公布日：2022.05.17
申请日：2022.01.27
分类号：C02F11/143(2019.01)I;C02F11/122(2019.01)I
摘要
本发明涉及环保领域，公开一种应用于板框压滤机污泥脱水的颗粒污泥的制备方法。首先，将木质纤维素置于氢氧化钠和尿素的水溶液中，冷冻溶胀，待其充分溶解后，冷却至室温，在搅拌条件下，向其中滴入氯乙酸的乙醇溶液，加热搅拌回流，趁热过滤，滤饼用乙醇水溶液反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分；将滤饼置于低温真空干燥器中充分干燥，放入管式炉中，在保护气保护下碳化，自然冷却至室温，得到黑色产物；将黑色粉末充分研磨即纤维素‑炭基调理剂。取污水处理厂浓缩后的污泥，首先向其中加入所述纤维素‑碳化产物，充分搅拌，向混合污泥中加入CPAM充分搅拌后即得颗粒污泥。本发明制备方法简单，制备出的颗粒污泥形貌独特，加入污泥后污泥比阻和毛细吸水时间明显降低，污泥的深度脱水效果明显改善。
权利要求书
1.一种用于污泥深度脱水的颗粒污泥制备的纤维素-碳化调理剂的制备方法，其包括如下步骤：（1）将木质纤维素置于氢氧化钠和尿素的水溶液中，冷冻溶胀，待其充分溶解后冷却；（2）在磁力搅拌条件下，将步骤（1）中溶液水浴加热搅拌回流，向其中滴入氯乙酸的乙醇溶液，回流加热搅拌下反应，再向其中加入乙醇，趁热过滤，弃去滤液；（3）从步骤（2）中得到的滤饼用乙醇水溶液反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分；（4）将步骤（3）中所得滤饼置于低温真空干燥器中充分干燥获得微黄色粉末；（5）将微黄色粉末在保护气保护下，升温碳化，自然冷得到黑色粉末；任选地，还包括：（6）将所得黑色粉末充分研磨。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）是将1-4g木质纤维素置于氢氧化钠10-30wt%和尿素5-15wt%的水溶液中，-10--35℃冷冻溶胀，待其充分溶解后冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，氢氧化钠20wt%和尿素8wt%的水溶液,冷冻温度为-25℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）是在磁力搅拌条件下，向步骤（1）中溶液30-55℃水浴加热搅拌回流，向其中滴入5-25ml氯乙酸的乙醇溶液，回流加热搅拌50-75℃下反应2-8h，待反应结束，向其中加入30-50ml乙醇，趁热过滤，弃去滤液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，磁力搅拌时间为30min，氯乙酸乙醇溶液的添加量为12ml，加热温度为60℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）从步骤（2）中得到的滤饼用乙醇水溶液体积比7：3-4：6反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，滤饼用乙醇水溶液体积比7:3为最佳，清洗次数3次。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）是将步骤（3）中所得滤饼置于低温真空干燥器中充分干燥6-20h获得微黄色粉末。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，饼置于-10℃至-20℃低温真空干燥器中充分干燥8h获得微黄色粉末。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）将微黄色粉末在Ar气保护下，以0.5-15℃/min的升温速率，升温至450-950℃，碳化时间为0.5-10h后，自然冷却至室温，得到黑色粉末。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，以0.5-15℃/min的升温速率，升温至450-950℃。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，以升温速率为5℃/min，升温至750℃，碳化时间为5h。
13.一种应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，包括如下步骤：（1）取污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥，向其中加入如权利要求1至10任一项所述的制备方法得到的纤维素-碳化调理剂，充分搅拌充分混合；（2）向混合污泥中加入CPAM充分搅拌后即得。
14.根据权利要求13所述的应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，其特征在于，步骤（1）是取污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥，向其中加入绝干污泥量的5-40wt%的所述纤维素-碳化调理剂，充分搅拌10-50min。
15.根据权利要求13所述的应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，其特征在于，步骤（1）中加入绝干污泥量的5-20wt%的所述纤维素-碳化调理剂。
