CN114573082A - 一种同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步去除硝酸根和有机物的无机‑有机复配混凝系统的构建及应用方法，其具体过程为：首先以造纸行业中产生的造纸污泥为原料合成造纸污泥基阳离子型聚合物，再利用氯化铝和氢氧化钠制得聚合氯化铝溶液，将造纸污泥基阳离子型聚合物与聚合氯化铝溶液依次加入到待处理水中进行联合使用构建复配混凝系统，用于同步去除硝酸银离子和有机污染物。本发明的复配混凝系统，解决了传统混凝工艺无法去除硝酸根的问题，拓宽了混凝技术在离子态污染水体中的应用，同时可以降低无机混凝剂投加量，减少化学污泥产生量，提高自然沉降速率，同时降低水处理成本。
Description
技术领域
本发明属于废物资源化利用及水处理絮凝剂技术领域，具体涉及一种同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法。
背景技术
随着我国工农业经济的迅速发展，水体中硝酸盐污染日益严重，己成为水环境中最主要污染物之一。硝酸根不仅可以造成水体富营养化，形成黑臭水体，若人体长期摄入，还会引发供氧障碍、甲状腺肿、蓝婴综合症等疾病。目前污水处理中，常采用生物脱氮的方式去除，但我国城市生活污水整体呈现原水碳源不足的特点，碳氮比失衡限制了微生物的反硝化作用。
混凝沉淀法是国内外水与废水处理中一种广泛应用的工艺，目前已广泛使用于市政污水处理厂的深度处理工艺中。目前广泛使用的混凝药剂主要包括聚合态无机混凝剂和高分子有机絮凝剂。无机混凝剂已被证实可以去除胶态污染物和颗粒物，但无法与硝酸根反应，因此无法利用传统混凝方式去除硝酸根。而有机絮凝剂可以通过负载功能基团，实现与相斥电性的离子或基团结合的功能，并吸附在胶粒表面。但有机絮凝剂不同于吸附剂，本身是可溶性的，如何从水体中析出仍是一个难题。如将有机絮凝剂作为助凝剂，与无机混凝剂联合使用，可以促使“无机混凝剂-有机絮凝剂-硝酸根-有机污染物”结合体的生成和沉降，从而实现将硝酸根从水体中去除。
为降低水处理成本，可以回收工农业废弃物中的有机质并将其改性制备新型絮凝剂。造纸污是造纸行业废水处理的终端产物，其木质素含量十分丰富，且含有羟基、羰基、羧基及侧链结构，可作为一种优越的改性高聚物原材料。中国专利文献CN105001381A、CN103979660A、CN103964557A、CN102583684A以及CN103265106A分别公开了造纸污泥资源化制备水处理药剂的相关技术方案，中国专利文献CN101343129A、CN101492192A分别公开了无机盐-有机絮凝剂复配处理污水的相关技术方案，但以上专利仅局限于对水体中浊度、色度或有机污染物的去除性能，并不涉及对水体中硝酸根离子态污染物的去除，也未明确其适用的水力参数。中国专利文献CN105384231A、CN105565459A公开了金属盐-造纸污泥基絮凝剂复合混凝剂制备及其应用的相关技术方案，虽然复合混凝剂同样可以提高混凝效果，但由于有机絮凝剂上的阳离子基团被金属盐的水解产物占据，从而降低了其与阴离子污染物的结合能力，混凝效果远不如复配混凝系统。
经检索，以造纸污泥为原料制备阳离子型有机絮凝剂并与金属盐混凝剂复配混凝，并同步去除硝酸根和有机污染物的应用尚未见相关文献报道。
发明内容
为了克服现有混凝技术无法去除硝酸根离子的不足，本发明提供了一种同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，该方法构建的聚合氯化铝-造纸污泥基阳离子型聚合物复配混凝系统，能够实现同步高效去除污水中的硝酸根离子以及有机污染物，同时能够保证絮体的沉降性能和污染物高效去除。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于具体过程为：首先以造纸行业中产生的造纸污泥为原料合成造纸污泥基阳离子型聚合物(CLP)，再利用氯化铝和氢氧化钠制得聚合氯化铝(PAC)溶液，将造纸污泥基阳离子型聚合物与聚合氯化铝溶液依次加入到待处理水中进行联合使用构建复配混凝系统，用于同步去除硝酸银离子和有机污染物。
本发明所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其具体步骤为：
步骤S1：聚合氯化铝的制备
