CN115231789A

CN115231789A - 一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法

Info

Publication number: CN115231789A
Application number: CN202210987539.5A
Authority: CN
Inventors: 邓琳; 毛誉洋; 房城; 王涛
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2022-10-25

Abstract

本发明属于污泥处理技术领域，公开一种可用于印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，具体如下：(1)样品预处理：向20.00g天然钠基膨润土加入50.0mL 1.0mol/L的NaOH溶液，室温下搅拌30min后离心分离沉淀，多次洗涤，烘干；取不同浓度的壳聚糖季铵盐溶液并向其中加入10.0mL 1.0mol/L的醋酸溶液，搅拌后静置3h。(2)膨润土改性：取10.00g预处理膨润土，加入到预处理后的壳聚糖季铵盐溶液中反应，冷却至室温，将沉淀离心分离后用去离子水多次洗涤，将所得沉淀干燥、研磨、过筛得到样品。本发明所制得的复合脱水剂材料可用于调理印染生化污泥，增高污泥脱水速率，降低泥饼含水率，同时可以去除污泥中的重金属离子。本发明降低了污泥二次污染的可能性，具有广阔的应用前景。

Description

一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，属于污泥处理技术领域。

背景技术

印染生化污泥是在纺织印染废水处理处置过程中产生的污泥，主要来源于好氧池、水解消化池、生物滤池等。印染生化污泥有机污染物含量高、碱性大、污染物种类复杂，污泥中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物质、无机盐等，尤其是染料难降解、处理难度大、处置成本高，且处置不当会对环境产生危害。

污泥的常规处置方法包括卫生填埋法、燃烧法、厌氧消化法以及作为建筑材料或化肥使用等。印染污泥在处置前一般会经过脱水预处理以降低污泥含水率。脱水预处理一般是通过物理-化学联合脱水，即通过投加化学药剂调理污泥使泥水分离，接着利用物理法将污泥中的水分脱出。常规脱水絮凝剂如无机絮凝剂聚合氯化铝、有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺等可以通过增大污泥絮体使污泥在机械压滤时能更好地脱出游离水，从而达到增强污泥脱水效果的目的，但经其调理后的污泥含水率仍较高，也未必满足焚烧的含水率要求，且不能固定其中污染物，无法进行填埋或资源化利用；生石灰、芬顿氧化剂等脱水剂能够通过化学反应显著降低污泥含水率，但此类脱水剂会显著增大泥饼体积和重量。

近些年来，复合脱水剂成为行业内的热点。将具有吸附能力和高分散性的天然钠基膨润土材料(BTN)与天然有机高分子材料壳聚糖季铵盐(CQAS)相结合，一方面通过高分子絮凝剂的絮凝作用提升污泥脱水效果，另一方面通过膨润土的分散性和吸附性提升絮凝效率和适用范围，同时还能固定吸附污泥中污染物，降低二次污染风险，有利于后续污泥处置和资源化利用。因此，本复合脱水剂的制作与开发对污泥处理提供了新的方法和思路。

发明内容

技术问题：

本发明所要解决的技术问题是克服现有印染生化污泥脱水剂的缺陷，提供一种原料安全，方法简单，经济适用，可以实现高效印染生化污泥脱水，同时可以吸附固定污泥中污染物的复合脱水剂及其制备方法。

技术方案：

一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，其特征在于，以天然钠基膨润土为载体，以壳聚糖季铵盐为改性剂。具体步骤如下：

(1)向20.00gBTN加入50.0mL 1.0mol/L的NaOH溶液配置成悬浊液，室温下充分搅拌30min后离心分离沉淀，多次洗涤沉淀后烘干。

(2)取不同浓度的CQAS溶液，向其中加入10.0mL 1.0mol/L的醋酸溶液，充分搅拌，静置3h。

(3)将经过步骤(1)后的10.00g BTN加入到(2)中的CQAS溶液中进行充分搅拌混合。

(4)调节步骤(3)的混合液温度至25℃，充分搅拌，同时滴加1.0mol/L的NaOH溶液或1.0mol/L的醋酸溶液调节pH。

(5)将步骤(4)中混合液搅拌30min后，离心分离沉淀。

(6)将步骤(5)所得沉淀在60℃条件下干燥。

(7)将步骤(6)所得沉淀研磨、过100目筛，制得样品。

进一步地，步骤(1)中，BTN中可交换的Na⁺占阳离子总数大于50.00％。

进一步地，步骤(2)中，CQAS取代度为95.00％。

进一步地，步骤(2)中，CQAS浓度为10.00～30.00g/L。

进一步地，步骤(2)中，pH变化范围为6～9。

进一步地，步骤(2)中，改性时间为15～60min。

进一步地，步骤(2)中，温度变化范围为25～65℃。

进一步地，步骤(7)中，研磨后材料颗粒粒度为100目。

进一步地，步骤(7)中，CQAS质量分数为1.50～6.24％。

有益效果：

(1)制得的复合脱水剂可应用于印染生化污泥脱水前的调理过程，调理后的污泥经过常规压滤/抽滤后含水率可降低至64.91％；

(2)该复合脱水剂对于污泥中有机物具有较好的吸附固定效果，污泥浸出液COD可降低62.85％；

(3)该复合脱水剂对于污泥中部分重金属离子具有较好的吸附固定效果，其中污泥浸出液中Cu和Ni离子浓度分别下降84.76％和74.47％；

(4)该复合脱水剂原料均为天然材料，生态友好无污染，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：投加量对复合脱水剂调理污泥脱水的影响。