16.根据权利要求15所述的应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，其特征在于，步骤（1）中加入绝干污泥量的10wt%的所述纤维素-碳化调理剂。
17.根据权利要求13所述的应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，其特征在于，步骤（2）中向混合污泥中加入绝干污泥量1-10wt%CPAM充分搅拌。
18.根据权利要求17所述的应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，其特征在于，骤（2）中加入绝干污泥量2-5wt%CPAM。
19.根据权利要求13至18任一项所述的应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，其特征在于，所述污水是生活污水或工业污水。
发明内容
本发明目的是提供纤维素-碳化调质剂的制备方法，本发明基于纤维素是难溶于水的天然高分子，但是纤维素可以在冷冻条件下快速溶解在氢氧化钠-尿素体系中，实现了纤维素在均质溶液中的接枝反应，之后经过碳化处理得到特殊形貌的花球型碳化颗粒，此花球型碳化颗粒加入污泥中形成新型的污泥凝结核，使污泥团聚后配合CPAM制备粒径较大的球型颗粒污泥，此球型颗粒污泥的存在可大幅度降低污泥比阻和毛细吸水时间。因此，本发明提供一种应用于板框压滤机污泥脱水的颗粒污泥的制备方法，用本发明制备的纤维素-碳化调理剂配合CPAM制备颗粒污泥。通过合成新型骨架污泥凝聚颗粒，加入污泥中形成新型的凝结核，将污泥间隙水、部分结合水除掉，后配合CPAM产品，使原本松散无序的污泥，形成有序的颗粒状态，且形成的污泥颗粒结实不易碎，提高污泥的滤水性能，降低污泥比阻，和毛细吸水时间，有利于污泥的深度脱水。
本发明提供一种用于污泥深度脱水的颗粒污泥制备的纤维素-碳化调理剂的制备方法，其包括如下步骤：
（1）将木质纤维素置于氢氧化钠和尿素的水溶液中，冷冻溶胀，待其充分溶解后冷却；
（2）在磁力搅拌条件下，将步骤（1）中溶液水浴加热搅拌回流，向其中滴入氯乙酸的乙醇溶液，回流加热搅拌下反应，再向其中加入乙醇，趁热过滤，弃去滤液；
（3）从步骤（2）中得到的滤饼用乙醇水溶液反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分；
（4）将步骤（3）中所得滤饼置于低温真空干燥器中充分干燥获得微黄色粉末；
（5）将微黄色粉末在保护气保护下，升温碳化，自然冷得到黑色粉末；
任选地，还包括：（6）将所得黑色粉末充分研磨。
在一个具体实施方式中，步骤（1）是将1-4g木质纤维素置于氢氧化钠10-30wt%和尿素5-15wt%的水溶液中，-10--35℃冷冻溶胀，待其充分溶解后冷却至室温；优选的，步骤（1）中，氢氧化钠20wt%和尿素8wt%的水溶液,冷冻温度为-25℃。
在一个具体实施方式中，步骤（2）是在磁力搅拌条件下，向步骤（1）中溶液30-55℃水浴加热搅拌回流，向其中滴入5-25ml氯乙酸的乙醇溶液，回流加热搅拌50-75℃下反应2-8h，待反应结束，向其中加入30-50ml乙醇，趁热过滤，弃去滤液；优选的，步骤（2）中，磁力搅拌时间为30min，氯乙酸乙醇溶液的添加量为12ml，加热温度为600C。
在一个具体实施方式中，步骤（3）从步骤（2）中得到的滤饼用乙醇水溶液体积比7：3-4：6反复洗涤直至滤饼中不含有无机盐分；优选的，步骤（3）中，滤饼用乙醇水溶液体积比7:3为最佳，清洗次数3次。
在一个具体实施方式中，步骤（4）是将步骤（3）中所得滤饼置于低温真空干燥器中充分干燥6-20h获得微黄色粉末；优选的，步骤（4）中，饼置于低温（-10℃到-20℃）真空干燥器中充分干燥8h获得微黄色粉末。
在一个具体实施方式中，步骤（5）将微黄色粉末在Ar气保护下，以0.5-15℃/min的升温速率，升温至450-950℃，碳化时间为0.5-10h后，自然冷却至室温，得到黑色粉末；优选的，步骤（5）中，以0.5-15℃/min的升温速率，升温至450-950℃，更优选地，以升温速率为5℃/min，升温至750℃，碳化时间为5h。
本发明还提供一种应用于高压隔膜板框压滤机污泥深度脱水的颗粒污泥的制备方法，包括如下步骤：
（1）取污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥，向其中加入上述的制备方法得到的纤维素-碳化调理剂，充分搅拌充分混合；
（2）向混合污泥中加入CPAM充分搅拌后即得。
优选实施方式中，步骤（1）是取污水处理厂经污泥浓缩池浓缩后的污泥，向其中加入绝干污泥量的5-40wt%的所述纤维素-碳化调理剂，充分搅拌10-50min；更优选地，加入绝干污泥量的5-20wt%的所述纤维素-碳化调理剂，进一步优选地，加入量10wt%。
另一优选实施方式中，步骤（2）中向混合污泥中加入绝干污泥量1-10wt%CPAM充分搅拌；优选地，加入绝干污泥量2-5wt%CPAM。
在具体实施方式中，所述污水是生活污水或工业污水。
本发明以可再生资源木质纤维素为原料通过接枝反应得到具有特殊结构的炭基聚合物再利用高温热处理法，首次合成花球状纤维素-碳化复合材料，最后将其与生活污水处理厂的浓缩污泥混合，配合CPAM，制备出规则的球型颗粒污泥颗粒污泥的直径为0.5-2.5mm。该球型颗粒污泥可有效降低污泥比阻和毛细吸水时间。本发明也具有工艺简单，适合规模化工业生产。本发明添加到污泥中的药剂基本为有机药剂，对后续的污泥焚烧和污泥堆肥不会产生太大的影响。因此，本发明在市政和工业污泥深度脱水领域有潜在的、广泛的应用前景。
（发明人：张传广;薛峰;谢雪花）
