剩余污泥改性的无机-有机复合絮凝剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种剩余污泥改性的无机

【技术实现步骤摘要】
剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种复合絮凝剂，属于污水处理
，具体地涉及一种剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前，在水处理的领域里，混凝沉淀法是国内外常用的提高水质处理效率的一种简便的水质处理方法。在这之中，絮凝剂起着十分关键的作用。絮凝剂主要是带有正(负)电性的基团和水中带有负(正)电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来。一般为达到这种目的而使用的药剂，称之为絮凝剂。絮凝剂主要应用于给水和污水处理领域。絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。目前常见的无机高分子混凝剂可大致分为铝系、铁系和以硅聚合物为骨架的复合聚合混凝剂。铝系和铁系无机高分子混凝剂是通过改变铝、铁离子在水环境的聚合状态，使其具有更高的分子量，从而实现对废水的高效的吸附沉降处理。
[0003]生物炭是一种具有良好应用前景的吸附剂，经适当改性处理可获得优异的吸附性能。剩余污泥是水厂混凝沉淀过程中的副产物，其来源稳定、产量大，其主要成分包括腐殖质、硅酸盐、有机质以及一些金属氢氧化物等。目前，水厂常用的混凝剂是聚合氯化铝、聚合氯化铝铁，当采用聚合氯化铝铁作为混凝剂进行混凝处理时，剩余污泥中含有大量的聚合氯化铝铁。剩余污泥还是一种潜在的制备生物炭的废弃有机物，其含水率高、成分复杂、处理难度较高、产量日益增大，已成为环境污染控制一大挑战。剩余污泥高温热解炭化不仅可以杀死病原体、降解有机物、固定重金属，其产物还可应用于土壤改良、处理温室气体等方面。因此，将剩余污泥热解制备生物炭，不仅可应用于污水的处理，同时也是一种具有发展前景的剩余污泥处置途径。
[0004]在当今社会，随着城市化、工业化的逐渐推进，水环境的污染一步步加重。微污染水源、生活污水、工业废水水质愈加复杂，难以处理。在水处理的过程中对于絮凝剂的要求也逐渐提高，不同种类絮凝剂复配使用已经成为强化絮凝的有效手段之一。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂及其制备方法与应用。该复合絮凝剂兼具了天然大分子有机絮凝剂与无机絮凝剂的优点，对生活污水中污染物及氮、磷实现高效吸附。
[0006]为实现上述目的，本专利技术公开了一种剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂，它为改性生物炭、聚硅酸和聚合氯化铝铁按质量比1:(1～2):(1～4)复合得到。
[0007]进一步地，所述改性生物炭为取来自城市污水处理厂的剩余污泥经干燥、粉碎、高温分解、接枝改性和球磨改性制得。
[0008]进一步地，所述接枝改性为采用PAM作为改性分子。
[0009]进一步地，固定投加量为10～20mg/L时，所述复合絮凝剂对污水浊度的去除率在89％以上，COD去除率在85％以上，TP去除率在91％以上。本专利技术设计的复合絮凝剂是在传统絮凝剂聚合氯化铝铁制备基础上进行改良，引入聚硅酸可增加絮凝剂形成的分子链大小，同时促进污水处理过程中多孔结构的形成，进一步提高了污水中污染物的聚集速率大小，大大的提高了絮凝剂的絮凝效果。同时根据絮凝机理之一的电性中和原理，絮凝剂中铁、铝离子在聚硅酸上的引入也大大加强了中和机制。故该复合絮凝剂的处理效果较好。
[0010]本专利技术的目的之二是公开了一种用于处理生活污水的无机
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有机复合絮凝剂，它为改性生物炭、聚硅酸和聚合氯化铝铁按质量比1:2:4复合得到，且所述改性生物炭为取来自城市污水处理厂的剩余污泥经干燥、粉碎、高温分解、接枝改性和球磨改性制得；所述接枝改性为采用PAM作为改性分子。
[0011]本专利技术的目的之三是公开了剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂的制备方法，它包括如下步骤：
[0012]1)制备改性生物炭：取来自城市污水处理厂的剩余污泥干燥后粉碎得50～100目的污泥粉末，取所述污泥粉末高温分解制得生物炭，取所述生物炭进行PAM接枝改性和球磨改性制得改性生物炭；
[0013]2)制备聚硅酸溶液；
[0014]3)制备聚合氯化铝铁溶液；
