一种利用剩余污泥制备的保水剂及其制备方法和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种利用剩余污泥制备的保水剂及其制备方法和使用方法，属于剩余污泥处理技术领域。本发明专利技术通过利用磁性镁铝水滑石、超声波作用与电子束辐照处理技术，能够将剩余污泥中含有的蛋白质、多糖等有机物降解，通过冷冻、干燥、热处理和溶解过程，将降解的多糖分子和被降解的蛋白质分子通过氢键、疏水及静电等作用形成两亲性的复合物；再通过自组装反应，使两亲性的复合物在水相中反应获得稳定的纳米凝胶，该纳米凝胶能够用作保水剂。本发明专利技术既实现了剩余污泥的资源化处理，又能改善沙质土壤贫水缺养状况、修复生态环境，制得的保水剂长期使用不会对土壤造成重金属与微生物污染，也不会令土壤板结或物化性质的恶化，可放心施用。

A kind of water retaining agent prepared from excess sludge and its preparation method and use method

【技术实现步骤摘要】
一种利用剩余污泥制备的保水剂及其制备方法和使用方法
本专利技术涉及剩余污泥处理
，特别是涉及一种利用剩余污泥制备的保水剂及其制备方法和使用方法。
技术介绍
近年来，我国污水处理厂数量大幅上升，截至2018年底，全国城镇运行污水处理厂达4332座，污水处理量达1.95亿m3/d，大量的剩余污泥产生。这些污泥富集了污水的毒性精华，污染十分严重。然而，相比于城镇污水处理技术的快速发展，污泥的有效处理处置则明显落后，大量的剩余污泥没有得到有效且安全的处置，污水中大量的污染物又重新回到环境中，造成了严重的环境污染和生态破坏，因此，开展剩余污泥的有效处理与处置研究迫在眉睫。目前常用的剩余污泥处理方法有：化学方法、物理方法、生物方法及其组合方法。彭永臻等在亚硝酸盐投加方式对剩余污泥发酵性能的影响研究中得出：连续投加亚硝酸盐的方式有利于强化污泥有机质减量；若以强化污泥减量为目标时，应采用连续投加亚硝酸盐的方式(彭永臻,等.亚硝酸盐投加方式对剩余污泥发酵性能的影响[J/OL].北京工业大学学报.2019,45(11):105-110.)；徐慧敏等采用双频超声预处理的方法强化剩余污泥脱水性能，发现双频超声较单频的能量利用效率高，双频在更低的能量条件下就能达到更好的脱水效果(徐慧敏,等.双频超声改善剩余污泥的脱水性能研究[J].生态与农村环境学报,2018,34(4):380-384.)；王聪和孙英葵在剩余污泥处理中引用了蚯蚓生物处理方法，研究结果表明：蚯蚓的引入可有效较低污泥中的重金属含量(王聪,孙英葵.论蚯蚓处理化工化纤废水生化剩余污泥技术[J].资源节约与环保,2019,8:86.)。上述研究方法对剩余污泥的有效处理均具有较强的指导意义，但这些研究方法里也或多或少存在不同的缺点：化学方法中化学药剂的加入增加了污泥的毒性，还会对环境产生一定的危害；物理方法在操作上或存在见效慢或存在成本较高；生物方法或存在成本高、耗时长，或存在难以控制等缺陷。与此同时，剩余污泥中富含的多种有机物如蛋白类和糖类等，具有很好的再利用价值。因此，对技术人员而言，开发符合生态系统稳定性规律、花费少、不会产生二次污染的剩余污泥处理技术，并且遵循可持续发展的理念加深开发剩余污泥的利用价值，正是本领域技术人员需要投入和探索的。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用剩余污泥制备的保水剂及其制备方法和使用方法，该制备方法操作简单、成本低，经过该制备方法制得的的保水剂应用于栽种植物，使用方便且不会对环境产生二次污染，具有环保高效、无风险、易操作、低成本等特点。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种利用剩余污泥制备保水剂的方法，包括以下步骤：1)将无重金属污染的剩余污泥和磁性镁铝水滑石充分搅拌均匀，得到混合物，将混合物先用超声波震荡处理、再用电子束辐照处理，然后冷却并离心分离，得到上清液A和固体B；2)将固体B进行磁分离，回收磁性镁铝水滑石，将回收所得磁性镁铝水滑石与上清液A混合均匀并用电子束辐照处理，然后冷却、搅拌，得到共混物体系；3)将共混物体系进行磁分离，留下混合液体，混合液体先冷冻后干燥，得到粉末；4)将步骤3)所得粉末进行热处理，反应后溶于水，然后进行离心处理，将上清液冷冻、干燥后，得产物C；5)将产物C溶于水得到稀释液，所得稀释液通过自组装反应制得保水剂。优选地，步骤1)中，无重金属污染的剩余污泥和磁性镁铝水滑石的投料比为100mL：(0.5～1.8)g，搅拌时间为1.5～3h；离心分离的转速为3000rpm，时间为20min。优选地，步骤1)中，超声波功率为360W，作用时间为3～10min；电子束辐照计量为35～48kGy，处理时间为1～5min。优选地，步骤2)中，电子束辐照计量0.5～3kGy，处理时间为10～15min；搅拌时间为4～7h。优选地，步骤3)中，对所述共混物体系进行磁分离之前，先将共混物体系的pH值调至7。优选地，所述步骤4)中，热处理反应在恒温箱中进行，温度为55～62℃，相对湿度68％～78％，反应时间为4～6天；经热处理的粉末和水按照1g：15ml的用量比溶解；离心处理的转速为3000rpm，时间为20～30min。优选地，步骤5)中，将产物C溶于水中，在20～25℃下搅拌处理，配制成浓度为1～5mg/mL的稀释液。