上，增加其比表面积，使其获得强碱性活性位并保留微孔结构，从而提高吸附能力；

（2）本发明磺化木质素又称木质素磺酸盐，为线性高分子化合物，木质素磺酸盐可溶于各种pH值的水溶液中，不溶于有机溶剂；通常为黄褐色固体粉末，有良好的扩散性，易溶于水，木质素磺酸盐其结构中含有酚羟基、醇羟基、磺酸基、羧基等基团，使其具有了良好的水溶性、吸附性、两亲性等性能；现有的污泥调理方式应用最多的为投加聚丙烯酰胺类的絮凝剂，现本发明将磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物代替丙烯酰胺单体，制备出的污泥调理剂基本无毒且易生物降解，不会造成二次污染；原料属可再生资源，来源丰富、制备成本低、价格便宜；天然高分子种类很多，分子内活性基团多、可选择性大，可根据需要采用不同的制备方法进行改性；

（3）本发明将磺化木质素接枝丙烯酸钠共聚物固定在氧化镁改性沸石分子筛载体上，对于污泥中高浓度有机物和氨氮的絮凝和吸附回收具有巩固作用，通过絮凝和离子交换技术提高污泥中有机污染物的去除效率的同时，实现污泥中高浓度氨氮的吸附回收。

具体实施方式

按质量比1∶5将磺化木质素和质量分数为20%氢氧化钠溶液混合，超声分散5～10min，即得混合液，将混合液在转速为3000～4000r/min下离心20～30min，收集上清液，用质量分数为10%盐酸溶液调节上清液的pH值为2～3后，并在温度为90～100℃下加热40～60min，即得基体液，将基体液静置6～8h后，抽滤即得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为50～60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得预处理木质素；按重量份数计，分别称取1～10份预处理木质素、1～3份硫代硫酸钠、5～15份丙烯酸、1～3份过硫酸钾、90～100份质量分数为25%氢氧化钠溶液，将预处理木质素和质量分数为25%氢氧化钠溶液混合，在搅拌速度为300～400r/min下搅拌10～15min，即得反应液，在反应液中加入硫代硫酸钠，超声分散10～15min，即得分散液，在分散液中加入丙烯酸和过硫酸钾，在氮气气氛下，温度为70～80℃，搅拌速度为500～600r/min下恒温搅拌4～5h，即得反应物，将反应物置于温度为50～60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得前驱体；按质量比1∶5将氧化镁和沸石分子筛混合，在转速为300～400r/min下球磨1～2h，即得混合物，将混合物置于马弗炉中，在温度为500～600℃下恒温焙烧3～4h，冷却至室温即得改性沸石分子筛；按质量比1∶2将改性沸石分子筛和前驱体混合，在转速为400～500r/min下球磨30～40min，即得污泥调理剂。

实施例1

按质量比1∶5将磺化木质素和质量分数为20%氢氧化钠溶液混合，超声分散5min，即得混合液，将混合液在转速为3000r/min下离心20min，收集上清液，用质量分数为10%盐酸溶液调节上清液的pH值为2后，并在温度为90℃下加热40min，即得基体液，将基体液静置6h后，抽滤即得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为50℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得预处理木质素；按重量份数计，分别称取1份预处理木质素、1份硫代硫酸钠、5份丙烯酸、1份过硫酸钾、90份质量分数为25%氢氧化钠溶液，将预处理木质素和质量分数为25%氢氧化钠溶液混合，在搅拌速度为300r/min下搅拌10min，即得反应液，在反应液中加入硫代硫酸钠，超声分散10min，即得分散液，在分散液中加入丙烯酸和过硫酸钾，在氮气气氛下，温度为70℃，搅拌速度为500r/min下恒温搅拌4h，即得反应物，将反应物置于温度为50℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得前驱体；按质量比1∶5将氧化镁和沸石分子筛混合，在转速为300r/min下球磨1h，即得混合物，将混合物置于马弗炉中，在温度为500℃下恒温焙烧3h，冷却至室温即得改性沸石分子筛；按质量比1∶2将改性沸石分子筛和前驱体混合，在转速为400r/min下球磨30min，即得污泥调理剂。

