CN112047611B - 一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，其特征在于，该方法包括：首先将待调理污泥与蛋白质变性剂混合均匀并进行蛋白质变性反应，之后加入蛋白质乳化凝聚剂并快速搅拌，以进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝结聚集，降低蛋白质的分散持水性能。与现有技术相比，本发明具有投加量低、反应条件温和、无毒无害、不影响污泥焚烧热值等显著优势，为环境友好型的污泥脱水调理提供了新的技术途径，表现出广阔的市场应用前景和重要的社会环境效益。

Description

一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法。

背景技术

污泥是污水生物处理的必然副产物，其携带有大量病原菌、重金属及毒害性有机污染物，如不妥善处置，将会造成严重的环境污染风险。自20世纪90年代以来，随着我国经济建设与城镇化水平的快速发展，污水产生量日益增大，相应的污水收集处理率也逐步提高，继而产生大量污泥。据2020年住房和城乡建设部发布的《中国城乡建设统计年鉴》，我国现有城镇污水处理厂4119座，设计处理能力2.02亿吨/日，全年共处理污水588.25亿吨，污泥产生量高达5879.39万吨(含水率80％)，并且以10.7％的年平均增长率持续增加。大量污泥的安全处理处置与高效资源化利用对于削减污水处理二次污染、提高我国水污染控制技术水平具有重要意义。

脱水可有效实现污泥减容、流动性降低和焚烧热值提高，因此，无论是污泥运输，还是堆肥、焚烧等处理处置工艺，均对污泥含水率做出了严格的技术界定。特别地，如何高效、低耗地降低污泥含水率、提高污泥热值已成为我国污泥大规模热化学安全处理处置的重要技术前提。然而，污泥组成成分极度复杂，且具有高度的亲水性和持水性，使得污泥呈现稳定的胶状絮体状态，脱水性能极差，必须采取必要的预处理措施才能实现污泥含水率的有效降低。

近年来，包括聚丙烯酰胺、无机高分子聚合物以及表面活性剂、高级氧化剂在内的多种脱水调理药剂被广泛应用于提高污泥脱水性能。例如，发明专利 CN202010265480.X涉及一种含油污泥处理剂及使用方法和含油污泥的清洗方法，将栲胶与磺酸盐联用作为含油污泥降粘剂，通过表面活性作用破坏油相与水相、油相与有机固相的亲和作用，实现固液分层分离；发明专利CN201811223720.9涉及一种板框机用污泥脱水方法，联用聚醚胺和聚硅酸铝铁作为污泥絮凝剂，实现污泥颗粒的有效凝聚和颗粒间隙水的有效削减，进而提升脱水性能；发明专利CN201811197649.1则涉及一种炼油污泥减量化处理方法，将氧化剂过氧化氢和破乳剂聚醚胺联用降低油泥粘性，提高油相与固相的过滤分离速率以及泥饼含固率。

然而，上述背景技术均未认识到污泥亲水组分(例如，蛋白质)分子结构对其表面亲疏水性能的重要影响，仅通过聚集污泥颗粒或非选择性地裂解、溶出固相中亲水性物质来降低污泥间隙水含量，使得上述技术存在药剂投加量大(污泥干基质量的5～20％)、反应条件苛刻、工艺能耗高等问题，难以适应污水处理剩余污泥的环境友好型脱水调理技术需求。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，用于解决现有技术中污泥脱水性能差、脱水药剂投加量大的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，包括：首先向待调理污泥中加入蛋白质变性剂，并施以磁力搅拌，以充分进行蛋白质变性反应，在反应过程中通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的表面亲水性能，之后加入蛋白质乳化凝聚剂并快速搅拌，以进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝结聚集，降低蛋白质的分散持水性能，进而大幅削减污泥絮体的整体持水能力，提高污泥脱水性能。

进一步地，所述的蛋白质变性剂为栲胶、糠醛、戊二醛的混合复配物。

进一步地，所述的混合复配物中，栲胶、糠醛、戊二醛的质量比为 (5-10):(5-10):(1-2)。

进一步地，所述的混合复配物中，栲胶、糠醛、戊二醛的质量比为10:10:1。

进一步地，所述的蛋白质变性剂的加入量为待调理污泥干基质量的2-5％。

进一步地，所述的磁力搅拌中，搅拌速率为100-300rpm。

进一步地，所述的蛋白质变性反应时间为10-30min。

进一步地，所述的蛋白质乳化凝聚剂为聚醚胺。

进一步地，所述的蛋白质乳化凝聚剂的加入量为待调理污泥干基质量的 0.1-0.3％。

进一步地，所述的快速搅拌过程中，搅拌速率为300-500rpm，搅拌时间为1-3 min。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)关于污泥脱水问题，在本发明之前的现有技术中并未认识到污泥脱水效果与污泥中蛋白质分子结构之间的关系，而本发明首次将两者相关联，并通过使污泥中蛋白质变性的方法提高污泥脱水效果，相较于常规污泥脱水方法中，污泥比阻削减率仅有50-60％，最终含水率为70-80％，本发明中污泥比阻削减率可达到 79.5-85.1％，亦即本发明为污泥处理领域提供了一种新颖高效的污泥脱水调理方法；