称取NaOH和AlC13·6H2O固体分别溶解于蒸馏水中，将NaOH溶液置于水浴锅中并控制温度为50～80℃，逐滴加入氯化铝溶液，控制碱化度OH-：Al3+的摩尔比为(0.25～2.0)：1，搅拌至固体完全溶解，加水稀释并定容制得聚合氯化铝溶液；
步骤S2：造纸污泥基阳离子型聚合物的制备
将造纸污泥粉末溶于蒸馏水中，其中造纸污泥粉末与去离子水的配比为2：(50～60)g/ml，；搅拌下滴加NaOH溶液，控制混合体系的pH在11.0～12.0，搅拌10～30min，取混合物离心，取上清液，倒入反应器中，调节pH为6.0～8.0，向反应器中加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌混合，立即加入与N,N-二甲基甲酰胺等体积的环氧氯丙烷，其中造纸污泥与N,N-二甲基甲酰胺的配比为2g：(8～10)ml，于60～80℃水浴中搅拌反应0.5～2h，然后滴加乙二胺，其中造纸污泥与乙二胺的配比为2g：(3～5)ml，继续搅拌反应0.5～2h，保温，最后加入三乙胺，其中造纸污泥与三乙胺的配比为2g：(8～10)ml，控制温度在50～80℃，搅拌反应1～5h，反应结束将所得产品冷却至室温，加入丙酮析出反应产物，真空抽滤，取滤渣干燥，即制得造纸污泥基阳离子型聚合物；
步骤S3：聚合氯化铝-造纸污泥基阳离子型聚合物复配混凝系统的构建及应用
在水处理混凝过程中，先将步骤S2制得的造纸污泥基阳离子型聚合物加入待处理水中以100～250rpm转速搅拌处理15～90s，再加入步骤S1制得的聚合氯化铝溶液继续以100～250rpm转速快搅处理30～90s，随后以20～50rpm转速慢搅处理5～20min，最后沉淀10～40min，聚合氯化铝的加药量以铝离子的质量计5～30mg/L水，造纸污泥基阳离子型聚合物的加药量以聚合物的质量计0.5～3mg/L水。
进一步限定，所述造纸污泥取自碱法造纸污泥污水处理后的终端产物，并进行自然干燥后，测得生物质含量为50～55wt％，其中木质素含量40～45wt％，含水率0～5wt％，余量为无机盐杂质。
进一步限定，步骤S1中控制温度为70℃，碱化度OH-：Al3+的摩尔比为(1.25～2.0)：1。
进一步限定，步骤S2中造纸污泥与N,N-二甲基甲酰胺的配比为2g：(8～9)ml，造纸污泥与乙二胺的配比为2g：4ml，造纸污泥与三乙胺的配比为2g：(8～9)ml，反应温度为60～70℃，滴加乙二胺后反应时间为1h，滴加三乙胺后反应时间为2h，造纸污泥与丙酮的配比为2g：(150～200)ml，真空干燥温度为40～60℃，干燥时间为2～5h。
进一步限定，步骤S3中造纸污泥基阳离子型聚合物加入待处理水中以200rpm转速搅拌处理30～60s，再加入聚合氯化铝溶液继续以200rpm转速快搅处理45～75s，随后以30rpm转速慢搅处理10～16min，最后沉淀10～25min，聚合氯化铝的加药量以铝离子的质量计10～22mg/L水，造纸污泥基阳离子型聚合物的加药量以聚合物的质量计1～2.5mg/L水。
本发明所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其具体步骤为：
步骤S1：聚合氯化铁的制备
称取44.72g的AlC13·6H20固体并溶解于去离子水中，水浴加热至70℃，逐滴加入含有9.26～14.81g NaOH的氢氧化钠溶液，控制碱化度OH-：Al3+的摩尔比为(1.25～2.0)：1，在磁力搅拌作用下至完全溶解后，继续搅拌熟化12h，最后用蒸馏水稀释定容至500ml制得Al的质量浓度为10g/L的聚合氯化铝溶液；
步骤S2：造纸污泥基阳离子型聚合物的制备
将造纸污泥2.0g加入去离子水50ml中，搅拌下滴加1mol/L的NaOH溶液，控制pH为11.5，以200rpm的转速搅拌处理20min，得到的混合物以10000rpm的速度离心10min，取上清液，倒入反应器中，调节pH为6.5～7.0，向反应器中加入8ml的N,N-二甲基甲酰胺和8ml的环氧氯丙烷，在60℃水浴中，以200rpm的转速搅拌反应1h，然后滴加乙二胺3～4ml，继续搅拌反应1h，温度维持在60℃，最后加入8～9ml三乙胺，温度保持不变，并搅拌反应1～3h，反应结束后冷却至室温，加入150～200ml丙酮析出反应产物，加压0.015MPa真空抽滤，取滤渣干燥3h，即制得造纸污泥基阳离子型聚合物；
步骤S3：聚合氯化铝-造纸污泥基阳离子型聚合物复配混凝系统的构建及应用方法
