本發(fā)明屬于厭氧發(fā)酵沼液脫水領(lǐng)域，具體涉及一種茶多酚改性聚鐵絮凝劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、人民生活水平日益提高，全國餐廚垃圾產(chǎn)量逐年升高，其通常為固液共存的狀態(tài)，組分與各地飲食習(xí)慣相關(guān)性較大，但一般都具有含水率高的特點(diǎn)。餐廚垃圾因體量大、含水率高、易于腐爛等特征給生活垃圾處理管理和資源化帶來了巨大挑戰(zhàn)，因此一直以來都占據(jù)著生活垃圾處理的主要市場。

2、目前國內(nèi)外餐廚垃圾的處理方法主要有填埋、焚燒和資源化(好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、飼料化、昆蟲生物轉(zhuǎn)化)等處理技術(shù)。餐廚垃圾的填埋是將其與普通生活垃圾一起，在經(jīng)過分類、碎化和壓實(shí)處理后，共同填埋于垃圾填埋場，填埋方法不僅成本低廉，處理容量大，而且適用范圍廣泛，但填埋處理最顯著的問題就是會產(chǎn)生惡臭氣味，對周邊居民生活造成影響，而且被填埋的垃圾會在微生物和高壓的雙重作用下產(chǎn)生含有致癌物質(zhì)的垃圾滲濾液，這些滲濾液一旦發(fā)生滲漏，會對水體造成二次污染；焚燒是利用高溫(約850～1000℃)將垃圾內(nèi)的有機(jī)物氧化分解，以實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化，焚燒后的殘?jiān)鼉H剩20％左右，體積僅為原體積的10％左右，焚燒過程中釋放的熱量可用于發(fā)電、供暖等用途，然而該過程中會產(chǎn)生二噁英等有毒有害物質(zhì)，而且運(yùn)營維護(hù)成本高、能耗大，技術(shù)要求較高；好氧堆肥是通過好氧微生物的氧化分解和生物合成作用，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)；餐廚垃圾、糞便、農(nóng)作物秸稈等都可通過好氧堆肥進(jìn)行處理，獲得的肥料可改善土壤的理化性質(zhì)和微生物結(jié)構(gòu)，但堆肥處理無法充分回收餐廚垃圾中豐富的營養(yǎng)成分，存在品質(zhì)不佳和可能造成二次污染等問題，且由于餐廚垃圾含水率高、高油高鹽的特性會對微生物活性產(chǎn)生不利影響，從而影響堆肥產(chǎn)品在大規(guī)模土地上的應(yīng)用；飼料化處理可采用生物法和物理法兩種方式，生物法是利用微生物菌體對餐廚垃圾進(jìn)行處理，通過微生物的生長繁殖和新陳代謝過程，積累有用的菌體、酶和中間代謝產(chǎn)物，經(jīng)過烘干后可以制成蛋白飼料，物理法是指將餐廚垃圾進(jìn)行脫水處理后，利用高溫處理來殺滅病毒，隨后通過粉碎和加工制成飼料；盡管高溫處理能夠有效殺滅部分病毒，但并不能保證完全消滅所有病毒，如果使用這種飼料來喂養(yǎng)動物，可能存在傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)，因此在生物安全性的問題限制了餐廚垃圾飼料化應(yīng)用與發(fā)展；昆蟲生物轉(zhuǎn)化技術(shù)是在人工可控條件下，利用蠅蛆、黑水虻、黃粉蟲、蚯蚓等特定生物與環(huán)境微生物的協(xié)同代謝作用，最終產(chǎn)出蠅蛆或黑水虻等特定生物，這項(xiàng)技術(shù)操作簡便、能耗較低，降低了處理成本，還帶來了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會效益，但由于其生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度較低，環(huán)境控制成本高，存在產(chǎn)品銷路問題，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

3、餐廚垃圾中富含豐富的有機(jī)物，其產(chǎn)沼氣性能大約是畜禽糞便的15倍，極適宜作為厭氧發(fā)酵底物，餐廚垃圾經(jīng)過厭氧發(fā)酵處理可以減輕對環(huán)境的影響，并且能夠產(chǎn)生沼氣，沼氣是一種清潔的可再生能源，用于燃料及發(fā)電，產(chǎn)生的沼液及沼渣可作有機(jī)肥，餐廚垃圾在封閉的發(fā)酵罐內(nèi)，能夠防止產(chǎn)生的臭氣擴(kuò)散，因此厭氧發(fā)酵因其能源回收潛力大已經(jīng)成為主流的餐廚垃圾資源化處理技術(shù)，但是由于餐廚垃圾的含水率較高，導(dǎo)致厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生大量的沼渣沼液，實(shí)現(xiàn)沼液沼渣的低成本高效分離是一個重要環(huán)節(jié)。

4、餐廚垃圾產(chǎn)生的厭氧發(fā)酵液懸浮物比較高，懸浮物帶負(fù)電荷多，懸浮物非常穩(wěn)定，脫水效果一直不好。市面上主要的沼液脫水藥劑是pac，但是pac的添加容易導(dǎo)致管道結(jié)垢和堵塞，同時影響離心機(jī)的效能，嚴(yán)重的影響生產(chǎn)運(yùn)行；此外pac的投加是固態(tài)溶解，工作量大，產(chǎn)生的固廢也比較多，綜合成本過高；同時沼渣沼液分離后產(chǎn)生的清液中還含有較高的cod與氨氮濃度，尚達(dá)不到排放要求，因此，需要進(jìn)一步處理才能達(dá)到排放指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種茶多酚改性聚鐵絮凝劑及其制備方法和應(yīng)用，能夠強(qiáng)化絮凝劑的電性中和能力，制備得到的絮凝劑具有較大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使得其網(wǎng)捕能力增強(qiáng)，并且形成的絮體強(qiáng)度較大，不易被水流壓縮破壞，實(shí)現(xiàn)了采用較少的絮凝劑投加量得到較好的絮凝性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)以上的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：

