CN110563308A - 一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法 - Google Patents

一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，包括蓝藻泥的预处理，通过加热，加入多价阳离子盐，调节pH值范围在1.5～5，使蓝藻泥储能模量与损耗模量的比值小于3.0，以确保蓝藻泥中的荚膜多糖软晶格发生热重排，然后将处理过的蓝藻泥泵入到预热后的脱水装置内，预热温度范围在70～100℃，进行热压脱水。本发明工序简单，反应温和，脱水效果好，不添加氧化钙、粘土等调理剂，既节省成本，又能降低蓝藻饼中的无机物含量，相对提高滤饼中有机质含量和热值，并且不会增加滤出液的COD；脱水干化后的蓝藻粉中有机物含量高(挥发性固体/总固体>85％)，热值高，有助于拓展蓝藻资源化利用途径，提升后续产品质量。

Description

一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法。
背景技术
蓝藻是淡水湖泊水体富营养化之后产生的生态产物。太湖自2007年暴发蓝藻水危机事件以来，无锡市一直组织科研力量解决蓝藻打捞和无害化处理的问题，已成为蓝藻先进处理技术向全国各地推广的辅射中心。目前一般对含水量90％左右的蓝藻泥进行填埋处理，其占地面积很大，占用土地资源，仍需对蓝藻泥进一步减容处理。虽然通过生物产沼气、生物堆肥等方式可以对蓝藻泥资源化利用，但是蓝藻泥中含有藻毒素和生物抗性等物质，无法契合市场需求。
由于蓝藻泥的干物质中富含有90％以上有机物质，大部分为大分子物质，进一步深度脱水非常困难，已成为打捞上岸后蓝藻泥无害化、资源化处理的技术瓶颈。申请号为201810661585.X的中国发明专利公开了一种蓝藻藻泥深度脱水兼容的方法，其采用复合酶、三聚磷酸钠、EDTA及柠檬酸等对蓝藻泥预处理，再经过调pH，加入其它药剂再进行调理。该方法虽然可以将蓝藻泥脱水至50％左右，但其前期处理较为繁琐，药剂添加种类较多，难于实际应用。另外，申请号为201910040109.0，一种蓝藻深度脱水的方法，利用Fenton反应将有机物氧化降解为小分子，从而有利于压滤脱水，但是由于发生了分子降解，滤出液中的COD会显著增高，增加了滤出液的处理难度。
鉴于此，有必要对现有技术中的对蓝藻泥深度脱水的方法进行改进并简化。
发明内容
针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，得到含水率70％以下的蓝藻泥，并提升蓝藻脱水的实际应用价值。
为实现上述目的，本发明所提供的具体技术方案是：
一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，具体包括以下步骤：
S1：取蓝藻泥于搅拌装置内，加入一种或几种多价阳离子盐，多价阳离子盐的总使用量为蓝藻泥中干物质质量的3.0～15％，搅拌10～60min使其混合均匀，调节蓝藻泥的pH值至酸性；同时搅拌加热物料温度至70～100℃；通过添加多价阳离子使多糖的疏水基团暴露，在过滤前无需添加水稀释物料，可直接对蓝藻泥进行压滤。
S2：预热脱水装置，使脱水装置内部温度保持在70～100℃，并待机。
S3：检测S1中得到的蓝藻泥储能模量与损耗模量的比值是否小于3.0，若所述比值高于3.0，则增加S1中多价阳离子盐的使用量，直至所述比值小于3.0，以确保蓝藻泥中的荚膜多糖软晶格发生热重排。
S4：:保持S3蓝藻泥的温度在70～100℃，使荚膜多糖的软晶格进行热重排，以改变其水溶性和流变学性质，促进蓝藻泥深度压滤脱水得以实施；将热重排处理的蓝藻泥输送至预热后的脱水装置。
S5：调节脱水装置的进料压力范围在0.5～2.5MPa。
进一步地，所述蓝藻泥的初始含水率在85-95％之间。
进一步地，所述S1中的pH值范围是1.5～5。
进一步地，所述的多价阳离子盐包括硫酸铁、硫酸铝、氯化铁、氯化铝、柠檬酸铁、柠檬酸铝、乙酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或几种。
进一步地，所述脱水装置采用热压滤装置。
进一步地，所述的热压滤装置为隔膜式板框压滤机、超高压压滤机或者弹簧式压滤机。
进一步地，所述热压滤装置包含滤板和滤布。
进一步地，所述滤板和滤布采用耐温材料，耐温范围在120℃以上。
本发明所带来的有益效果是：
1.本发明所采用的过滤助剂添加较少(小于蓝藻泥干重的15％,wt)，无需投入大量的石灰、粘土等调理剂，节省了成本的同时，降低蓝藻饼中的无机物含量，相对提高滤饼中有机质含量和热值。
2.在压滤效果相似、藻饼含水率相同的情况下，与需要投加大量调理剂的普通压滤工艺相比，本发明减容率更高，脱出水分体积更多。
3.与利用Fenton反应将有机物氧化降解为小分子的方法相比，本发明的滤出液易处理，不会增加滤出液的COD。
4.深度脱水后干化能耗低，资源化途径多，脱水和干化后有机物含量高(挥发性固体/总固体，VS/TS>85％)，热值高，有助于拓展利用途径，提升后续资源化产品的质量。
附图说明
图1是本发明蓝藻泥的压滤脱水工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