在水处理混凝过程中，先将步骤S2制得的造纸污泥基阳离子型聚合物加入待处理水中以200rpm转速搅拌处理30～60s，再加入步骤S1制得的聚合氯化铁继续以200rpm转速快搅处理45～75s，随后以30rpm转速慢搅处理10～16min，最后沉淀10～25min，聚合氯化铁的加药量以铝离子的质量计10～22mg/L水，造纸污泥基阳离子型聚合物的加药量以聚合物的质量计1～2.5mg/L水。
本发明所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于具体过程为：按照造纸污泥基阳离子型聚合物、聚合氯化铝间隔30～60s并依次投加到待处理水中，可以实现对水体中的硝酸根和有机污染物的同步去除，适用于给水、市政污水、工业废水处理领域。经处理模拟硝酸根-腐殖酸水样实验测试，本发明的复配混凝系统相较于传统混凝系统，有机物去除率提高10-16％，硝酸根的去除率最高提高70％以上。且对不同酸碱度条件下的水样以及其他多种水样，均具有良好的混凝效果。
本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
1.本发明的复配混凝系统，解决了传统混凝工艺无法去除硝酸根的问题，拓宽了混凝技术在离子态污染水体中的应用。
2.本发明的复配混凝系统，可以降低无机混凝剂投加量，减少化学污泥产生量，提高自然沉降速率，同时降低水处理成本。
3.本发明的复配混凝系统使用简单，无需改变或增加絮凝池构造或设备，且相较于传统混凝系统，有机物去除率提高10％-16％，硝酸根的去除率最高提高80％以上。对不同酸碱度条件下的水样以及其他多种水样，均具有良好的混凝效果。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例中使用的原料造纸污泥是碱法造纸生产过程中产生的造纸污泥，进行干燥后，测得木质素含量40～45wt％，纤维素为5～10wt％，含水率5wt％，其余为泥土、沙粒及多种无机盐杂质。
实施例1：不同碱化度的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法
步骤S1：聚合氯化铁的制备
称取44.72g的AlC13·6H20固体并溶解于去离子水中，水浴加热至70℃，逐滴加入NaOH溶液，控制碱化度OH-：Al3+的摩尔比为1.25、1.50、1.75、2.00，在磁力搅拌作用下至完全溶解后，继续搅拌熟化12h，最后用蒸馏水稀释定容至500ml，制得Al的质量浓度为10g/L的聚合氯化铝溶液；
步骤S2：造纸污泥基阳离子型聚合物的制备
将造纸污泥2.0g加入去离子水50ml中，搅拌下滴加1mol/L的NaOH溶液，控制pH为11.5，以200rpm的转速搅拌处理20min，得到的混合物以10000rpm的速度离心10min，取上清液，倒入反应器中，调节pH为7.0；向反应器中加入8ml的N,N-二甲基甲酰胺和8ml的环氧氯丙烷，在60℃水浴中，以200rpm的速度搅拌反应1h；然后滴加乙二胺4ml，继续搅拌反应1h，温度维持在60℃，最后加入8ml三乙胺，温度保持不变，并搅拌反应2h；反应结束后冷却至室温，加入150ml丙酮析出反应产物，加压0.015MPa真空抽滤，取滤渣干燥3h，即制得造纸污泥基胺化聚合物；
步骤S3：聚合氯化铝-造纸污泥基阳离子型聚合物复配混凝系统的构建及应用方法
在水处理混凝过程中，先将CLP加入待处理水中以200rpm的转速处理45s，然后加入PAC继续以200rpm的转速处理60s，随后以30rpm的转速慢搅处理12min，最后沉淀20min，PAC加药量以铝离子的质量计18mg/L水，CLP加药量以聚合物的质量计2mg/L水。
实施例2：不同药剂投加方式的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法
与实施例1所述相同，所不同的是固定碱化度为1.50，步骤S3中投加顺序设置为先投加CLP后投加PAC，以及先投加PAC后投加CLP，间隔时间分别为30s、45s、60s、75s，即得不同药剂投加方式的无机-有机复配混凝系统构建及应用方法。
实施例3：不同快搅时间的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法