4、將聚環(huán)氧乙烷溶于去離子水中，待液體變清澈后再攪拌30～60min得到溶液a；

5、將茶多酚加入溶液a中，在一定的溫度下攪拌20～30min，進(jìn)行氫鍵的生成反應(yīng)；

6、將聚合硫酸鐵溶于水得到溶液b，將溶液b加入反應(yīng)后的溶液a中，用naoh溶液調(diào)節(jié)混合液ph，并在特定的溫度下進(jìn)行攪拌，再靜置熟化得到新型復(fù)合聚鐵絮凝劑。

7、以上所述步驟中，所述聚環(huán)氧乙烷溶于水后攪拌時間為30～60min，優(yōu)選60min；

8、所述茶多酚與聚環(huán)氧乙烷的摩爾比為(20～30):(30～40)，優(yōu)選25：30；茶多酚加入溶液a后攪拌溫度為20～30℃，優(yōu)選25℃；

9、所述聚合硫酸鐵與茶多酚的摩爾比為(5～15)：(20～40)，優(yōu)選8：25；用naoh溶液調(diào)節(jié)ph至7～10；調(diào)節(jié)ph后的攪拌溫度為20～30℃，優(yōu)選25℃。

10、上述制備得到的茶多酚改性聚鐵絮凝劑，具有較大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并具有大量氫鍵和配位鍵；具體結(jié)構(gòu)如下：

11、

12、有益效果：本發(fā)明提供了一種茶多酚改性聚鐵絮凝劑及其制備方法和應(yīng)用，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢：

13、(1)茶多酚具有較多的酚羥基，在堿性條件下與聚合硫酸鐵中的鐵離子形成螯合配位鍵，同時聚環(huán)氧乙烷中主要官能團(tuán)為親水性醚氧鍵，較易與酚羥基結(jié)合形成氫鍵，所以茶多酚在聚環(huán)氧乙烷和聚合硫酸鐵混凝過程中可充當(dāng)交聯(lián)劑，將他們組合起來形成一個三組分聚合物網(wǎng)絡(luò)，其中具有大量的氫鍵和配位鍵，這使絮凝體具有足夠的交聯(lián)度和絮凝強(qiáng)度；

14、(2)本發(fā)明制得的改性聚鐵絮凝劑較常規(guī)的絮凝劑在具備電性中和能力的同時，其吸附架橋及網(wǎng)補(bǔ)卷掃能力大大提升，形成絮體速率更快，且絮體更大、強(qiáng)度更高，沉降速率更快，濁度及有機(jī)物去除率高，混凝性能優(yōu)于市面常規(guī)絮凝劑；

15、(3)本發(fā)明制備過程操作簡單，所需的原料種類較少且價格低廉，混凝過程中無需添加助凝劑，經(jīng)處理后的水中無單體的鐵、茶多酚和聚環(huán)氧乙烷殘留，可以在保證出水水質(zhì)安全、無二次污染的基礎(chǔ)上降低制備成本；

16、(4)本發(fā)明由于茶多酚和聚環(huán)氧乙烷引入，增大了聚鐵分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大提升了絮凝劑的絮凝能力，且絮凝劑用量更少，處理成本更低。

技術(shù)特征：

1.一種茶多酚改性聚鐵絮凝劑，其特征在于，所述絮凝劑為通過氫鍵和配位鍵結(jié)合的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的茶多酚改性聚鐵絮凝劑，其特征在于，所述絮凝劑的結(jié)構(gòu)為：

3.一種茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，所述聚環(huán)氧乙烷溶于水后攪拌時間為30～60min。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，所述茶多酚與聚環(huán)氧乙烷的摩爾比為(20～30):(30～40)。

6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，所述茶多酚加入溶液a后攪拌溫度為20～30℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，所述聚合硫酸鐵與茶多酚的摩爾比為(5～15)：(20～40)。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，調(diào)節(jié)ph至7～10。

9.根據(jù)權(quán)利要求3或8所述的茶多酚改性聚鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，調(diào)節(jié)ph后的攪拌溫度為20～30℃。

10.權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述茶多酚改性聚鐵絮凝劑的應(yīng)用，其特征在于，所述絮凝劑用于餐廚垃圾厭氧發(fā)酵沼液脫水。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種茶多酚改性聚鐵絮凝劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于厭氧發(fā)酵沼液脫水領(lǐng)域，本發(fā)明以聚合硫酸鐵為鏈狀主體，茶多酚為交聯(lián)劑，茶多酚在堿性條件下與聚合硫酸鐵中的鐵離子形成螯合配位鍵，同時聚環(huán)氧乙烷中的親水性醚氧鍵與酚羥基結(jié)合形成氫鍵，形成三組分聚合物網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明制得的改性聚鐵絮凝劑較常規(guī)的絮凝劑強(qiáng)化了電性中和能力，通過配位鍵和氫鍵，提高了絮凝劑的吸附架橋及網(wǎng)補(bǔ)卷掃能力，形成絮體速率更快，且絮體更大強(qiáng)度更高，沉降速率更快，濁度及有機(jī)物去除率高。

技術(shù)研發(fā)人員：劉波,許松林,劉赟,王啟明,彭震,劉其松,葉旭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10