取1.0吨含水率90％(w/v)、VS/TS为91％的新鲜蓝藻泥于搅拌装置内，加入10kg硫酸铁，即此时硫酸铁投入量为蓝藻干物质重量的10％(wt)。利用水蒸汽对蓝藻泥加热升温至80℃，调节pH至2.5，使用搅拌机搅拌30min。取样并在对应温度条件下检测储能模量和损耗模量，确认两者比值小于3.0，如果高于3.0，则补充硫酸铁添加量，搅拌混合，使储能模量/损耗模量小于3.0。
与此同时，向空载的隔膜式板框压滤机泵入80℃循环热水，滤出热水回流至热水罐，预热隔膜式板框压滤机并待机。
蓝藻泥料液搅拌结束后泵入隔膜式板框压滤机压滤，进料压力升至1.2MPa后恒定控制压力，热滤出液排放至收集罐。
滤出液流量降低至2L/min时，关闭进料阀。向隔膜腔内泵入80℃热水，对隔膜式板框压滤机内的滤饼进行压榨，压榨压力为1.5MPa。
测定压滤过程中滤出液体积和所得蓝藻饼的含水率。
测得1.0吨蓝藻泥能脱水分离出约688L滤出液，减容率达68.8％；压滤所得蓝藻饼含水率为68％，蓝藻饼VS/TS约为85％。所得蓝藻饼的低位发热值为1160kcal/kg。
实施例2
取0.65吨含水率85％(w/v)、VS/TS为91％的新鲜蓝藻泥。加入13kg氯化铁，即此时氯化铁投加量为蓝藻干物质重量的13.3％(wt)。利用蒸汽对蓝藻泥进行加热升温至85℃，调节pH至2.0，使用搅拌机搅拌25min。取样并在对应温度条件下检测储能模量和损耗模量，确认两者比值小于3.0。如果高于3.0，则调节pH值至1.0-1.5，搅拌混匀，使储能模量/损耗模量小于3.0。
与此同时，向空载的压滤机泵入85℃循环热水，滤出热水回流至热水罐，预热压滤机并待机。
蓝藻泥料液搅拌结束后泵入隔膜式板框压滤机压滤，进料压力升至1.25MPa后恒定控制压力，热滤出液排放至收集罐。
滤出液流量降低至1.0L/min时，关闭进料阀。向隔膜腔内泵入85℃热水，对隔膜式板框压滤机内的滤饼进行压榨，压榨压力为1.5MPa。
测定压滤过程中滤出液体积和所得蓝藻饼的含水率。
测得0.65吨蓝藻泥能脱水分离出约364L滤出液，减容率达56％；压滤所得藻饼含水率为65％，藻饼VS/TS约为81％。所得蓝藻饼的低位发热值为1100kcal/kg。
实施例3
取1.6吨含水率94％(w/v)、VS/TS为91％的新鲜蓝藻泥。加入6kg硫酸铝，即此时硫酸铝投加量为蓝藻干物质重量的6.25％(wt)。利用蒸汽对蓝藻泥进行加热升温至90℃，调节pH至2.0，使用搅拌机搅拌20min。取样并在对应温度条件下检测储能模量和损耗模量，确认两者比值小于3.0。如果高于3.0，则补充硫酸铁添加量，搅拌混合，使储能模量/损耗模量小于3.0。
与此同时，向空载的压滤机泵入90℃循环热水，滤出热水回流至热水罐，预热隔膜式板框压滤机并待机。
蓝藻泥料液搅拌结束后泵入隔膜式板框压滤机压滤，进料压力升至1.2MPa后恒定控制压力，热滤出液排放至收集罐。
滤出液流量降低至2L/min时，关闭进料阀。向隔膜腔内泵入90℃热水，对隔膜式板框压滤机内的滤饼进行压榨，压榨压力为1.5MPa。
测定压滤过程中滤出液体积和所得蓝藻饼的含水率。
测得1.6吨蓝藻泥能脱水分离出约1288L滤出液，减容率达80％；压滤所得藻饼含水率为70％，藻饼VS/TS约为87％。所得蓝藻饼的低位发热值为1200kcal/kg。
对比例1
取1.0吨含水率90％(w/v)、VS/TS为91％的新鲜蓝藻泥。加入10kg聚合氯化铝，即此时聚合氯化铝投加量为蓝藻干物质重量的10％(wt)。常温条件将蓝藻泥料液泵入隔膜式板框压滤机压滤，进料压力升至1.25MPa后恒定控制压力，热滤出液排放至收集罐。
滤出液流量降低至1.0L/min时，关闭进料阀。向隔膜腔内泵入自来水，对隔膜式板框压滤机内的滤饼进行压榨，压榨压力为1.5MPa。测定压滤过程中滤出液体积及所得蓝藻饼的含水率。
测得1.0吨蓝藻泥能脱水分离出约232L滤出液，剩余料液478L，实际减容率为44％；压滤所得蓝藻饼含水率为82％，蓝藻饼呈稀泥状，不能自动从板框机中脱落，影响板框机的滤饼清理、滤布清洗和下一批操作实施。所得藻饼干化后，VS/TS约为82％。所得蓝藻饼的低位发热值仅为560kcal/kg，影响后续的干化能耗和进一步资源化利用。
对比例2
取1.0吨含水率90％(w/v)、VS/TS为91％的新鲜蓝藻泥。加入10kg聚合氯化铁和35kg氧化钙，即此时以上两种助滤剂的总投加量为蓝藻干物质重量的45％(wt)。为利于螺杆泵输送物料，加3.0吨水对上述混合料稀释，得4.0立方蓝藻泥料液。常温条件将4.0立方蓝藻泥料液泵入隔膜式板框压滤机压滤，进料压力升至1.25MPa后恒定控制压力，热滤出液排放至收集罐。
滤出液流量降低至2.0L/min时，关闭进料阀。向压滤机的隔膜腔内泵入自来水，对隔膜式板框压滤机内的滤饼进行压榨，压榨压力为1.5MPa。测定压滤过程中滤出液体积及所得蓝藻饼的含水率。
测得4.0吨蓝藻泥能脱水分离出约2800L滤出液，剩余料液900L，实际减容率为61％；压滤所得蓝藻饼含水率为68％，蓝藻饼自动从板框机中脱落。所得藻饼干化后，VS/TS约为45％。所得蓝藻饼的低位发热值仅为370kcal/kg，影响后续的干化能耗和进一步资源化利用。
综上所述，本发明所采用的基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，过滤助剂添加量少(少于蓝藻泥干重的15％,wt)，无需投入大量的石灰、粘土等调理剂，节省了成本的同时，还能降低蓝藻饼中的无机物含量，相对提高滤饼中有机质含量和热值，脱水和干化后有机物含量高(VS/TS>85％)，热值高，有助于拓展利用途径，提升后续资源化产品的质量。