与实施例2所述相同，所不同的是固定投加方式为将CLP与PAC间隔45s先后投加后，步骤S3中聚合氯化铁投加后再快搅时间为45s、60s、75s、90s，即得不同快搅时间的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法。
实施例4：不同慢搅时间的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法
与实施例3所述相同，所不同的是固定投加方式为将CLP与PAC先后投加后再快搅60s，步骤S3中慢搅时间为10min、12min、14min、16min，即得不同慢搅时间的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法。
实施例5：不同沉淀时间的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法
与实施例4所述相同，所不同的是固定慢搅时间为12min，步骤S3中沉淀时间为10min、15min、20min、25min，即得不同沉淀时间的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法。
实施例6：不同PAC加药量的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法
与实施例5所述相同，所不同的是沉淀时间控制为20min，步骤S3中PAC加药量(以铝质量计)为10mg/L、14mg/L、18mg/L、22mg/L，即得不同PAC加药量的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法。
实施例7：不同CLP加药量的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法
与实施例6所述相同，所不同的是PAC加药量固定为18mg/L，步骤S3中CLP加药量为1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L，即得不同CLP加药量的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法。
应用试验：
模拟硝酸根-腐殖酸水样的制备：称取1g腐殖酸，以少量去离子水调和，并加入一定量的NaOH调节溶液pH促进溶解，磁力搅拌0.5h后定容到1L，配制成1g/L的模拟水样贮备液。秤取1g高岭土，加入适量去离子水溶解，磁力搅拌0.5h后倒入1L的量筒中定容至1L，静置0.5h后，吸取上层500ml即为实验所用高岭土悬浊液。称取0.411g的NaNO3，加入去离子水溶解并定容至100ml，配制成NaNO3贮备液。混凝实验时，以自来水水调和，配成浓度为100mg/L腐殖酸模拟水样1L，利用高岭土悬浊液调节原水浊度，加入10ml的NaNO3贮备液搅拌至混合均匀，得到模拟硝酸根-腐殖酸水样。原水水质情况如下：pH值为8.0±0.1，浊度为15±0.5NTU，溶解性有机物浓度(DOC)为40±3mg/L，NO3 -浓度为2.0±0.1mg/L。
在以下应用实例中均使用上述水样。
应用实例1：将上述实施例1不同碱化度的无机-有机复配混凝系统应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样的处理，处理效果列于下表1。
表1 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
碱化度的改变会影响铁离子在水中的水解形态，随着碱化度的上升，铝离子更易水解为聚合态的水解产物，从而提高网捕卷积以及电中和作用，因此随着碱化度的升高，浊度、DOC、NO3 -去除率均有所增加。但当碱化度大于1.75时，过多的OH-容易加剧Al(III)沉淀，从而降低产品的使用周期。从上表可看出，碱化度在1.5～1.75时，混凝效果较好。考虑到经济成本，碱化度优选为1.50。
应用实例2：将上述实施例2不同药剂投加方式的无机-有机复配混凝系统应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样的处理，处理效果列于下表2-1和表2-2。
表2-1 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
表2-2 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
