一種利用凈水廠污泥制備絮凝劑的方法及其除藻應用
【專利摘要】本發明涉及一種利用凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，以及制得絮凝劑在去除水中藻類的應用。一種利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥為原料制備絮凝劑的方法，稱取干燥、粉碎后的污泥3份，和濃鹽酸按照質量：體積比為1:0.67～2的比例混合，置于密閉容器中改性反應，獲得改性污泥；取60體積份超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水分次添加至密閉容器中與改性污泥均勻混合，然后濾除污泥殘渣，收集濾液備用；將收集的濾液用超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水定容至100體積份，制得絮凝劑成品。本發明方法獲取的絮凝劑用于去除水中藻類，用量小、速度快，除藻徹底，操作方便，為凈水廠污泥的資源化利用提供了新途徑。
【專利說明】
一種利用凈水廠污泥制備絮凝劑的方法及其除藻應用
技術領域
[0001]本發明涉及一種絮凝劑制備方法，尤其是涉及一種利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，以及制得絮凝劑在除藻方面的應用。
【背景技術】
[0002]藍藻水華已成為嚴重影響水環境質量的全球性問題，微囊藻是一個重要優勢類群，在自然水體中，微囊藻水華暴發時，大量微囊藻以群體狀態漂浮在水體表層，導致水體飲用價值、景觀價值、生態服務功能的下降。有研究表明暴發的藍藻水華中有80%是產生毒素的，而這些毒素既可以直接進入飲水源危害人類健康，也可以通過食物鏈在水生動物如水產品中富集，從而間接的威脅到人類的健康。因此，選擇一種適宜的治理藍藻水華的方法是當下亟需解決的課題。
[0003]自來水廠污泥源于絮凝反應階段，其主要成分是混凝劑水解的渣、原水中攜帶泥沙等。對于處理規模為15X104 m3 /d的自來水廠，脫水污泥的排放量約10 t /d，目前，我國對化學污泥的主要處置方式是通過管道系統將排泥水直接排放，或者將脫水污泥填埋，這兩種處置方式都可能引起環境問題。因此，污泥處理與處置已成為當今環境發展過程中亟需解決的問題，而自來水廠污泥由于其自身的特有性質，使其具有獨到的利用價值，已成為當前污泥問題的研究熱點之一。
[0004]目前已有關于將自來水廠污泥處理處置后用于沙化土壤的改良《一種對自來水廠產生的污泥綜合處理利用的方法》(200710306802.5)和用作人工潛流濕地表層填料《一種村鎮生活污水的處理方法及其設備》(201110097991.6)等方面的專利，而尚未發現關于利用自來水廠污泥制備絮凝劑的專利和文獻報道。
[0005]但是有關于利用城鎮污水處理廠含藻污泥制備絮凝劑《用含藻污泥制備絮凝劑、復合肥和甲烷的方法》(201010157444.8)的專利文獻，該專利制備絮凝劑的方案包括:污泥水熱氧化(先將污水處理廠含水率為96%?99%的含藻污泥，加入到水熱反應器中，再加入市售的濃度為30 %質量百分比的過氧化氫，過氧化氫的加入量為50mg/L，在0.8?IMPa和150?180°(:下，反應1.5?2.511，靜置30111丨11，得到黃褐色的(:00濃度為10000mg/L?20000mg/L的有機殘留廢液和含鋁鐵無機物的固體污泥)和絮凝劑的制備(先將固體污泥在120°C下烘干，研磨，過100目篩，篩下物為粒徑小于100目的污泥粉末;然后量取污泥粉末:鹽酸=1:3?5份質量比，將鹽酸加入篩下物中，于90?100°C下反應I?2h，然后靜置30min后取上清液；用堿將上清液的pH調至2.5?4，在50?60°C下熟化12h，得到聚合氯化鋁鐵液體產品，將液體產品在90?100°C下干燥，即得聚合氯化鋁鐵固體產品)。含藻污水處理過程中投加大量的鋁系和鐵系絮凝劑，這些絮凝劑沉淀在含藻污泥中，可以作為聚合氯化鋁鐵的原料。由此，從城鎮污水處理廠含藻污泥中制備得到聚合氯化鋁鐵固體絮凝劑。該專利涉及到污泥水熱氧化、固液分離、干燥、粉碎、活化、靜置、調PH和熟化等步驟，制備過程繁瑣、耗時長;而且，制備過程中加入了過氧化氫、鹽酸、堿等藥品，提高了處理成本。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術不足，提出了一種利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法及其在去除水中藻類方面的應用，用于以微囊藻為優勢種的小型景觀水體除藻，除藻徹底、速度快，能夠安全有效地控制微囊藻水華。
[0007]發明采用的技術方案:
一種利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥為原料制備絮凝劑的方法，包括以下步驟:
