公布日：2022.05.17
申請日：2022.01.27
分類號：C02F11/143(2019.01)I;C02F11/122(2019.01)I
摘要
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域，公開一種應(yīng)用于板框壓濾機污泥脫水的顆粒污泥的制備方法。首先，將木質(zhì)纖維素置于氫氧化鈉和尿素的水溶液中，冷凍溶脹，待其充分溶解后，冷卻至室溫，在攪拌條件下，向其中滴入氯乙酸的乙醇溶液，加熱攪拌回流，趁熱過濾，濾餅用乙醇水溶液反復(fù)洗滌直至濾餅中不含有無機鹽分；將濾餅置于低溫真空干燥器中充分干燥，放入管式爐中，在保護氣保護下碳化，自然冷卻至室溫，得到黑色產(chǎn)物；將黑色粉末充分研磨即纖維素‑炭基調(diào)理劑。取污水處理廠濃縮后的污泥，首先向其中加入所述纖維素‑碳化產(chǎn)物，充分攪拌，向混合污泥中加入CPAM充分攪拌后即得顆粒污泥。本發(fā)明制備方法簡單，制備出的顆粒污泥形貌獨特，加入污泥后污泥比阻和毛細吸水時間明顯降低，污泥的深度脫水效果明顯改善。
權(quán)利要求書
1.一種用于污泥深度脫水的顆粒污泥制備的纖維素-碳化調(diào)理劑的制備方法，其包括如下步驟：（1）將木質(zhì)纖維素置于氫氧化鈉和尿素的水溶液中，冷凍溶脹，待其充分溶解后冷卻；（2）在磁力攪拌條件下，將步驟（1）中溶液水浴加熱攪拌回流，向其中滴入氯乙酸的乙醇溶液，回流加熱攪拌下反應(yīng)，再向其中加入乙醇，趁熱過濾，棄去濾液；（3）從步驟（2）中得到的濾餅用乙醇水溶液反復(fù)洗滌直至濾餅中不含有無機鹽分；（4）將步驟（3）中所得濾餅置于低溫真空干燥器中充分干燥獲得微黃色粉末；（5）將微黃色粉末在保護氣保護下，升溫碳化，自然冷得到黑色粉末；任選地，還包括：（6）將所得黑色粉末充分研磨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）是將1-4g木質(zhì)纖維素置于氫氧化鈉10-30wt%和尿素5-15wt%的水溶液中，-10--35℃冷凍溶脹，待其充分溶解后冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，氫氧化鈉20wt%和尿素8wt%的水溶液,冷凍溫度為-25℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）是在磁力攪拌條件下，向步驟（1）中溶液30-55℃水浴加熱攪拌回流，向其中滴入5-25ml氯乙酸的乙醇溶液，回流加熱攪拌50-75℃下反應(yīng)2-8h，待反應(yīng)結(jié)束，向其中加入30-50ml乙醇，趁熱過濾，棄去濾液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，磁力攪拌時間為30min，氯乙酸乙醇溶液的添加量為12ml，加熱溫度為60℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）從步驟（2）中得到的濾餅用乙醇水溶液體積比7：3-4：6反復(fù)洗滌直至濾餅中不含有無機鹽分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，濾餅用乙醇水溶液體積比7:3為最佳，清洗次數(shù)3次。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）是將步驟（3）中所得濾餅置于低溫真空干燥器中充分干燥6-20h獲得微黃色粉末。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，餅置于-10℃至-20℃低溫真空干燥器中充分干燥8h獲得微黃色粉末。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）將微黃色粉末在Ar氣保護下，以0.5-15℃/min的升溫速率，升溫至450-950℃，碳化時間為0.5-10h后，自然冷卻至室溫，得到黑色粉末。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）中，以0.5-15℃/min的升溫速率，升溫至450-950℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）中，以升溫速率為5℃/min，升溫至750℃，碳化時間為5h。
13.一種應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，包括如下步驟：（1）取污水處理廠經(jīng)污泥濃縮池濃縮后的污泥，向其中加入如權(quán)利要求1至10任一項所述的制備方法得到的纖維素-碳化調(diào)理劑，充分攪拌充分混合；（2）向混合污泥中加入CPAM充分攪拌后即得。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，其特征在于，步驟（1）是取污水處理廠經(jīng)污泥濃縮池濃縮后的污泥，向其中加入絕干污泥量的5-40wt%的所述纖維素-碳化調(diào)理劑，充分攪拌10-50min。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，其特征在于，步驟（1）中加入絕干污泥量的5-20wt%的所述纖維素-碳化調(diào)理劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，其特征在于，步驟（1）中加入絕干污泥量的10wt%的所述纖維素-碳化調(diào)理劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，其特征在于，步驟（2）中向混合污泥中加入絕干污泥量1-10wt%CPAM充分攪拌。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，其特征在于，驟（2）中加入絕干污泥量2-5wt%CPAM。