实施例2

按质量比1∶5将磺化木质素和质量分数为20%氢氧化钠溶液混合，超声分散7min，即得混合液，将混合液在转速为3500r/min下离心25min，收集上清液，用质量分数为10%盐酸溶液调节上清液的pH值为2.5后，并在温度为95℃下加热50min，即得基体液，将基体液静置7h后，抽滤即得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为55℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得预处理木质素；按重量份数计，分别称取5份预处理木质素、2份硫代硫酸钠、10份丙烯酸、2份过硫酸钾、95份质量分数为25%氢氧化钠溶液，将预处理木质素和质量分数为25%氢氧化钠溶液混合，在搅拌速度为350r/min下搅拌13min，即得反应液，在反应液中加入硫代硫酸钠，超声分散13min，即得分散液，在分散液中加入丙烯酸和过硫酸钾，在氮气气氛下，温度为75℃，搅拌速度为550r/min下恒温搅拌4.5h，即得反应物，将反应物置于温度为55℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得前驱体；按质量比1∶5将氧化镁和沸石分子筛混合，在转速为350r/min下球磨1.5h，即得混合物，将混合物置于马弗炉中，在温度为550℃下恒温焙烧3.5h，冷却至室温即得改性沸石分子筛；按质量比1∶2将改性沸石分子筛和前驱体混合，在转速为450r/min下球磨35min，即得污泥调理剂。

实施例3

按质量比1∶5将磺化木质素和质量分数为20%氢氧化钠溶液混合，超声分散10min，即得混合液，将混合液在转速为4000r/min下离心30min，收集上清液，用质量分数为10%盐酸溶液调节上清液的pH值为3后，并在温度为100℃下加热60min，即得基体液，将基体液静置8h后，抽滤即得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至中性，并置于温度为60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得预处理木质素；按重量份数计，分别称取10份预处理木质素、3份硫代硫酸钠、15份丙烯酸、3份过硫酸钾、100份质量分数为25%氢氧化钠溶液，将预处理木质素和质量分数为25%氢氧化钠溶液混合，在搅拌速度为400r/min下搅拌15min，即得反应液，在反应液中加入硫代硫酸钠，超声分散15min，即得分散液，在分散液中加入丙烯酸和过硫酸钾，在氮气气氛下，温度为80℃，搅拌速度为600r/min下恒温搅拌5h，即得反应物，将反应物置于温度为60℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温，即得前驱体；按质量比1∶5将氧化镁和沸石分子筛混合，在转速为400r/min下球磨2h，即得混合物，将混合物置于马弗炉中，在温度为600℃下恒温焙烧4h，冷却至室温即得改性沸石分子筛；按质量比1∶2将改性沸石分子筛和前驱体混合，在转速为500r/min下球磨40min，即得污泥调理剂。

将本发明制备的污泥调理剂及聚丙烯酰胺类的絮凝剂进行性能检测，具体检测结果如下表表1。

测试方法：

将本发明制备的污泥调理剂及聚丙烯酰胺类的絮凝剂用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.44×10⁹s²/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.94%，

测试其加入污泥调理剂条理后的各项性能指标。

表1污泥调理剂性能表征

由表1可知，本发明制备的污泥调理剂，使用本调理剂后，污泥比阻降低，成为易脱水的污泥，使脱水泥饼含水率降低，具有广阔的市场价值和应用前景。

Claims

1.一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的离心处理步骤为：将混合液在转速为3000～4000r/min下离心20～30min。

3.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的调节上清液的pH值步骤为：用质量分数为10%盐酸溶液调节上清液的pH值为2～3。

4.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的预处理木质素、硫代硫酸钠、丙烯酸、过硫酸钾、质量分数为25%氢氧化钠溶液之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取1～10份预处理木质素、1～3份硫代硫酸钠、5～15份丙烯酸、1～3份过硫酸钾、90～100份质量分数为25%氢氧化钠溶液。

5.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：将预处理木质素和质量分数为25%氢氧化钠溶液混合，在搅拌速度为300～400r/min下搅拌10～15min。

6.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的恒温搅拌处理步骤为：在分散液中加入丙烯酸和过硫酸钾，在氮气气氛下，温度为70～80℃，搅拌速度为500～600r/min下恒温搅拌4～5h。

7.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的球磨处理步骤为：按质量比1∶5将氧化镁和沸石分子筛混合，在转速为300～400r/min下球磨1～2h。

8.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的恒温焙烧处理步骤为：将混合物置于马弗炉中，在温度为500～600℃下恒温焙烧3～4h。

9.根据权利要求1所述的一种污泥调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的球磨处理步骤为：按质量比1∶2将改性沸石分子筛和前驱体混合，在转速为400～500r/min下球磨30～40min。