申请日2014.11.12
公开(公告)日2015.03.25
IPC分类号C02F11/14; C08H7/00; C02F11/00
摘要
本发明属于环境保护及固体废弃物造纸污泥的资源化利用领域，具体涉及一种以造纸污泥为主要原料，与聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复合制备污泥脱水调理剂的方法，用水和氢氧化钠溶液将造纸污泥中的木质素溶解，滤液用硫酸溶液酸化，将析出物过滤，干燥，得木质素，将木质素与聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按重量份数之比为8~16：0.8~2.4：0.02~0.04混合均匀，即得该复合污泥脱水调理剂。该复合污泥脱水调理剂以造纸污泥为主要原料，整个制备过程简单，原材料为固体废弃物，不但解决了造纸污泥对环境的污染问题，且该调理剂能够明显减小污泥的比阻，降低污泥的含水率，实现造纸污泥的再利用以达到以废治废的目的。
权利要求书
1.一种利用造纸污泥制备的复合污泥脱水调理剂，其特征在于它是由下述重量组分的原料制成的：木质素8~16份、聚合氯化铝0.8~2.4份、阳离子型聚丙烯酰胺0.02~0.04份，各组分均为无水状态。
2.根据权利要求1所述的利用造纸污泥制备的复合污泥脱水调理剂，其特征在于：所述的造纸污泥为碱法造纸生产过程中产生，含水率为70~75wt%，木质素含量为13~16wt%，纤维素含量为2~4wt%，其余为无机盐和泥沙。
3.根据权利要求1所述的利用造纸污泥制备复合污泥脱水调理剂的方法，其特征在于步骤如下：
(1)碱溶：将造纸污泥加入水中，搅拌下滴加NaOH溶液，控制pH值在11～12，搅拌30～40min，过滤，滤液备用;
(2)酸析：搅拌下向步骤(1)得到的滤液中加入硫酸调节pH为3～4，使木质素完全析出，在80～90℃水浴中保温50～60min，趁热抽滤，得到滤饼;
(3)干燥：将滤饼在45~55℃烘干，碾碎，即得木质素;
(4)取重量份数为8~16份的木质素，然后加入重量份数为0.8~2.4份的聚合氯化铝、重量份数为0.02~0.04份的聚丙烯酰胺混合均匀，即得到复合污泥脱水调理剂。
4.根据权利要求3所述的利用造纸污泥制备复合污泥脱水调理剂的方法，其特征在于：所述步骤(1)中水的用量为造纸污泥的10~12倍。
5.根据权利要求3所述的利用造纸污泥制备复合污泥脱水调理剂的方法，其特征在于：所述步骤(1)中NaOH溶液的质量浓度为8~12%。
说明书
利用造纸污泥制备的复合污泥脱水调理剂及其制备方法
技术领域
本发明专利属于固体废弃物造纸污泥的资源化利用领域，具体涉及利用碱法造纸后所产生的造纸污泥为主要原料制备一种复合污泥脱水调理剂。
背景技术
造纸污泥是造纸行业产生的一大废弃物，其成分复杂，产量大，含水率高，处理难度大，因此对它的处置问题长时间以来束缚着造纸行业的发展，同时也给环境带来很大的压力。目前通常采用简单的堆放、填埋和焚烧处理，不但会产生新的环境问题，而且也造成了资源浪费。基于这种现状，我国对造纸污泥的资源化利用正在进行越来越多的研究，造纸污泥中的有机质大部分为纤维素、半纤维素和木质素，可以将其充分利用，变废为宝。目前造纸污泥的再利用主要用作建筑材料、生产人造板、生产生物有机肥、生产分散-稳定剂、絮凝剂、羧甲基纤维素钠、回用等，中国专利文件CN1724451、CN101306552A、CN102701838A 、CN102614809A、CN102583684 A、CN101020718A及CN1614142分别公开了造纸污泥利用的相关技术方案。而将造纸污泥应用于污泥脱水调理剂的的相关技术目前尚未见报道。
随着我国经济的高速发展，城市污水的处理量在不断的增长，而污泥作为污水厂处理污水后的产物，产生量一般是污水处理量的0.3%～0.5% (以含水率97%计) ，数量十分惊人，其处理处置方法一直以来也是人们关注的重要问题。污泥脱水可使其大幅减量，在脱水前常加入调理剂以改善污泥的脱水性能，提高脱水速度和程度。目前，通常采用的脱水调理剂有聚丙烯酰胺和聚合氯化铝，聚丙烯酰胺不易降解，单体可能致畸、致癌、致突变;聚合氯化铝存在投量大且提高了水中Al3 +的残留浓度等缺点，对人体和环境会带来很大危害;目前围绕应用天然产物、不用或降低聚丙烯酰胺和聚合氯化铝的用量的污泥调理剂的研究与开发得到越来越广泛的关注。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有脱水调理剂存在的危害，提供一种以造纸污泥为主要原料制备的复合污泥脱水调理剂及其制备方法，实现了造纸污泥的资源化利用，同时降低聚丙烯酰胺的投加量，减少了二次污染，具有明显的环境效益。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种利用造纸污泥制备的复合污泥脱水调理剂，它是由下述重量组分的原料制成的：木质素8~16份、聚合氯化铝0.8~2.4份、阳离子型聚丙烯酰胺0.02~0.04份，各组分均为无水状态。