优选地，步骤5)中所述自组装反应操作如下：将稀释液的pH值调至4.7～6.2，并稳定5～10min，再将pH值稳定的稀释液置于85～90℃恒温水浴中，反应30～90min，反应结束后用冰浴冷却反应液，冷却后的反应液再经冷冻干燥制得保水剂。采用上述利用剩余污泥制备保水剂的方法制得的保水剂。一种利用剩余污泥制备的保水剂的使用方法，先将保水剂和不含磁性镁铝水滑石的固体B剩余泥渣，按照质量比为1:(80～100)的比例混合均匀制得混合物，再将混合物与风沙土按照质量比为1:(10～100)的比例进行配施。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种利用剩余污泥制备保水剂的方法，通过利用磁性镁铝水滑石、超声波作用与电子束辐照处理技术，能够将剩余污泥中含有的蛋白质、多糖等有机物降解，实现了剩余污泥的变废为宝，有效降低成本；降解后的养分释放溶解在混合物的液相中，通过离心分离，能够将液相和固相分离，再通过磁分离技术分离，能够将磁性镁铝水滑石从混合物中分离出去，或者施以再利用，降低添加化合物对环境带来的使用风险，提高环保效果；通过冷冻、干燥、热处理和溶解过程，能够实现被降解的多糖分子链上的活泼基团(如氨基、羧基等)，与被降解的蛋白质之间通过氢键、疏水及静电等作用形成两亲性的复合物；通过自组装反应，使两亲性的复合物在水相中反应获得稳定的纳米凝胶，该纳米凝胶可以用作保水剂。进一步地，通过在步骤1)中进行辐照计量为35～48kGy，处理时间为1～5min的电子束辐照，能够将剩余污泥充分降并解释放出其中的蛋白质、多糖等物质，有效避免降解不充分的结果。进一步地，通过在步骤2)中进行辐照计量0.5～3kGy，处理时间为10～15min的电子束辐照，并配合加入的磁性镁铝水滑石，能够激活磁性镁铝水滑石中的活性基团与辐射共同作用，达到对蛋白质、多糖等有机物的适当降解，在此辐照剂量下不会造成这些物质的过度降解和破坏，确保保水剂的成功制备。进一步地，通过步骤3)中将将共混物体系的pH值调至7，能够将污泥上清液体系的碱性条件改变，有利于蛋白质多糖形成两亲性的复合物反应结果。进一步地，通过步骤4)中在55～62℃、相对湿度68％～78％的条件下热处理4～6天，能够使适当降解的蛋白质多糖充分反应生成两亲性的复合物，有利于后续通过自组装反应制备保水效果好、稳定性高的保水剂；通过选择3000rpm、20～30min的离心处理，能够将反应体系中的干扰残渣去除，不影响有效物质的保留。进一步地，通过步骤5)中将稀释液的pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用剩余污泥制备保水剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将无重金属污染的剩余污泥和磁性镁铝水滑石充分搅拌均匀，得到混合物，将混合物先用超声波震荡处理、再用电子束辐照处理，然后冷却并离心分离，得到上清液A和固体B；/n2)将固体B进行磁分离，回收磁性镁铝水滑石，将回收所得磁性镁铝水滑石与上清液A混合均匀并用电子束辐照处理，然后冷却、搅拌，得到共混物体系；/n3)将共混物体系进行磁分离，留下混合液体，混合液体先冷冻后干燥，得到粉末；/n4)将步骤3)所得粉末进行热处理，反应后溶于水，然后进行离心处理，将上清液冷冻、干燥后，得产物C；/n5)将产物C溶于水得到稀释液，所得稀释液通过自组装反应制得保水剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用剩余污泥制备保水剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将无重金属污染的剩余污泥和磁性镁铝水滑石充分搅拌均匀，得到混合物，将混合物先用超声波震荡处理、再用电子束辐照处理，然后冷却并离心分离，得到上清液A和固体B；
2)将固体B进行磁分离，回收磁性镁铝水滑石，将回收所得磁性镁铝水滑石与上清液A混合均匀并用电子束辐照处理，然后冷却、搅拌，得到共混物体系；
3)将共混物体系进行磁分离，留下混合液体，混合液体先冷冻后干燥，得到粉末；
4)将步骤3)所得粉末进行热处理，反应后溶于水，然后进行离心处理，将上清液冷冻、干燥后，得产物C；
5)将产物C溶于水得到稀释液，所得稀释液通过自组装反应制得保水剂。


2.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备保水剂的方法，其特征在于，步骤1)中，无重金属污染的剩余污泥和磁性镁铝水滑石的投料比为100mL：(0.5～1.8)g，搅拌时间为1.5～3h；离心分离的转速为3000rpm，时间为20min。


3.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备保水剂的方法，其特征在于，步骤1)中，超声波功率为360W，作用时间为3～10min；电子束辐照计量为35～48kGy，处理时间为1～5min。


4.根据权利要求1所述的利用剩余污泥制备保水剂的方法，其特征在于，步骤2)中，电子束辐照计量0.5～3kGy，处理时间为10～15min；搅拌时间为4～7h。

【专利技术属性】
技术研发人员：相玉琳，相玉秀，王德权，刘叶海，戴春雨，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61