(1)稱取干燥、粉碎后的污泥3份，將其和濃鹽酸按照質量:體積比為I: 0.67?2的比例混合，置于密閉容器中于100?250 °C條件下改性反應I?3小時，獲得改性污泥;污泥重量份單位以千克計，濃鹽酸體積份單位以L計；
(2)取60體積份超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水分I?3次添加至密閉容器中與改性污泥均勻混合，然后通過過濾濾除污泥殘渣，收集濾液備用;超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水體積份單位以L計；
(3)將收集的濾液用超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水定容至100體積份，制得絮凝劑成品。
[0008]所述的利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，步驟(I)中，獲得干燥污泥的過程如下:將取自沉淀池的污泥脫水后在自然條件下風干或105°C條件下烘干處理，獲得干燥污泥塊，然后將干燥污泥快粉碎至顆粒大小為< 100目。
[0009]前述利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法所制得的絮凝劑用于去除水中藻類。
[0010]本發明的有益效果:
1、本發明利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑并用于去除水中藻類的方法，獲取的絮凝劑，用量小、除藻徹底、速度快，操作方便。為凈水廠污泥的資源化利用提供了新途徑。
[0011]2、本發明利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備的絮凝劑，可以有效除藻，藻細胞絮凝成團沉入水底，對環境的影響小，水體清澈，不影響水體美觀，適用于以微囊藻為優勢種的小型景觀水體除藻。
[0012]3、本發明利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備的絮凝劑，實用性強，投加后無需攪拌，具有高效、節能等優點，且能使藻體沉降至水底，是一種較理想的使藻類沉降的除藻劑。
[0013]4、本發明利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，具有絮凝劑制備工藝簡單，操作簡便，無需大型儀器設備等諸多優點，制備的絮凝劑具有良好的絮凝效果，能有效去除水中藻類，為藻類的去除提供了新的方法。
[0014]5、本發明利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，具有制備過程簡單、藥劑用量少等優點，除藻成本低，易于推廣應用。重要的是，我們在研究過程中發現，100°C條件下制備的絮凝劑在用于除藻時，除藻效果差，還會造成絮凝體變黃，藻細胞完整性被破壞，造成藻毒素釋放;而高于100°C以上溫度制備的絮凝劑用于除藻時，除藻效果好，絮凝體不變色，通過熒光顯微鏡觀察，藻細胞有紅色熒光，藻細胞完整性未被破壞，不會造成藻毒素釋放，更安全。這可能與不同溫度條件下制備的絮凝劑成分有差別有關。
【具體實施方式】
[0015]下面通過【具體實施方式】，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0016]以下各實施例提及的質量:體積比，質量單位以克或千克計量，體積單位對應以毫升或升計量。
[0017]實施例1
一種利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥為原料制備絮凝劑的方法，包括以下步驟:
(1)稱取干燥、粉碎后的污泥3份，將其和濃鹽酸按照質量:體積比為I: 0.67?2的比例混合，置于密閉容器中于100?250°C條件下改性反應I?3小時，獲得改性污泥；
(2)取60體積份超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水分I?3次添加至密閉容器中與改性污泥均勻混合，然后通過過濾濾除污泥殘渣，收集濾液備用；
(3)將收集的濾液用超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水定容至100體積份，制得絮凝劑成品。
[0018]實施例2
本實施例利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，與實施例1不同的是:步驟(I)中，獲得干燥污泥的過程如下:將取自沉淀池的污泥脫水后在自然條件下風干或105°C條件下烘干處理，獲得干燥污泥塊，然后將干燥污泥塊粉碎至顆粒大小為<100 目。
[0019]實施例3
