CN110092570A - 一种污泥浓缩脱水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种污泥浓缩脱水剂及其制备方法，属于污泥处理技术领域，所述制备方法包括将农作物秸秆、木材粉进行改性处理，将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10‑15min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15‑20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂，本发明的污泥浓缩脱水剂投加量仅为0.2‑0.3‰，在减少污泥脱水时间的同时还能实现污泥的深度脱水，可直接将1吨含水率为60％～99％的污泥在30分钟内脱水至含水率达到20‑35％，大大方便了污泥的后续处理。

Description

一种污泥浓缩脱水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及污泥处理领域，特别是涉及一种污泥浓缩脱水剂及其制备方法。

背景技术

污泥作为污水处理过程的产物，其组成成分十分复杂，包括工业废水或生活污水处理过程中截留下来的大量固体颗粒，如泥沙、动植物残体等，大量的由微生物群体组成的菌胶团及其吸附的有机物，还有其他的如重金属元素、寄生虫卵和少量的病原微生物等有毒有害物质。如果污泥不经有效的处理而直接进入自然环境，会对自然环境造成严重的污染。另一方面，由于污泥含有大量的水分，含水率一般高达97.5％～99.5％，导致污泥的体积十分庞大，对后续处理工序和运输带来很大的困难并大幅增加了处理费用。因此，污泥组成复杂，变异性大，水分比例极高而不易脱除，必须对污泥进行脱水处理，以减小污泥的体积。

污泥颗粒表面带有大量的负电荷，颗粒之间由于静电斥力而相互排斥并稳定存在，很难发生凝集形成较大的颗粒，而且由于污泥具有较高的亲水性，导致污泥中所含有的大量水分难以被去除。所以，在污泥进行机械脱水之前，必须对污泥进行调理，使污泥颗粒之间更容易发生凝聚而形成较大的絮体颗粒，污泥中所含有的大量水分更容易被去除。

调理污泥的方法有很多，其中化学调理法由于具有操作简单、调理后污泥脱水效果较好等优点而被广泛应用。所谓化学调理法，就是向污泥中加入某种或某几种污泥脱水剂对污泥进行调理，通过改变污泥颗粒的性质，使污泥更容易脱去其中的水分。常用的污泥脱水剂有无机污泥脱水剂、有机高分子污泥脱水剂、复合污泥脱水剂和生物污泥脱水剂等，阳离子型聚丙烯酰胺是有机高分子污泥脱水剂的一种，是目前应用最为广泛的污泥脱水剂。但是随着污水、污泥处理所产生污泥量的增加以及污泥特性变差，阳离子型污泥脱水剂对富含有机物的废水的处理，存在脱水滤饼含水率高、絮体强度弱、脱水污泥泥饼的剥离性能不佳等问题，难以获得充分的脱水效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种污泥浓缩脱水剂及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使脱水滤饼含水率低、絮体强度高、脱水污泥泥饼的剥离性能强。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种污泥浓缩脱水剂，按重量分数计，包括以下原料：30％-50％农作物秸秆、5％-10％火山岩、10％-15％木材粉、5％-12％明胶、3％-7％腐植酸、5％-8％环糊精、10％-15％硅藻土、余量为水。

进一步的，按重量分数计，包括以下原料：40％农作物秸秆、8％火山岩、12％木材粉、8％明胶、5％腐植酸、6％环糊精、13％硅藻土、余量为水。

进一步的，所述木材粉的粒径为60-80目。

进一步的，所述环糊精为β-环糊精。

本发明还提供一种污泥浓缩脱水剂的制备方法，包括以下步骤：

将农作物秸秆、木材粉进行改性处理，将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10-15min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

进一步的，所述农作物秸秆、木材粉的改性处理过程包括：

首先将农作物秸秆、木材粉进行碱化处理，得到碱化处理农作物秸秆和木材粉，用马来酸酐对碱化处理的农作物秸秆、木材粉进行改性处理，得到改性农作物秸秆、木材粉，用丙烯酰胺与改性农作物秸秆、木材粉进行接枝共聚，得到改性处理的农作物秸秆、木材粉。