图2：复合脱水剂投加量对污泥30min沉降比的影响。

图3：复合脱水剂投加量对污泥比阻(SRF)的影响。

图4：pH对复合脱水剂调理污泥脱水的影响。

图5：调理时间对复合脱水剂调理污泥脱水的影响。

具体实施方式

下面结合附表和附图对本发明作进一步描述。为了更清晰的阐述本发明的目的、技术方案及优点，下面将结合具体实施方式，对本发明做进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求保护范围之内所做的有限次修改，仍在本发明的权利要求保护范围之内。

以下实施例中除特例说明外，均为本领域内的常规实验方法和操作步骤。

实施例1：

复合脱水剂的制备在恒温磁力搅拌器中进行，改变制备脱水剂的4个主要影响因素，即pH、温度、反应时间和壳聚糖季铵盐溶液浓度，控制制备pH(A)分别为6，7，8，9，温度(B)分别在25，45，65，85℃，反应时间(C)分别在15，30，45，60min，CQAS溶液浓度(D)分别为10.00，20.00，30.00g/L，通过四个正交试验得到不同改性条件下的样品，利用极差分析法分析各因素的影响。结果如表1所示。

表1的结果表明：在100.0mL污泥中，当pH＝7，温度为25℃，反应时间为30min，CQAS溶液浓度为20.00g/L时，脱水效果最好，脱水后污泥泥饼Wc含水率为64.91％。极差分析结果显示：4个因素对脱水影响大小顺序为：CQAS溶液浓度>反应时间>温度>pH，且CQAS溶液浓度的影响远大于另外三个因素的影响。后续实施例均采用最佳改性条件下制得的复合脱水剂实验，不再做说明。

表1制备复合脱水剂的正交实验结果

实施例2：

分别取上述步骤制得的复合脱水剂0.00，0.25，0.50，0.75，1.00，1.25，1.50g投加到100.0mL污泥中，在300rpm下搅拌5min后，再在150rpm下搅拌10min,倒入布氏漏斗，在一定压强下抽滤至泥饼破裂。抽滤结束后，取出泥饼称重为W₁，将滤饼在105℃下烘干至重量不变，称量滤饼重为W₂。通过上述实验探究复合脱水剂投加量对对复合脱水剂调理污泥脱水的影响。结果如图1所示。

图1的结果表明，当复合脱水剂投加量在0～1.00g范围时，污泥泥饼含水率随脱水剂的投加量增大而降低，在投加量为1.00g时达到最低值约为64.91％，当复合脱水剂投加量大于1.00g时，污泥泥饼含水率随投加量加大而增高。由此可知：污泥脱水的最佳剂量为1.00g。

实施例3：

分别取上述步骤制得的复合脱水剂0.00，0.25，0.50，0.75，1.00，1.25，1.50g投加到100.0mL污泥中，在300rpm下搅拌5min，再在150rpm下搅拌10min，倒入100mL量筒，30分钟时记录污泥体积所对应的刻度H。通过上述实验探究复合脱水剂投加量对污泥30min沉降比(SV30)的影响。结果如图2所示。

图2的结果表明，初始污泥在30min中内基本不发生沉降，投加复合脱水剂后，SV30有了明显地改变，当复合脱水剂投加量大于0.50g时，污泥SV30变化趋势不明显。由此可知：当复合脱水剂投加量为0.50g时，污泥沉降效果已达到最佳。

实施例4：

分别取上述步骤制得的复合脱水剂0.00，0.25，0.50，0.75，1.00，1.25，1.50g投加到100.0mL污泥中，在300rpm下搅拌5min后，再在150rpm下搅拌10min，用布氏漏斗在一定压强下抽滤至滤饼破裂，每隔一段时间t记录滤液体积V。将滤饼在105℃下烘干至恒重，记录滤饼干重。通过上述实验探究复合脱水剂投加量对污泥比阻(SRF)的影响。结果如图3所示。

图3的结果表明：当复合脱水剂在0.50g时，SRF达到最低，投加量超过0.50g，SRF变化不明显。

实施例5：

调节pH在6.46～9.46范围内变化，取上述步骤制得的复合脱水剂1.00g投加到100.0mL污泥中，在300rpm下搅拌5min后，再在150rpm下搅拌10min，倒入布氏漏斗，在一定压强下抽滤至泥饼破裂。抽滤结束后，取出泥饼称重为W₁，将滤饼在105℃下烘干至重量不变，称量滤饼重为W₂。通过上述实验探究pH对复合脱水剂调理污泥脱水的影响。结果如图4所示。