不同药剂投加方式会影响CLP与硝酸根及有机污染物的结合方式，其中先投加CLP后投加PAC，更有利于CLP的阳离子基团吸附硝酸根离子，从而提高NO3 -去除率。先投加PAC后投加CLP可以促使CLP的阳离子基团结合更多的阴离子型有机污染物，因此DOC和浊度的去除率更好。考虑到先投加CLP后投加PAC方式下，NO3 -去除率提升明显，浊度和DOC去除率变化不明显，优选先投加CLP后投加PAC的投加顺序。
两种药剂的间隔时间受药剂与污染物之间的结合速率，当间隔时间为30s时，结合过程不完全导致去除率较低，当间隔时间增加至45s及以上时，去除率变化不明显，因此优选间隔时间为45s。
应用实例3：将上述实施例3不同快搅时间的无机-有机复配混凝系统应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样的处理，处理效果列于下表3。
表3 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
快搅过程可以加速药剂在水体中的充分混合以及与污染物的有效结合，但快搅时间过程容易破坏已形成的微絮体，从而影响混凝效果。因此优选快搅时间为60s。
应用实例4：将上述实施例4不同慢搅时间的无机-有机复配混凝系统应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样的处理，处理效果列于下表4。
表4 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
从上表可以看出，随着快搅时间的增加可以促进絮体之间的团聚，从而提高混凝效果，但慢搅时间超过12min后，混凝效果的提升不再明显。考虑到经济成本，慢搅时间优选为12min。
应用实例5：将上述实施例5不同沉淀时间的无机-有机复配混凝系统应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样的处理，处理效果列于下表5。
表5 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
从上表可以看出，沉淀时间对浊度去除率和DOC去除率的影响较大，当沉淀时间过短时，絮体不能完全沉降，导致上清液浑浊，从而影响去除效果。当沉淀时间超过20min后，去除效果变化不明显，因此沉淀时间优选为20min。
应用实例6：将上述实施例6不同PAC加药量的无机-有机复配混凝系统应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样的处理，处理效果列于下表6。
表6 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
当PAC加药量较低时，无法完全团聚“CLP-硝酸根-有机污染物”结合体，且生成絮体体积较小，不宜沉降，使得浊度、DOC、NO3 -去除率下降明显。当PAC投加量继续增加到22mg/L后，去除率的提升作用不明显，并且出现反混现象。因此PAC加药量优选为18mg/L。
应用实例7：将上述实施例7不同CLP加药量的无机-有机复配混凝系统应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样的处理，处理效果列于下表7。
表7 模拟硝酸根-腐殖酸水样的混凝去除效果(％)
从上表可以看出，随着CLP加药量的增加，对浊度、DOC、NO3 -去除率提升作用明显，尤其是NO3 -去除率。当加药量增加至2.5mg/L后，DOC去除率呈现下降趋势，这是因为CLP本身是一种有机聚合物，投加过多可能会溶解于水中，影响出水水质，因此CLP加药量优选为2.0mg/L。
应用实例8：将以上实施例1优选后的无机-有机复配混凝系统，即OH-：Fe3+的摩尔比为0.5，应用于不同pH值的模拟硝酸根-腐殖酸水样处理，并与仅投加PAC的混凝效果进行对比，结果列于下表8。
表8 不同pH条件下混凝去除效果(％)
从上表可看，在pH范围5-10之间，仅投加PAC的混凝效果受pH的影响较大。而先投加CLP后投加PAC的复配混凝系统，可以减弱pH对混凝效果的影响，显著提升在过酸、过碱情况下的去除效率，这也在一定程度上扩大了无机-有机复配混凝的应用范围。
应用实例9：将以上实施例1优选后的无机-有机复配混凝系统，即OH-：Fe3+的摩尔比为0.5，应用于模拟硝酸根-腐殖酸水样处理，并与仅投加PAC的混凝效果进行对比。不同沉淀时间条件下的结果列于下表9。