进一步的，所述农作物秸秆、木材粉的改性处理过程包括：

(1)将农作物秸秆烘干粉碎，过80目筛，将过筛后的农作物秸秆粉末和木材粉置于反应容器中，加入甲苯，得到混合溶液Ⅰ，将反应容器置于水浴中，50℃浸泡6h；

(2)将顺丁烯二酸酐溶于丙酮中，得到混合溶液Ⅱ；

(3)将混合溶液Ⅱ加入到混合溶液Ⅰ中，在80℃水浴中加热至沸腾，反应2-3h，冷却至室温，过滤，滤渣用丙酮洗涤，冷冻干燥，得到马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉；

(4)将马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉，加入到反应容器中，再加入水，通入氮气，搅拌10min后升温，依次加入丙烯酰胺、过硫酸铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h后停止通氮气，终止反应，将产物倒出，将产物烘干，备用。

本发明公开了以下技术效果：

碱处理可以利用OH^-使农作物秸秆和木材粉中的木质素主要的醚键发生断裂，从而使木质素大分子碎片化，部分木质素溶解在反应溶液中，同时使纤维素膨胀，半纤维素溶解，并削弱纤维素和半纤维素的氢键及皂化半纤维素和木质素分子之间的酯键。木质素分子上的酸性部分比如含羧基、酚基的片段在碱溶液中电离，可促进木质素的溶解。碱处理后的农作物秸秆的浓缩脱水性能较差，聚丙烯酰胺是一种优良的浓缩剂，但降解性能差，将聚丙烯酰胺与农作物秸秆结合，不仅可提高农作物秸秆的使用价值，而且可提高聚丙烯酰胺的降解性能，但是碱化农作物秸秆、木材粉与丙烯酰胺共聚较困难，因此本发明先用马来酸酐在一定条件下对农作物秸秆、木材粉进行改性，将所得的马来酸酐改性农作物秸秆产物、木材粉再与丙烯酰胺进行枝接共聚反应，制备成改性农作物秸秆、木材粉，再与可降解的环糊精、硅藻土混合，加入明胶，一方面，明胶可以起到交联剂的作用，促进原料大分子物质的枝接反应，另一方面，明胶本身可以起到吸附污泥自由水的作用，促进污泥的进一步浓缩。腐植酸大分子的基体结构是芳环和酯环，环上连接有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基多种基团，经改性后的农作物秸秆、木材粉含有多种基团，制备成的污泥浓缩脱水剂加入到污泥中后，破坏污泥的静电平衡状态，促进污泥的沉降，同时明胶交联沉降后的污泥小颗粒成为大颗粒，增强絮体强度，进一步促进污泥的脱水。火山岩自身并没有絮凝效果，经过本发明的处理之后可以成为良好的絮凝剂。由于火山岩的自身重力，增强了脱水污泥泥饼的剥离性能。

本发明的污泥浓缩脱水剂的制备方法简单，原料来源广泛，成本低。投加量仅为0.2-0.3‰，在减少污泥脱水时间的同时还能实现污泥的深度脱水，可直接将1吨含水率为60％～99％的污泥在30分钟内脱水至含水率达到20-35％，大大方便了污泥的后续处理。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

1.原料配比

30wt％玉米秸秆、5wt％火山岩、10wt％木材粉、12wt％明胶、7wt％腐植酸、8wt％环糊精、15wt％硅藻土、余量为水。

2.制备过程

(1)将农作物秸秆烘干粉碎，过80目筛，将过筛后的农作物秸秆粉末和木材粉置于反应容器中，加入甲苯，得到混合溶液Ⅰ，将反应容器置于水浴中，50℃浸泡6h；

(2)将顺丁烯二酸酐溶于丙酮中，得到混合溶液Ⅱ；

(3)将混合溶液Ⅱ加入到混合溶液Ⅰ中，在80℃水浴中加热至沸腾，反应2h，冷却至室温，过滤，滤渣用丙酮洗涤，冷冻干燥，得到马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉；

(4)将马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉，加入到反应容器中，再加入水，通入氮气，搅拌10min后升温，依次加入丙烯酰胺、过硫酸铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h后停止通氮气，终止反应，将产物倒出，将产物烘干，备用，得到改性后的农作物秸秆、木材粉；

(5)将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

实施例2

1.原料配比

40wt％玉米秸秆、8wt％火山岩、12wt％木材粉、8wt％明胶、5wt％腐植酸、6wt％环糊精、13wt％硅藻土、余量为水。

2.制备过程

(1)将农作物秸秆烘干粉碎，过80目筛，将过筛后的农作物秸秆粉末和木材粉置于反应容器中，加入甲苯，得到混合溶液Ⅰ，将反应容器置于水浴中，50℃浸泡6h；

(2)将顺丁烯二酸酐溶于丙酮中，得到混合溶液Ⅱ；

(3)将混合溶液Ⅱ加入到混合溶液Ⅰ中，在80℃水浴中加热至沸腾，反应2h，冷却至室温，过滤，滤渣用丙酮洗涤，冷冻干燥，得到马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉；