[0015]4)制备复合絮凝剂：取步骤1)的所述改性生物炭，步骤2)的所述聚硅酸溶液，步骤3)的所述聚合氯化铝铁溶液按质量比1:(1～2):(1～4)混匀，置于20～40℃水浴条件下搅拌30～60min，然后加入碱液，直至pH值为6.0～9.0，继续搅拌0.5～1h至稳定，再冷冻干燥即制得复合絮凝剂。
[0016]其中，步骤1)中城市污水处理厂的剩余污泥置于鼓风干燥箱中，30～50℃条件下烘干至恒重，与此同时，采用粉碎机将干燥后的污泥粉碎，并筛选出50～100目的污泥粉末留存备用。本申请选择该目数的污泥粉末，其中在一定范围内，目数越大中孔越发达，吸附动力学平衡越有利，吸附效果越好。
[0017]优选的，所述鼓风干燥箱内温度为40℃。
[0018]优选的，所述污泥粉末为80～100目。
[0019]优选的，所述污泥粉末为100目。
[0020]进一步地，步骤1)中所述高温分解包括在管式炉内以5～10℃/min的速率升高至400～800℃并恒温热解2～4h。与此同时，所述管式炉内使用氮气作为保护气体，同时，待所述管式炉内降至室温后，取出高温分解后的生物炭并采用去离子水洗涤4～6次，至pH为5～7。该步的操作目的是洗去改性之后生物炭表面残留物质，保证不影响后续的复合。
[0021]优选的，所述管式炉内以5℃/min的速率升高至600℃并恒温热解4h。
[0022]优选的，取出高温分解后的生物炭并采用去离子水洗涤4～6次，至pH为5.0。
[0023]进一步地，步骤1)中所述接枝改性包括将生物炭加入超纯水中，经超声分散处理制得生物炭分散体，向所述生物炭分散体内加入PAM，搅拌、连续超声分散处理；然后转移至高压反应釜中于80～100℃下反应12～24h；
[0024]所述PAM、生物炭及超纯水的质量比为1:(4～6):(4～6)。
[0025]优选的，所述PAM、生物炭及超纯水的质量比为1:5:5。
[0026]具体的，称取相应比例的剩余污泥生物炭置于烧杯中，加入适量超纯水，置于超声波清洗仪中超声1h制备生物炭分散体；然后，在生物炭分散体中加入适量聚丙烯酰胺(PAM)，连续搅拌20～30min，将上述体系继续超声2h后转移至高压反应釜中，于80～100℃下反应12～24h，完成后用超纯水反复洗涤3次。最后置于真空干燥箱内60℃下干燥24h即制得PAM接枝改性生物炭。
[0027]进一步地，步骤1)中所述干燥的温度为40～80℃，干燥处理多久4～6h；优选处理4h。
[0028]优选的，步骤1)中所述干燥的温度为60℃。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂，其特征在于，它为改性生物炭、聚硅酸和聚合氯化铝铁按质量比1:(1～2):(1～4)复合得到。2.根据权利要求1所述剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂，其特征在于，所述改性生物炭为取来自城市污水处理厂的剩余污泥经干燥、粉碎、高温分解、接枝改性和球磨改性制得。3.根据权利要求2所述剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂，其特征在于，所述接枝改性为采用PAM作为改性分子。4.一种用于处理生活污水的无机
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有机复合絮凝剂，其特征在于，它为改性生物炭、聚硅酸和聚合氯化铝铁按质量比1:2:4复合得到，且所述改性生物炭为取来自城市污水处理厂的剩余污泥经干燥、粉碎、高温分解、接枝改性和球磨改性制得；所述接枝改性为采用PAM作为改性分子。5.一种剩余污泥改性的无机
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有机复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：1)制备改性生物炭：取来自城市污水处理厂的剩余污泥干燥后粉碎得50～100目的污泥粉末，取所述污泥粉末高温分解制得生物炭，取所述生物炭进行PAM接枝改性和球磨改性制得改性生物炭；2)制备聚硅酸溶液；3)制备聚合氯化铝铁溶液；4)制备复合絮凝剂：取步骤1)的所述改性生物炭，步骤2)的所述聚硅酸溶液，步骤3)的所述聚合氯化铝铁溶液按质量比1:(1～2):(1～4)混匀，置于20～40℃水浴条件下搅拌30～60min，然后加入碱液，直至pH值为6.0～9.0，继续搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，颜昌清，乐进，肖勇，张倩，张运杰，张文丽，
申请(专利权)人：中交第二公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：