表9 不同沉淀时间条件下混凝去除效果(％)
从上表可知，先投加CLP后投加PAC方式下混凝出水形成的絮体沉降速度较快，在10min时，浊度和DOC的去除率已趋于稳定。但对PFC来说，平衡时间明显增长，15min以上才能保证絮体的有效沉降。相对较短的沉淀时间，可以有效降低沉淀池的容积，降低基建成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
Claims (9)
1.一种同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于具体过程为：首先以造纸行业中产生的造纸污泥为原料合成造纸污泥基阳离子型聚合物，再利用氯化铝和氢氧化钠制得聚合氯化铝溶液，将造纸污泥基阳离子型聚合物与聚合氯化铝溶液依次加入到待处理水中进行联合使用构建复配混凝系统，用于同步去除硝酸银离子和有机污染物。
2.根据权利要求1所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：聚合氯化铝的制备
称取NaOH和AlC13•6H2O固体分别溶解于蒸馏水中，将NaOH溶液置于水浴锅中并控制温度为50～80℃，逐滴加入氯化铝溶液，控制碱化度OH-：Al3+的摩尔比为（0.25～2.0）：1，搅拌至固体完全溶解，加水稀释并定容制得聚合氯化铝溶液；
步骤S2：造纸污泥基阳离子型聚合物的制备
将造纸污泥粉末溶于蒸馏水中，其中造纸污泥粉末与去离子水的配比为2：（50～60）g/ml，；搅拌下滴加NaOH溶液，控制混合体系的pH在11.0～12.0，搅拌10～30min，取混合物离心，取上清液，倒入反应器中，调节pH为6.0～8.0，向反应器中加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌混合，立即加入与N,N-二甲基甲酰胺等体积的环氧氯丙烷，其中造纸污泥与N,N-二甲基甲酰胺的配比为2g：（8～10）ml，于60～80℃水浴中搅拌反应0.5～2h，然后滴加乙二胺，其中造纸污泥与乙二胺的配比为2g：（3～5）ml，继续搅拌反应0.5～2h，保温，最后加入三乙胺，其中造纸污泥与三乙胺的配比为2g：（8～10）ml，控制温度在50～80℃，搅拌反应1～5h，反应结束将所得产品冷却至室温，加入丙酮析出反应产物，真空抽滤，取滤渣干燥，即制得造纸污泥基阳离子型聚合物；
步骤S3：聚合氯化铝-造纸污泥基阳离子型聚合物复配混凝系统的构建及应用
在水处理混凝过程中，先将步骤S2制得的造纸污泥基阳离子型聚合物加入待处理水中以100～250rpm转速搅拌处理15～90s，再加入步骤S1制得的聚合氯化铝溶液继续以100～250rpm转速快搅处理30～90s，随后以20～50rpm转速慢搅处理5～20min，最后沉淀10～40min，聚合氯化铝的加药量以铝离子的质量计5～30mg/L水，造纸污泥基阳离子型聚合物的加药量以聚合物的质量计0.5～3mg/L水。
3.根据权利要求1或2所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于：所述造纸污泥取自碱法造纸污泥污水处理后的终端产物。
4.根据权利要求3所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于：所述造纸污泥进行自然干燥后，测得生物质含量为50～55wt%，其中木质素含量40～45wt%，含水率0～5 wt%，余量为无机盐杂质。
5.根据权利要求2所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于步骤S1中控制温度为70℃，碱化度OH-：Al3+的摩尔比为（1.25～2.0）：1。
6.根据权利要求2所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于步骤S2中造纸污泥与N,N-二甲基甲酰胺的配比为2g：（8～9）ml，造纸污泥与乙二胺的配比为2g：4ml，造纸污泥与三乙胺的配比为2g：（8～9）ml，反应温度为60～70℃，滴加乙二胺后反应时间为1h，滴加三乙胺后反应时间为2h，造纸污泥与丙酮的配比为2g：（150～200）ml，真空干燥温度为40～60℃，干燥时间为2～5h。