(4)将马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉，加入到反应容器中，再加入水，通入氮气，搅拌10min后升温，依次加入丙烯酰胺、过硫酸铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h后停止通氮气，终止反应，将产物倒出，将产物烘干，备用。

(5)将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

实施例3

1.原料配比

50wt％玉米秸秆、10wt％火山岩、15wt％木材粉、5wt％明胶、3wt％腐植酸、2wt％环糊精、10wt％硅藻土、余量为水。

2.制备过程

(1)将农作物秸秆烘干粉碎，过80目筛，将过筛后的农作物秸秆粉末和木材粉置于反应容器中，加入甲苯，得到混合溶液Ⅰ，将反应容器置于水浴中，50℃浸泡6h；

(2)将顺丁烯二酸酐溶于丙酮中，得到混合溶液Ⅱ；

(3)将混合溶液Ⅱ加入到混合溶液Ⅰ中，在80℃水浴中加热至沸腾，反应3h，冷却至室温，过滤，滤渣用丙酮洗涤，冷冻干燥，得到马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉；

(4)将马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉，加入到反应容器中，再加入水，通入氮气，搅拌10min后升温，依次加入丙烯酰胺、过硫酸铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h后停止通氮气，终止反应，将产物倒出，将产物烘干，备用。

(5)将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

对比例1

1.原料配比

40wt％玉米秸秆、8wt％火山岩、12wt％木材粉、8wt％明胶、5wt％腐植酸、6wt％环糊精、13wt％硅藻土、余量为水。

2.制备过程

将环糊精、硅藻土与未经改性的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

对比例2

1.原料配比

40wt％玉米秸秆、8wt％火山岩、12wt％木材粉、8wt％明胶、5wt％腐植酸、6wt％环糊精、13wt％硅藻土、余量为水。

2.制备过程

(1)将农作物秸秆烘干粉碎，过80目筛，将过筛后的农作物秸秆粉末和木材粉置于反应容器中，加入甲苯，得到混合溶液Ⅰ，将反应容器置于水浴中，50℃浸泡6h；

(2)将顺丁烯二酸酐溶于丙酮中，得到混合溶液Ⅱ；

(3)将混合溶液Ⅱ加入到混合溶液Ⅰ中，在80℃水浴中加热至沸腾，反应2h，冷却至室温，过滤，滤渣用丙酮洗涤，冷冻干燥，得到马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉；

(4)将马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉，加入到反应容器中，再加入水，通入氮气，搅拌10min后升温，依次加入丙烯酰胺、过硫酸铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h后停止通氮气，终止反应，将产物倒出，将产物烘干，备用。

(5)将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

对比例3

1.原料配比

40wt％玉米秸秆、8wt％火山岩、12wt％木材粉、8wt％明胶、5wt％腐植酸、6wt％环糊精、13wt％硅藻土、余量为水。

2.制备过程

(1)将农作物秸秆烘干粉碎，过80目筛，将过筛后的农作物秸秆粉末和木材粉置于反应容器中，加入甲苯，得到混合溶液Ⅰ，将反应容器置于水浴中，50℃浸泡6h；

(2)将顺丁烯二酸酐溶于丙酮中，得到混合溶液Ⅱ；

(3)将混合溶液Ⅱ加入到混合溶液Ⅰ中，在80℃水浴中加热至沸腾，反应2h，冷却至室温，过滤，滤渣用丙酮洗涤，冷冻干燥，得到马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉；

(4)将马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉，加入到反应容器中，再加入水，通入氮气，搅拌10min后升温，依次加入丙烯酰胺、过硫酸铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h后停止通氮气，终止反应，将产物倒出，将产物烘干，备用。

