CN112094390A - 一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质及其制备方法 - Google Patents

一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质及其制备方法，包括以下步骤；（1）将城市污水中富集的有机物利用水热技术在180‑250℃条件下制得富含活性基团的生物炭多聚体；（2）利用反相悬浮聚合技术，以步骤（1）制得的生物炭多聚体为原料，以环己烷为连续相，与丙烯酰胺进行接枝共聚，反应温度为25‑35℃，丙烯酰胺投加量为2.4‑2.8mol/L，反应时间为2‑4h，制备成具有絮凝性能的碳转移聚集介质。本发明制备的聚集介质对污水有机物具有聚集速率快、聚集效率高、适用范围广的特点，因此，该聚集介质在城市污水有机物回收中具有良好的应用前景。

Description

一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质及其制备 方法
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，尤其涉及一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质及其制备方法。
背景技术
当今的城市污水处理系统中，有机物去除过程的高额能耗和碳排放问题逐渐被重视。而将污水中的有机物富集或浓缩到易利用的程度，是实现经济效益和环境意义的关键步骤。有机物富集的方式有膜分离、高负荷活性污泥法、絮凝等，这些技术的主要作用机制可分为：物理法、化学法和生物法。物理法有依靠阻力截留方式富集有机物的膜分离技术、动态滤池、筛网技术，依靠微气泡浮力的气浮法，化学法包括利用化学药剂-絮凝剂进行脱稳的混凝法等，生物法则是利用活性污泥实现生活污水有机物的快速同化和生物吸附。由于膜分离技术成本较高，无法将过滤的产品浓缩成干物质，活性污泥在碳捕获过程中存在不可避免的氧化损失，虽然可以取得较高的COD去除率，但捕获效率较低，而采用混凝剂富集有机物能克服这个问题，通过化学键作用与有机物自发地结合，并通过重力作用或浮力作用携带有机碳定向移动而实现碳捕获。在污水厂处理过程前端采用强化絮凝可以起到促进有机物沉淀分离和减少后续单元的有机负荷的作用。混凝剂有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂、微生物絮凝剂等，其中无机絮凝剂是目前应用最为广泛的絮凝剂类型，其对COD的去除率虽然高达65%-86%，但其存在投加量高、不可再生、污泥产量大的缺点，有文献表明，投加量为150mg/L FeCl3的化学一级处理单元，仅药剂费用就超过电力与污泥处置费用之和，相比无机絮凝剂，有机絮凝剂的投加量较低（几毫克每升）、产生的污泥体积小，絮凝过程不消耗碱度。为了节约成本，采用生物炭制备有机絮凝介质用于有机物回收是一种可行的方法。
发明内容
为了解决以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质的制备方法，包括以下步骤；
（1）将城市污水中富集的有机物利用水热技术在180-250℃条件下搅拌混合，制得富含活性基团的生物炭多聚体；其中升温速率为4-200℃/min，搅拌转速为100-300 r/min，搅拌混合时间为3-5h；
（2）利用反相悬浮聚合技术，以步骤（1）制得的生物炭多聚体为原料，以环己烷为连续相，反应温度为25-35℃，丙烯酰胺投加量为2.4-2.8mol/L，反应时间为2-4h，进行接枝共聚，制备成具有絮凝性能的碳转移聚集介质。
进一步的，所述步骤（1）中城市污水中富集的有机物为城市污水处理厂二沉池浓缩污泥。
进一步的，所述步骤（1）中生物炭多聚体富含的活性基团为羧基基团。
优选的，所述步骤（1）中的水热温度为190℃，升温速率为50℃/min，搅拌混合时间为4h，搅拌转速为200 r/min。
优选的，所述步骤（2）中的反应温度为30℃，丙烯酰胺投加量为2.6mol/L，反应时间为3h。
以上所述的制备方法制得的用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质。
有益效果：本发明提供了一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质及其制备方法，本发明将富集的城市污水有机物进行水热处理，获得富含活性基团的多聚体，然后，利用反相悬浮聚合技术，以多聚体为原料，与丙烯酰胺进行接枝共聚，制备成具有絮凝性能的碳转移聚集介质。本发明制备的聚集介质对污水有机物具有聚集速率快、聚集效率高、适用范围广的特点，因此，该聚集介质在城市污水有机物回收中具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
制备碳转移聚集介质：（1）城市污水处理厂二沉池浓缩污泥500g（含水率87%），加入水热反应釜，设置水热温度为190℃，升温速率为50℃/min，保温计时4h，搅拌转速200r/min。反应结束后快速冷却，获得富含活性基团（羟基）的多聚体，产率为57.3%，羟基在所有官能团中占比为22%；
（2）利用反相悬浮聚合技术，将步骤（1）制得的多聚体溶液加入环己烷中，在水浴中加热，保持在30℃，加入丙烯酰胺184.81g（固体），反应3h。利用95%乙醇进行沉淀，并洗涤3-4次，在60℃真空干燥4h，获得具有絮凝性能的碳转移聚集介质。
实施例2
利用实施例1制备得到的碳转移聚集介质进行城市污水有机物回收实验，具体步骤如下：
分别量取500mL城市生活污水置于6个1000mL烧杯中，COD为220mg/L，再分别称取1、2、3、4、5、6mg碳转移聚集介质，分别加到每个烧杯中，在80r/min的转速下，搅拌10min，沉淀30min。
测定上清液COD浓度，在1、2、3、4、5、6mg碳转移介质条件下，COD分别降至160、130、120、100、95、90 mg/L，说明该转移介质可以有效聚集城市污水中的有机物。

Claims (6)

1.一种用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
（1）将城市污水中富集的有机物利用水热技术在180-250℃条件下搅拌混合，制得富含活性基团的生物炭多聚体；其中升温速率为4-200℃/min，搅拌转速为100-300 r/min，搅拌混合时间为3-5h；
（2）利用反相悬浮聚合技术，以步骤（1）制得的生物炭多聚体为原料，以环己烷为连续相，反应温度为25-35℃，丙烯酰胺投加量为2.4-2.8mol/L，反应时间为2-4h，进行接枝共聚，制备成具有絮凝性能的碳转移聚集介质。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中城市污水中富集的有机物为城市污水处理厂二沉池浓缩污泥。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中生物炭多聚体富含的活性基团为羧基基团。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的水热温度为190℃，升温速率为50℃/min，搅拌混合时间为4h，搅拌转速为200 r/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的反应温度为30℃，丙烯酰胺投加量为2.6mol/L，反应时间为3h。
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的用于城市污水有机物絮凝的碳转移聚集介质。
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