本實施例利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，與前述各實施例的不同之處在于:先將干燥的污泥粉碎至顆粒大小為<100目，然后和濃鹽酸按照質量:體積比為1: 0.67的比例混合。
[0020]實施例4
本實施例利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，與前述各實施例的不同之處在于:將預處理后的污泥和濃鹽酸按照質量:體積比為1:1.3的比例混入口 ο
[0021]實施例5
本實施例利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，與前述各實施例的不同之處在于:將預處理后的污泥和濃鹽酸按照質量:體積比為1:2的比例混合。
[0022]實施例6
本實施例利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，與前述各實施例的不同之處在于:將污泥和濃鹽酸的混合物置于密閉容器中于150 °C條件下改性反應2小時。
[0023]實施例7
本實施例利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，與前述各實施例的不同之處在于:將污泥和濃鹽酸的混合物置于密閉容器中于250 °C條件下改性反應3小時。
[0024]實施例8
本實施例利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，與前述各實施例的不同之處在于:將污泥和濃鹽酸的混合物置于密閉容器中于200 0C條件下改性反應I小時。
[0025]實施例9
本實施例為前述利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法所制得的絮凝劑用于去除水中藻類。
[0026]前述方法所制得的絮凝劑用于除藻時，首先根據水體中藻細胞數量通過實驗確定絮凝劑用量;然后將所述絮凝劑加入含藻水中，靜置6?8小時，使藻細胞充分絮凝沉降，從而去除水中藻類。
[0027]下面結合實驗室的研究結果對本發明進一步說明。
[0028]實驗I
取自以煤層水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，自然晾干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥與4mL的濃鹽酸混合后置于250毫升密閉的瓶子中，放在100°C的烘箱中處理2小時，取60毫升蒸餾水分3次添加至瓶子中與處理后的污泥與濃鹽酸混合物均勻混合后濾除污泥殘渣，收集濾液，再用蒸餾水將濾液定容至100毫升，制得絮凝劑成品。取絮凝劑
0.3mL加到60毫升藻濃度為4.99 X 16個/mL的水體中，靜置8h，部分藻細胞絮凝沉降到水底，絮凝體顏色發黃，熒光顯微鏡觀察藻細胞無紅色熒光，表明藻細胞破裂，有藻毒素釋放到水體中，檢測其除藻率為39.86%。
[0029]實驗2
取自以煤層水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，105°C烘干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥與4mL的濃鹽酸混合后置于250毫升密閉的瓶子中，放在200°C的烘箱中改性反應3小時，取60毫升蒸餾水分3次添加至瓶子中與改性污泥均勻混合后濾除污泥殘渣，收集濾液，再用蒸餾水將濾液定容至100毫升，制得絮凝劑成品。取絮凝劑0.5mL加到60毫升藻濃度為5.19 X 16個/mL的水體中，靜置8h，藻細胞絮凝沉降到水底，檢測其除藻率為92.22%o
[0030]實驗3
取自以地表水水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，105°C烘干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥與4mL的濃鹽酸混合后置于250毫升密閉的瓶子中，放在250°C的烘箱中改性反應3小時，加蒸餾水至瓶子中與改性污泥均勻混合后濾除污泥殘渣，再將濾液定容至IJlOO毫升，此即為最終的絮凝劑。取絮凝劑0.3mL加到60毫升藻濃度為4.90 X 16個/mL的水體中，靜置8h，藻細胞絮凝沉降到水底，檢測其除藻率為92.03%。
[0031 ]實驗 4
取自以煤層水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，105°C烘干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥與2mL的濃鹽酸混合后置于250毫升密閉的瓶子中，放在150°C的烘箱中改性反應I小時，取60毫升蒸餾水分3次添加至瓶子中與改性污泥均勻混合后濾除污泥殘渣，收集濾液，再用蒸餾水將濾液定容至100毫升，制得絮凝劑成品。取絮凝劑0.3mL加到60毫升藻濃度為5.49 X 16個/mL的水體中，靜置Sh，藻細胞絮凝沉降到水底，檢測其除藻率為68.65%o