所述的造纸污泥为碱法造纸生产过程中产生，含水率为70~75wt%，木质素含量为13~16wt%，纤维素含量为2~4wt%，其余为无机盐和泥沙。
一种利用造纸污泥制备复合污泥脱水调理剂的方法，步骤如下：
(1)碱溶：将造纸污泥加入水中，搅拌下滴加NaOH溶液，控制pH值在11～12，搅拌30～40min，过滤，滤液备用;
(2)酸析：搅拌下向步骤(1)得到的滤液中加入硫酸调节pH为3～4，使木质素完全析出，在80～90℃水浴中保温50～60min，趁热抽滤，得到滤饼;
(3)干燥：将滤饼在45~55℃烘干，碾碎，即得木质素;
(4)取重量份数为8~16份的木质素，然后加入重量份数为0.8~2.4份的聚合氯化铝、重量份数为0.02~0.04份的聚丙烯酰胺混合均匀，即得到复合污泥脱水调理剂。
所述步骤(1)中水的用量为造纸污泥的10~12倍。
所述步骤(1)中NaOH溶液的质量浓度为8~12%。
本发明制备的污泥复合调理剂具有以下有益效果：
1.本发明以造纸污泥中提取的木质素为主要成分，实现了造纸污泥的资源化利用，而且木质素成本低廉，易于生物降解，本发明以造纸污泥中提取的木质素为主要成分，实现了造纸污泥的资源化利用，而且木质素成本低廉，易于生物降解，该复合污泥脱水调理剂以造纸污泥为主要原料，整个制备过程简单，原材料为固体废弃物，不但解决了造纸污泥对环境的污染问题，且该调理剂能够明显减小污泥的比阻，降低污泥的含水率，实现造纸污泥的再利用以达到以废治废的目的。
2.调理剂由木质素与聚合氯化铝、聚丙烯酰胺复配而成。聚合氯化铝和聚丙烯酰胺为阳离子型絮凝剂，通过电中和作用破坏污泥原有的电荷平衡，使污泥脱稳，由于分子量较大，网捕和架桥能力较强，从而使其快速形成大的絮体，但这种絮体结构疏松，包含的水较多，因此脱水污泥含水率较高;木质素是一种具有三维网状物的天然高分子絮凝剂，具有较强的架桥能力，由于电荷密度小，相对分子质量较低，被污泥胶粒的吸附不是很强，形成的絮体较小，絮体间包含的水分较少，有利于絮体的去水化，降低脱水污泥含水率;因此，将木质素与聚合氯化铝、聚丙烯酰胺三者复配对污泥进行调理，能够更好发挥无机和有机调理剂各自的优点和避免各自的不足，三者的优势互相协同，增加了污泥比阻和含水率降低的幅度，而且明显降低了聚丙烯酰胺和聚合氯化铝的投加量，减少了二次污染，具有明显的环境效益。
具体实施方式
实施例1
本实施例的利用造纸污泥制备复合污泥脱水调理剂的方法，步骤如下：
(1)碱溶：将100Kg造纸污泥加入1000Kg水中，搅拌下滴加质量浓度为8%的NaOH溶液，控制pH值在11，搅拌30min，过滤，滤液备用;
(2)酸析：搅拌下向步骤(1)得到的滤液中加入硫酸调节pH为3，使木质素完全析出，在80℃水浴中保温60min，趁热抽滤，得到滤饼;
(3)干燥：将滤饼在45℃烘干，碾碎，即得木质素。
(4)以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺=8：0.8：0.02混合均匀得到复合污泥脱水调理剂。
将上述复合污泥脱水调理剂用于污泥(所述的污泥为污水厂处理污水后产生，含水率为97~99wt%)脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至3.12×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为72.80%。
实施例2
本实施例的利用造纸污泥制备复合污泥脱水调理剂的方法，步骤如下：
(1)碱溶：将100Kg造纸污泥加入1200Kg水中，搅拌下滴加质量浓度为12%的NaOH溶液，控制pH值在12，搅拌40min，过滤，滤液备用;
(2)酸析：搅拌下向步骤(1)得到的滤液中加入硫酸调节pH为4，使木质素完全析出，在90℃水浴中保温50min，趁热抽滤，得到滤饼;
(3)干燥：将滤饼在55℃烘干，碾碎，即得木质素;