Claims (8)

1.一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：取蓝藻泥于搅拌装置内，加入一种或几种多价阳离子盐，多价阳离子盐的总使用量为蓝藻泥中干物质质量的3.0～15％，搅拌10～60min使其混合均匀，调节蓝藻泥的pH值至酸性，同时搅拌加热物料温度至70～100℃；
S2：预热脱水装置，使脱水装置内部温度保持在70～100℃，并待机；
S3：检测S1中得到的蓝藻泥储能模量与损耗模量的比值是否小于3.0，若所述比值高于3.0，则增加S1中多价阳离子盐的使用量，直至所述比值小于3.0，以确保蓝藻泥中的荚膜多糖软晶格发生热重排；
S4：:保持S3蓝藻泥的温度在70～100℃，使荚膜多糖的软晶格进行热重排，以改变其水溶性和流变学性质，促进蓝藻泥深度压滤脱水得以实施；将热重排处理后的蓝藻泥泵送至预热后的脱水装置。
S5：调节脱水装置的进料压力范围在0.5～2.5MPa。
2.根据权利要求1所述的一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于所述蓝藻泥的初始含水率在85-95％之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于，所述多价阳离子盐包括硫酸铁、硫酸铝、氯化铁、氯化铝、柠檬酸铁、柠檬酸铝、乙酸亚铁、硫酸亚铁中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于，所述pH值范围是1.5～5。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于，所述脱水装置采用热压滤装置。
6.根据权利要求5所述的一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于，所述的热压滤装置为隔膜式板框压滤机、超高压压滤机或者弹簧式压滤机。
7.根据权利要求5所述的一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于，所述热压滤装置包含滤板和滤布。
8.根据权利要求7所述的一种基于荚膜多糖软晶格热重排的蓝藻泥深度脱水方法，其特征在于，所述滤板和滤布采用耐温材料，耐温范围在120℃以上。
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