[0032]實驗5
取自以煤層水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，105°C烘干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥與6mL的濃鹽酸混合后置于250毫升密閉的瓶子中，放在150°C的烘箱中改性反應3小時，取60毫升蒸餾水分3次添加至瓶子中與改性污泥均勻混合后濾除污泥殘渣，收集濾液，再用蒸餾水將濾液定容至100毫升，制得絮凝劑成品。取絮凝劑0.3mL加到60毫升藻濃度為5.49 X 16個/mL的水體中，靜置Sh，藻細胞絮凝沉降到水底，檢測其除藻率為80.33%ο
[0033]實驗6
取自以地表水水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，105°C烘干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥與4mL的濃鹽酸混合后置于250毫升密閉的瓶子中，放在150°C的烘箱中改性反應2小時，加煮沸冷卻的自來水至瓶子中與改性污泥均勻混合后濾除污泥殘渣，再將濾液定容到100毫升，此即為最終的絮凝劑。取絮凝劑0.3mL加到60毫升藻濃度為4.99X16個/mL的水體中，靜置8h，藻細胞絮凝沉降到水底，檢測其除藻率為78.33%。
[0034]實驗7
取自以煤層水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，105°C烘干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥置于250毫升密閉的瓶子中，放在200°C的烘箱中加熱3小時，取60毫升蒸餾水分3次添加至瓶子中與加熱后的污泥均勻混合后濾除污泥殘渣，收集濾液，再用蒸餾水將濾液定容至100毫升，此即為污泥濾液。取該濾液0.5mL加到60毫升藻濃度為4.95 X 16個/mL的水體中，靜置8h，檢測其除藻率為21.45%。
[0035]實驗8
取自以地表水水為水源的凈水廠沉淀池的污泥，自然晾干，粉碎至顆粒大小為<100目。將3g預處理的污泥置于250毫升密閉的瓶子中，放在200°C的烘箱中加熱3小時，加蒸餾水至瓶子中與加熱后的污泥均勻混合后濾除污泥殘渣，再將濾液定容到100毫升，此即為污泥濾液。取該濾液0.3mL加到60毫升藻濃度為4.95 X 16個/mL的水體中，靜置8h，檢測其除藻率為10.72%。
[0036]實驗9
4mL的濃鹽酸置于250毫升密閉的瓶子中，放在200°C的烘箱中加熱3小時，取60毫升蒸餾水分3次添加至瓶子中與加熱后濃鹽酸混合后過濾，收集濾液，再用蒸餾水將濾液定容至100毫升。取該溶液0.5mL加到60毫升藻濃度為4.95 X 16個/mL的水體中，靜置8h，檢測其除藻率為17.97%。
【主權項】
1.一種利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥為原料制備絮凝劑的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱取干燥、粉碎后的污泥3份，和濃鹽酸按照質量:體積比為I: 0.67?2的比例混合，置于密閉容器中于100?250 °C條件下改性反應I?3小時，獲得改性污泥;污泥重量份單位以千克計，濃鹽酸體積份單位以L計； (2)取60體積份超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水，分次添加至密閉容器中與改性污泥混合，然后濾除污泥殘渣，收集濾液備用;超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水體積份單位以L計； (3)將收集的濾液用超純水、蒸餾水或者煮沸冷卻的自來水定容至100體積份，即制得絮凝劑成品。2.根據權利要求1所述的利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法，其特征在于:步驟(I)中，獲得干燥污泥的過程如下:將取自沉淀池的污泥脫水后在自然條件下風干或105 °C條件下烘干處理，獲得干燥污泥塊，然后將干燥污泥塊粉碎至顆粒大小為<100目。3.前述利用以煤層水或者地表水為水源的凈水廠污泥制備絮凝劑的方法所制得的絮凝劑在去除水中藻類的應用。
【文檔編號】C02F1/52GK105906011SQ201610419399
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】王紅強, 吳世超, 方曉敏, 張安娜, 雷相樸, 田長勛, 陳松濤, 毛艷麗, 郭飛, 郭一飛
【申請人】河南城建學院