(5)将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

实施例1-3制备的污泥浓缩剂的使用方法为直接向污泥中投加，投加量为污泥重量的0.1—0.5‰，之后采用板框压滤机压滤即可。

效果例

采用上述制备的污泥浓缩脱水剂和市售某两种品牌的脱水剂A和B作为参考，对含水率99％的污泥进行脱水处理。

具体方法为：

将含水率为99％的污泥分为等量的10组，分别标为组1-组10。

其中：

组1-组3分别采用实施例1-3的污泥浓缩脱水剂进行处理，处理方法按照前述实施例1-3的使用方式，脱水剂成品的投加量分别是污泥重量的0.1‰、0.2‰和0.3‰；

组4-组6分别采用对比例1-3的污泥浓缩脱水剂进行处理，处理方法按照前述实施例1-3的使用方式，脱水剂成品的投加量分别是污泥重量的0.1‰、0.2‰和0.3‰

组7和组8分别采用脱水剂A和B进行处理，处理方法分别按照脱水剂A和B的使用方法进行处理；

组9和组10分别采用脱水剂A和B进行处理，处理方法按照前述实施例1-3的使用方式，脱水剂成品的投加量均是污泥重量的0.2‰。

处理后，组1-组10所得污泥的含水率分别是：25％、20％、35％、90％、83％、82％、89％、85％、95％、96％。该结果表明按照本发明的污泥浓缩脱水剂的制备方法制备的污泥脱水剂对污泥具有较好的脱水效果，且添加量较小。

处理后，组1-组10所得脱水污泥泥饼的剥离率分别为：96％、97％、95％、64％、51％、60％、65％、55％、45％、52％。该结果表明本发明的脱水污泥泥饼的剥离性能较好。剥离指的是污泥脱水水饼与板框的剥离。

处理后，组1-组10所得污泥的体积缩小至原来的：1.33％、1.25％、1.54％、10％、5.89％、5.56％、9.09％、6.67％、20％、25％。该结果表明本发明的污泥浓缩脱水剂的污泥浓缩性能好。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种污泥浓缩脱水剂，其特征在于，按重量分数计，包括以下原料：30％-50％农作物秸秆、5％-10％火山岩、10％-15％木材粉、5％-12％明胶、3％-7％腐植酸、5％-8％环糊精、10％-15％硅藻土、余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种污泥浓缩脱水剂，其特征在于，按重量分数计，包括以下原料：40％农作物秸秆、8％火山岩、12％木材粉、8％明胶、5％腐植酸、6％环糊精、13％硅藻土、余量为水。

3.根据权利要求1所述的一种污泥浓缩脱水剂，其特征在于，所述木材粉的粒径为60-80目。

4.根据权利要求1所述的一种污泥浓缩脱水剂，其特征在于，所述环糊精为β-环糊精。

5.一种权利要求1-4任一项所述的污泥浓缩脱水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将农作物秸秆、木材粉进行改性处理，将环糊精、硅藻土与改性后的农作物秸秆、木材粉混合，加入水，在沸水中煮10-15min，进行抽提，收集抽提后的固体产物，加入腐植酸和火山岩，磁力搅拌15-20min，加入明胶，加热，蒸干，得到污泥浓缩脱水剂。

6.根据权利要求5所述的一种污泥浓缩脱水剂的制备方法，其特征在于，所述农作物秸秆、木材粉的改性处理过程包括：

首先将农作物秸秆、木材粉进行碱化处理，得到碱化处理农作物秸秆和木材粉，用马来酸酐对碱化处理的农作物秸秆、木材粉进行改性处理，得到改性农作物秸秆、木材粉，用丙烯酰胺与改性农作物秸秆、木材粉进行接枝共聚，得到改性处理的农作物秸秆、木材粉。

7.根据权利要求6所述的一种污泥浓缩脱水剂的制备方法，其特征在于，所述农作物秸秆、木材粉的改性处理过程包括：

(1)将农作物秸秆烘干粉碎，过80目筛，将过筛后的农作物秸秆粉末和木材粉置于反应容器中，加入甲苯，得到混合体系Ⅰ，将反应容器置于水浴中，50℃浸泡6h；

(2)将顺丁烯二酸酐溶于丙酮中，得到混合体系Ⅱ；

(3)将混合体系Ⅱ加入到混合体系Ⅰ中，在80℃水浴中加热至沸腾，反应2-3h，冷却至室温，过滤，滤渣用丙酮洗涤，冷冻干燥，得到马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉；

(4)将马来酸酐改性农作物秸秆、木材粉，加入到反应容器中，再加入水，通入氮气，搅拌10min后升温，依次加入丙烯酰胺、过硫酸铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h后停止通氮气，终止反应，将产物倒出，将产物烘干，备用。