7.根据权利要求2所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于步骤S3中造纸污泥基阳离子型聚合物加入待处理水中以200rpm转速搅拌处理30～60s，再加入聚合氯化铝溶液继续以200rpm转速快搅处理45～75s，随后以30rpm转速慢搅处理10～16min，最后沉淀10～25min，聚合氯化铝的加药量以铝离子的质量计10～22mg/L水，造纸污泥基阳离子型聚合物的加药量以聚合物的质量计1～2.5mg/L水。
8.根据权利要求1或2所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其具体步骤为：
步骤S1：聚合氯化铁的制备
称取44.72g的AlC13•6H20固体并溶解于去离子水中，水浴加热至70℃，逐滴加入含有9.26～14.81g NaOH的氢氧化钠溶液，控制碱化度OH-：Al3+的摩尔比为（1.25～2.0）：1，在磁力搅拌作用下至完全溶解后，继续搅拌熟化12h，最后用蒸馏水稀释定容至500ml制得Al的质量浓度为10g/L的聚合氯化铝溶液；
步骤S2：造纸污泥基阳离子型聚合物的制备
将造纸污泥2.0g加入去离子水50ml中，搅拌下滴加1mol/L的NaOH溶液，控制pH为11.5，以200rpm的转速搅拌处理20min，得到的混合物以10000rpm的速度离心10min，取上清液，倒入反应器中，调节pH为6.5～7.0，向反应器中加入8ml的N,N-二甲基甲酰胺和8ml的环氧氯丙烷，在60℃水浴中，以200rpm的转速搅拌反应1h，然后滴加乙二胺3～4ml，继续搅拌反应1h，温度维持在60℃，最后加入8～9ml三乙胺，温度保持不变，并搅拌反应1～3h，反应结束后冷却至室温，加入150～200ml丙酮析出反应产物，加压0.015MPa真空抽滤，取滤渣干燥3h，即制得造纸污泥基阳离子型聚合物；
步骤S3：聚合氯化铝-造纸污泥基阳离子型聚合物复配混凝系统的构建及应用方法
在水处理混凝过程中，先将步骤S2制得的造纸污泥基阳离子型聚合物加入待处理水中以200rpm转速搅拌处理30～60s，再加入步骤S1制得的聚合氯化铁继续以200rpm转速快搅处理45～75s，随后以30rpm转速慢搅处理10～16min，最后沉淀10～25min，聚合氯化铁的加药量以铝离子的质量计10～22mg/L水，造纸污泥基阳离子型聚合物的加药量以聚合物的质量计1～2.5 mg/L水。
9.根据权利要求1所述的同步去除硝酸根和有机物的无机-有机复配混凝系统的构建及应用方法，其特征在于具体过程为：按照造纸污泥基阳离子型聚合物、聚合氯化铝间隔30～60s并依次投加到待处理水中，可以实现对水体中的硝酸根和有机污染物的同步去除，适用于给水、市政污水、工业废水处理领域。
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|---|---|---|---|---|
| CN104085972A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-10-08 | 北京大学 | 一种脱氮絮凝剂及其制备方法和应用 |
| CN105384231A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-09 | 山东大学 | 一种聚合氯化铝铁—造纸污泥基聚合物复合絮凝剂及其制备方法 |
| CN105565459A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-05-11 | 山东大学 | 一种聚合氯化铁—造纸污泥基胺化聚合物复合絮凝剂及其制备方法 |
| CA3055630A1 (en) * | 2017-03-09 | 2018-09-13 | Fpinnovations | Process for producing cationic lignin copolymer under aqueous acid conditions |
-
2022
- 2022-03-10 CN CN202210240567.0A patent/CN114573082A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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