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18任一項所述的應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，其特征在于，所述污水是生活污水或工業(yè)污水。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供纖維素-碳化調(diào)質(zhì)劑的制備方法，本發(fā)明基于纖維素是難溶于水的天然高分子，但是纖維素可以在冷凍條件下快速溶解在氫氧化鈉-尿素體系中，實現(xiàn)了纖維素在均質(zhì)溶液中的接枝反應(yīng)，之后經(jīng)過碳化處理得到特殊形貌的花球型碳化顆粒，此花球型碳化顆粒加入污泥中形成新型的污泥凝結(jié)核，使污泥團聚后配合CPAM制備粒徑較大的球型顆粒污泥，此球型顆粒污泥的存在可大幅度降低污泥比阻和毛細吸水時間。因此，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于板框壓濾機污泥脫水的顆粒污泥的制備方法，用本發(fā)明制備的纖維素-碳化調(diào)理劑配合CPAM制備顆粒污泥。通過合成新型骨架污泥凝聚顆粒，加入污泥中形成新型的凝結(jié)核，將污泥間隙水、部分結(jié)合水除掉，后配合CPAM產(chǎn)品，使原本松散無序的污泥，形成有序的顆粒狀態(tài)，且形成的污泥顆粒結(jié)實不易碎，提高污泥的濾水性能，降低污泥比阻，和毛細吸水時間，有利于污泥的深度脫水。
本發(fā)明提供一種用于污泥深度脫水的顆粒污泥制備的纖維素-碳化調(diào)理劑的制備方法，其包括如下步驟：
（1）將木質(zhì)纖維素置于氫氧化鈉和尿素的水溶液中，冷凍溶脹，待其充分溶解后冷卻；
（2）在磁力攪拌條件下，將步驟（1）中溶液水浴加熱攪拌回流，向其中滴入氯乙酸的乙醇溶液，回流加熱攪拌下反應(yīng)，再向其中加入乙醇，趁熱過濾，棄去濾液；
（3）從步驟（2）中得到的濾餅用乙醇水溶液反復(fù)洗滌直至濾餅中不含有無機鹽分；
（4）將步驟（3）中所得濾餅置于低溫真空干燥器中充分干燥獲得微黃色粉末；
（5）將微黃色粉末在保護氣保護下，升溫碳化，自然冷得到黑色粉末；
任選地，還包括：（6）將所得黑色粉末充分研磨。
在一個具體實施方式中，步驟（1）是將1-4g木質(zhì)纖維素置于氫氧化鈉10-30wt%和尿素5-15wt%的水溶液中，-10--35℃冷凍溶脹，待其充分溶解后冷卻至室溫；優(yōu)選的，步驟（1）中，氫氧化鈉20wt%和尿素8wt%的水溶液,冷凍溫度為-25℃。
在一個具體實施方式中，步驟（2）是在磁力攪拌條件下，向步驟（1）中溶液30-55℃水浴加熱攪拌回流，向其中滴入5-25ml氯乙酸的乙醇溶液，回流加熱攪拌50-75℃下反應(yīng)2-8h，待反應(yīng)結(jié)束，向其中加入30-50ml乙醇，趁熱過濾，棄去濾液；優(yōu)選的，步驟（2）中，磁力攪拌時間為30min，氯乙酸乙醇溶液的添加量為12ml，加熱溫度為600C。
在一個具體實施方式中，步驟（3）從步驟（2）中得到的濾餅用乙醇水溶液體積比7：3-4：6反復(fù)洗滌直至濾餅中不含有無機鹽分；優(yōu)選的，步驟（3）中，濾餅用乙醇水溶液體積比7:3為最佳，清洗次數(shù)3次。
在一個具體實施方式中，步驟（4）是將步驟（3）中所得濾餅置于低溫真空干燥器中充分干燥6-20h獲得微黃色粉末；優(yōu)選的，步驟（4）中，餅置于低溫（-10℃到-20℃）真空干燥器中充分干燥8h獲得微黃色粉末。
在一個具體實施方式中，步驟（5）將微黃色粉末在Ar氣保護下，以0.5-15℃/min的升溫速率，升溫至450-950℃，碳化時間為0.5-10h后，自然冷卻至室溫，得到黑色粉末；優(yōu)選的，步驟（5）中，以0.5-15℃/min的升溫速率，升溫至450-950℃，更優(yōu)選地，以升溫速率為5℃/min，升溫至750℃，碳化時間為5h。
本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于高壓隔膜板框壓濾機污泥深度脫水的顆粒污泥的制備方法，包括如下步驟：
（1）取污水處理廠經(jīng)污泥濃縮池濃縮后的污泥，向其中加入上述的制備方法得到的纖維素-碳化調(diào)理劑，充分攪拌充分混合；
（2）向混合污泥中加入CPAM充分攪拌后即得。
優(yōu)選實施方式中，步驟（1）是取污水處理廠經(jīng)污泥濃縮池濃縮后的污泥，向其中加入絕干污泥量的5-40wt%的所述纖維素-碳化調(diào)理劑，充分攪拌10-50min；更優(yōu)選地，加入絕干污泥量的5-20wt%的所述纖維素-碳化調(diào)理劑，進一步優(yōu)選地，加入量10wt%。
另一優(yōu)選實施方式中，步驟（2）中向混合污泥中加入絕干污泥量1-10wt%CPAM充分攪拌；優(yōu)選地，加入絕干污泥量2-5wt%CPAM。
在具體實施方式中，所述污水是生活污水或工業(yè)污水。
本發(fā)明以可再生資源木質(zhì)纖維素為原料通過接枝反應(yīng)得到具有特殊結(jié)構(gòu)的炭基聚合物再利用高溫?zé)崽幚矸ǎ状魏铣苫ㄇ驙罾w維素-碳化復(fù)合材料，最后將其與生活污水處理廠的濃縮污泥混合，配合CPAM，制備出規(guī)則的球型顆粒污泥顆粒污泥的直徑為0.5-2.5mm。該球型顆粒污泥可有效降低污泥比阻和毛細吸水時間。本發(fā)明也具有工藝簡單，適合規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明添加到污泥中的藥劑基本為有機藥劑，對后續(xù)的污泥焚燒和污泥堆肥不會產(chǎn)生太大的影響。因此，本發(fā)明在市政和工業(yè)污泥深度脫水領(lǐng)域有潛在的、廣泛的應(yīng)用前景。
（發(fā)明人：張傳廣;薛峰;謝雪花）