2)本发明鉴于现有背景技术所存在的问题，并参考污泥持水机理分子构象学领域的最新研究成果，而提供一种利用蛋白质变性剂进行污泥脱水调理的技术方法，通过以栲胶为代表的植物源多酚和以糠 醛、戊二醛为代表的醛基化合物共同络合污泥胞外蛋白质以破坏其肽链内氢键作用，进而削减α-螺旋、β-折叠含量、舒展多肽链、降低蛋白质分子在水中的稳定凝聚特性和表面亲水性，从而降低污泥絮体的整体持水能力，实现污泥脱水性能的有效提高。此外，植物源蛋白质变性剂水溶性好、只含碳氢氧三种元素，不影响污泥焚烧热值、不引起污泥体积增容，满足环境友好型污泥脱水调理药剂的相关技术要求，在污泥脱水调理方面具有广阔的市场应用前景和重要的环境效益；

3)本发明利用蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，进而大幅削减污泥絮体的整体持水能力，实现污泥脱水性能的有效提升，具有投加量低、反应条件温和、无毒无害、不影响污泥焚烧热值等显著优势，为环境友好型的污泥脱水调理提供了新的技术选择途径。

附图说明

图1为实施例1中一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，包括：首先向待调理污泥中加入蛋白质变性剂，并施以100-300rpm的磁力搅拌10-30min，以充分进行蛋白质变性反应，在反应过程中通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的表面亲水性能，之后加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)并以300-500rpm的转速快速搅拌1-3min，以进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝结聚集，降低蛋白质的分散持水性能，进而大幅削减污泥絮体的整体持水能力，提高污泥脱水性能。

其中，蛋白质变性剂为质量比(5-10):(5-10):(1-2)的栲胶、糠醛、戊二醛的混合复配物；蛋白质变性剂的加入量为待调理污泥干基质量的2-5％；蛋白质乳化凝聚剂的加入量为待调理污泥干基质量的0.1-0.3％。

本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

1、蛋白质变性剂应用于污泥脱水调理：

本实施例以上海市某城市污水处理厂中的污泥作为处理对象，采用一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法对其进行处理，该方法包括以下步骤：

1)将质量比5:5:1的栲胶、糠醛、戊二醛混合并制备得到蛋白质变性剂；

2)向上述污泥中加入蛋白质变性剂，其加入量为污泥干基质量的2％，之后在300rpm磁力搅拌条件下充分反应30min，通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的亲水性能、降低污泥絮体的整体持水能力，得到预处理污泥；

3)向预处理污泥中加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)，其加入量为污泥干基质量的0.1％，之后在500rpm的转速下快速搅拌3min，进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，实现污泥脱水性能的有效提升，即得到脱水处理后的污泥。

2、实验结果：

定义污泥比阻削减率为：

(未调理原污泥的比阻—调理后污泥的比阻)/未调理原污泥的比阻×100％

在本实施例中，污泥比阻削减率达79.5％，脱水性能大幅提升。

实施例2：

1、蛋白质变性剂应用于污泥脱水调理：

本实施例以实施例1中的未调理原污泥作为处理对象，采用一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法对其进行处理，该方法包括以下步骤：

1)将质量比10:10:1的栲胶、糠醛、戊二醛混合并制备得到蛋白质变性剂；

2)向上述污泥中加入蛋白质变性剂，其加入量为污泥干基质量的5％，之后在100rpm磁力搅拌条件下充分反应10min，通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的亲水性能、降低污泥絮体的整体持水能力，得到预处理污泥；

3)向预处理污泥中加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)，其加入量为污泥干基质量的0.3％，之后在300rpm的转速下快速搅拌1min，进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，实现污泥脱水性能的有效提升，即得到脱水处理后的污泥。

2、实验结果：

在本实施例中，污泥比阻削减率达85.1％，脱水性能大幅提升。

实施例3：

1、蛋白质变性剂应用于污泥脱水调理：

本实施例以实施例1中的未调理原污泥作为处理对象，采用一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法对其进行处理，该方法包括以下步骤：

1)将质量比7.5:7.5:2的栲胶、糠醛、戊二醛混合并制备得到蛋白质变性剂；

2)向上述污泥中加入蛋白质变性剂，其加入量为污泥干基质量的3.5％，之后在200rpm磁力搅拌条件下充分反应20min，通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的亲水性能、降低污泥絮体的整体持水能力，得到预处理污泥；

3)向预处理污泥中加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)，其加入量为污泥干基质量的0.2％，之后在400rpm的转速下快速搅拌2min，进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，实现污泥脱水性能的有效提升，即得到脱水处理后的污泥。

2、实验结果：

在本实施例中，污泥比阻削减率达81.6％，脱水性能大幅提升。

实施例4：

1、蛋白质变性剂应用于污泥脱水调理：

本实施例以实施例1中的未调理原污泥作为处理对象，采用一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法对其进行处理，该方法包括以下步骤：