图4的结果表明，在pH＝7.96时，污泥脱水效果最佳，但pH对污泥脱水效果影响不大，变化范围在2.00％以内。

实施例6：

选择调理时间在0～20min范围内，取上述步骤制得的复合脱水剂1.00g投加到100.0mL污泥中，在300rpm下搅拌5min后，再在150rpm下搅拌10min，倒入布氏漏斗，在一定压强下抽滤至泥饼破裂。抽滤结束后，取出泥饼称重为W₁，将滤饼在105℃下烘干至重量不变，称量滤饼重为W₂。通过上述实验探究调理时间对复合脱水剂调理污泥脱水的影响。结果如图5所示。

图5的结果表明，当调理时间为15min，污泥脱水效果最佳，当调理时间在5～20min范围内时，调理时间对污泥复合脱水效果影响不大，变化范围在0.03％以内。

实施例7：

分别取上述步骤制得的复合脱水剂1.00投加到100.0mL污泥中，在300rpm下搅拌5min，再在150rpm下搅拌10min，用布氏漏斗在一定压强下抽滤至滤饼破裂，每隔一段时间t记录滤液体积V。另外，不加复合脱水剂，用100.0mL原污泥做一份对比实验。通过ICP-MS分析了两种滤液中的主要重金属离子(Cu、Zn、Ni、Cr、Pb)，测定结果如表2所示；通过水质分析仪对两种滤液中COD、TN、NH₃-N进行测定，测定结果如表3所示。

表2两种滤液中重金属离子浓度

重金属浓度/μg·L<sup>-1</sup>	Cu	Zn	Ni	Cr	Pb
						原污泥滤液	972.80	675.06	1867.32	199.79	14.63
污泥+1.0g复合脱水剂后滤液	148.27	670.18	477.33	171.77	6.73

表3两种滤液中有机污染物浓度

有机污染物浓度/mg·L-1	COD	TN	NH<sub>3</sub>-N
				原污泥滤液	1333	15.33	8.136
污泥+1.0g复合脱水剂后滤液	495.1	13.48	6.311

由表2结果可知，经复合脱水剂脱水后的滤液相比原污泥滤液，Cu和Ni离子浓度都有了明显的下降，而Zn、Cr和Pb离子浓度有轻微下降。说明复合脱水剂对于Cu和Ni离子有较好的吸附效果。根据《污水综合排放标准》中规定，未加复合脱水剂处理的滤液中Cu和Ni离子浓度均超标，但加复合脱水剂处理后滤液中的Cu、Zn、Cr、Pb和Ni离子浓度均达到排放标准，其中Ni离子去除率达到74.47％，Cu离子去除率达到84.76％。

表3中污泥滤液COD在投加复合脱水剂后由1333mg/L降低至495.1mg/L，同时总氮和氨氮也有所下降，表明复合脱水剂能够有效固定吸附印染污泥中的有机污染物，降低滤液污染，有利于滤液处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，其特征在于，以天然钠基膨润土为载体，壳聚糖季铵盐为改性剂；首先分别对天然钠基膨润土和壳聚糖季铵盐溶液进行预处理，然后将预处理后的载体和改性剂溶液进行搅拌混合，调PH并冷却后得到的沉淀进行离心分离、经洗涤干燥后得到样品。

2.根据权利要求1所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

(1)样品预处理：向20.00g天然钠基膨润土加入50.0mL 1.0mol/L的NaOH溶液配置成悬浊液，室温下充分搅拌30min后离心分离沉淀，多次洗涤沉淀后烘干；取不同浓度的壳聚糖季铵盐溶液，分别向其中加入10.0mL 1.0mol/L的醋酸溶液，充分搅拌，静置3h；

(2)膨润土改性：取10.00g预处理后的钠基膨润土，加入预处理后的壳聚糖季铵盐溶液，充分搅拌，同时滴加1.0mol/L的NaOH溶液或1.0mol/L的醋酸溶液调节pH，在一定温度下反应一定时间后冷却至室温，将沉淀离心分离后，用去离子水多次洗涤，将所得沉淀在60℃条件下干燥、研磨、过100目筛，制得样品。

3.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(1)中，壳聚糖季铵盐中可交换的Na⁺占阳离子总数大于50.00％。

4.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(1)中，壳聚糖季铵盐取代度为95.00％。

5.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(2)中，壳聚糖季铵盐浓度为10.00～30.00g/L。

6.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(2)中，pH变化范围为6～9。

7.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(2)中，改性时间为15～60min。

8.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(2)中，温度变化范围为25～65℃。

9.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(2)中，研磨后颗粒粒度为100目。

10.根据权利要求2所述的一种印染生化污泥复合脱水剂的制备方法，所述步骤(2)中，壳聚糖季铵盐的质量分数为1.50～6.24％。