(4)以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺=12%：0.8%：0.03%混合均匀，制备复合污泥调理剂。
将上述复合污泥调理剂用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至2.61×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为77.25%。
实施例3
本实施例的利用造纸污泥制备复合污泥脱水调理剂的方法，步骤如下：
(1)碱溶：将100Kg造纸污泥加入1100Kg水中，搅拌下滴加质量浓度为10%的NaOH溶液，控制pH值在11，搅拌35min，过滤，滤液备用;
(2)酸析：搅拌下向步骤(1)得到的滤液中加入硫酸调节pH为4，使木质素完全析出，在85℃水浴中保温55min，趁热抽滤，得到滤饼;
(3)干燥：将滤饼在50℃烘干，碾碎，即得木质素;
(4)以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺= 16%：0.8%：0.04%混合均匀，制备复合污泥调理剂。
将上述复合污泥调理剂用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至1.79×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为75.86%。
实施例4
以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺= 8%：1.6%：0.04%混合均匀，制备复合污泥调理剂，将其用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至2.32×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为71.15%。
实施例5
以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺= 12%：1.6%：0.03%混合均匀，制备复合污泥调理剂，将其用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%，加入该调理剂后，测试污泥比阻降至1.96×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为74.74%。
实施例6
以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺=16%：1.6%：0.02%混合均匀，制备复合污泥调理剂，将其用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至2.24×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为75.95%。
实施例7
以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺=8%：2.4%：0.04%混合均匀，制备复合污泥调理剂，将其用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至2.81×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为79.56%。
实施例8
以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺=12%：2.4%：0.02%混合均匀，制备复合污泥调理剂，将其用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至4.18×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为78.89%。
实施例9
以100Kg污泥干基为基准，将木质素、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺按百分比为木质素：聚合氯化铝：聚丙烯酰胺=16%：2.4%：0.03%混合均匀，制备复合污泥调理剂，其用于污泥脱水前的调理，调理前污泥比阻为1.24×109 s2/g，属于难脱水污泥，脱水泥饼含水率为81.13%;加入该调理剂后，测试污泥比阻降至2.93×108 s2/g，成为易脱水的污泥，脱水泥饼含水率为79.29%。