1)将质量比7.5:5:1.5的栲胶、糠醛、戊二醛混合并制备得到蛋白质变性剂；

2)向上述污泥中加入蛋白质变性剂，其加入量为污泥干基质量的5％，之后在200rpm磁力搅拌条件下充分反应30min，通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的亲水性能、降低污泥絮体的整体持水能力，得到预处理污泥；

3)向预处理污泥中加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)，其加入量为污泥干基质量的0.3％，之后在500rpm的转速下快速搅拌1min，进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，实现污泥脱水性能的有效提升，即得到脱水处理后的污泥。

2、实验结果：

在本实施例中，污泥比阻削减率达84.1％，脱水性能大幅提升。

实施例5：

1、蛋白质变性剂应用于污泥脱水调理：

本实施例以实施例1中的未调理原污泥作为处理对象，采用一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法对其进行处理，该方法包括以下步骤：

1)将质量比1:1的栲胶、糠醛混合并制备得到蛋白质变性剂；

2)向上述污泥中加入上述蛋白质变性剂，其加入量为污泥干基质量的5％，之后在200rpm磁力搅拌条件下充分反应30min，通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的亲水性能、降低污泥絮体的整体持水能力，得到预处理污泥；

3)向预处理污泥中加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)，其加入量为污泥干基质量的0.3％，之后在500rpm的转速下快速搅拌1min，进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，实现污泥脱水性能的有效提升，即得到脱水处理后的污泥。

2、实验结果：

在本实施例中，污泥比阻削减率达50.2％，脱水性能有所提升，但不及栲胶、糠醛、戊二醛三者复配联用时的脱水调理效果。

实施例6：

1、蛋白质变性剂应用于污泥脱水调理：

本实施例以实施例1中的未调理原污泥作为处理对象，采用一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法对其进行处理，该方法包括以下步骤：

1)单独使用糠醛为蛋白质变性剂；

2)向上述污泥中加入糠醛，其加入量为污泥干基质量的5％，之后在300rpm 磁力搅拌条件下充分反应30min，通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的亲水性能、降低污泥絮体的整体持水能力，得到预处理污泥；

3)向预处理污泥中加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)，其加入量为污泥干基质量的0.3％，之后在500rpm的转速下快速搅拌1min，进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，实现污泥脱水性能的有效提升，即得到脱水处理后的污泥。

2、实验结果：

在本实施例中，污泥比阻削减率达52.8％，脱水性能有所提升，但不及栲胶、糠醛、戊二醛三者复配联用时的脱水调理效果。

实施例7：

1、蛋白质变性剂应用于污泥脱水调理：

本实施例以实施例1中的未调理原污泥作为处理对象，采用一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法对其进行处理，该方法包括以下步骤：

1)将质量比1:1的糠醛、戊二醛混合并制备得到蛋白质变性剂；

2)向上述污泥中加入上述蛋白质变性剂，其加入量为污泥干基质量的5％，之后在300rpm磁力搅拌条件下充分反应30min，通过蛋白质络合变性作用削减胞外蛋白质的亲水性能、降低污泥絮体的整体持水能力，得到预处理污泥；

3)向预处理污泥中加入蛋白质乳化凝聚剂(聚醚胺)，其加入量为污泥干基质量的0.3％，之后在500rpm的转速下快速搅拌1min，进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝聚作用，降低蛋白质的分散持水性能，实现污泥脱水性能的有效提升，即得到脱水处理后的污泥。

2、实验结果：

在本实施例中，污泥比阻削减率达68.3％，脱水性能有所提升，但不及栲胶、糠醛、戊二醛三者复配联用时的脱水调理效果。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，其特征在于，该方法包括：首先将待调理污泥与蛋白质变性剂混合均匀并进行蛋白质变性反应，之后加入蛋白质乳化凝聚剂并快速搅拌，以进一步辅助促进污泥中持水性胞外蛋白质的凝结聚集，降低蛋白质的分散持水性能；

其中，所述的蛋白质变性剂为栲胶、糠醛、戊二醛以质量比(5-10):(5-10):(1-2)组成的混合复配物，蛋白质变性剂的加入量为待调理污泥干基质量的2-5％；

所述的蛋白质乳化凝聚剂为聚醚胺，蛋白质乳化凝聚剂的加入量为待调理污泥干基质量的0.1-0.3％。

2.根据权利要求1所述的一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，其特征在于，所述的混合复配物中，栲胶、糠醛、戊二醛的质量比为10:10:1。

3.根据权利要求1所述的一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，其特征在于，所述的待调理污泥与蛋白质变性剂通过磁力搅拌混合均匀，搅拌速率为100-300rpm。

4.根据权利要求1所述的一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，其特征在于，所述的蛋白质变性反应时间为10-30min。

5.根据权利要求1所述的一种基于蛋白质变性剂的污泥脱水调理方法，其特征在于，所述的快速搅拌过程中，搅拌速率为300-500rpm，搅拌时间为1-3min。

Images