超聲波聯(lián)合改性蛋殼破解剩余污泥的方法
【專利說明】超聲波聯(lián)合改性蛋殼破解剩余污泥的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污泥處理領(lǐng)域，涉及一種超聲波聯(lián)合改性蛋殼破解剩余污泥的方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 剩余污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的一種含水率很高（多97% )的絮狀泥粒，它實(shí) 際上是由污水中的懸浮物、微生物及所吸附的有機(jī)物和微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)物所形成的聚集 體，其處理一直是一個(gè)世界性的難題，處置不當(dāng)極易造成環(huán)境二次污染。該聚集體顆粒細(xì) 小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比表面積大，含有大量的EPS (胞外聚合物），而EPS主要由蛋白質(zhì)、多糖、少量 DNA等組成，均為高親水物質(zhì)，復(fù)雜的絮體結(jié)構(gòu)間又存在著大量毛細(xì)管、細(xì)小間隙，可包裹大 量水分，因此剩余污泥脫水十分困難，為制約其處理與處置的瓶頸問題。
[0003] 打碎污泥聚集體、破壞EPS，釋放其中包覆的大量水分，是目前改變污泥脫水性能 的主要途徑。在日本、美國(guó)等國(guó)家，污泥處理早、研究深入，有眾多學(xué)者就剩余污泥破解改 善其脫水性能問題進(jìn)行了針對(duì)性的研究。在我國(guó)，剩余污泥的破解研究取得了顯著地成 效。如天津大學(xué)的王芬（2006)探討了利用超聲波破解剩余污泥的工藝與方法，超聲破解后 的剩余污泥脫水性能得到了明顯改善，王芬，天津大學(xué)博士論文，2006 ;東華大學(xué)的鄭憶楓 (2011)和南華大學(xué)的吳宇琦（2013)利用電子束輻照剩余污泥，發(fā)現(xiàn)采用Y-射線輻照剩余 污泥可以強(qiáng)化其破解，有利于污泥的穩(wěn)定、減量及后續(xù)處理處置，鄭憶楓，東華大學(xué)碩士論 文，2011，吳宇琦，南華大學(xué)碩士論文，2013。上述有關(guān)剩余污泥的破解技術(shù)均具有較好的效 果，破解后的剩余污泥脫水性能明顯改善，但是這些技術(shù)的運(yùn)行成本普遍較高，破解時(shí)間較 長(zhǎng)，破解后的污泥仍會(huì)或多或少的含有一定的臭味，且含水率始終在60%以上。
[0004] 超聲波技術(shù)，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域，在清洗、提取、檢測(cè)、治療等 方面具有顯著效果。尤其是細(xì)胞破壁提取內(nèi)容物方面的應(yīng)用，該技術(shù)不僅安全可靠，成本 低，效果好，而且對(duì)細(xì)胞內(nèi)有益成分的破壞最小。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種超聲波聯(lián)合改性蛋殼破解剩余污 泥的方法。本發(fā)明提供的超聲波聯(lián)合改性蛋殼破解剩余污泥的方法具有操作方便、能耗低、 效率高、成本低、破解后污泥脫水效果好及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 包括以下步驟：
[0008] (1)按每毫升剩余污泥中加入0. 05~0. 4g改性蛋殼計(jì)，向剩余污泥中加入改性蛋 殼，混合均勻制得污泥漿；
[0009] (2)用超聲波對(duì)污泥漿進(jìn)行超聲處理，破解剩余污泥。
[0010] 進(jìn)一步地，所述的改性蛋殼為粉末狀，且粒徑在2mm以下。
[0011] 進(jìn)一步地，所述的改性蛋殼是通過以下步驟制備得來的：首先取清洗過的蛋殼烘 干并粉碎過篩，得到蛋殼粉末；將蛋殼粉末浸泡于氫氧化鉀溶液中0. 5~3h后分離得到固 體X，將固體X于700~900°C焙燒1~4小時(shí)后經(jīng)粉碎處理，得到粉末A，將粉末A浸泡于 硫酸溶液中〇. 5~2h后分離得到固體Y，將固體Y進(jìn)行水洗，然后在700~900°C煅燒1~ 4小時(shí)，冷卻后研磨成粉末，得到改性蛋殼。
[0012] 進(jìn)一步地，所述的清洗過的蛋殼在100°C烘干，并粉碎過1~2mm篩。
[0013] 進(jìn)一步地，所述的氫氧化鉀溶液的濃度為4mol/L，硫酸溶液的濃度為2. 5mol/L。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的超聲處理中采用200~480W的超聲波發(fā)生裝置。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的超聲處理的時(shí)間為10~60分鐘。
[0016] 本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來說，具有以下有益的技術(shù)效果：
[0017] 本發(fā)明提供了一種超聲波聯(lián)合改性蛋殼破解剩余污泥的方法，通過對(duì)蛋殼的處 理，實(shí)現(xiàn)了其變廢為寶，減少了環(huán)境污染，有效的解決了其處理處置問題；通過對(duì)廢棄蛋 殼進(jìn)行改性處理獲得了破解剩余污泥的有效藥劑，節(jié)省了污泥處理中藥劑的費(fèi)用，降低了 剩余污泥處理成本，相比現(xiàn)有普遍應(yīng)用的污泥機(jī)械脫水在同等處理規(guī)模下能耗降低將近 30% ;在破解實(shí)驗(yàn)中，超聲波的引入，大大的提高了污泥細(xì)胞破解速率，有效地降低了剩余 污泥的破解時(shí)間，提高了處理效率，且剩余污泥的破解效果顯著，破解率達(dá)到23. 68%，含水 率僅54. 7%，突破了現(xiàn)有污泥破解后含水率難以降至60%以下的瓶頸，25min內(nèi)就發(fā)生沉 降，沉降性能得到了極好地改善；破解后的污泥無臭味；同時(shí)，該工藝不需要外加熱能、操 作方便、安全可靠、綠色環(huán)保。本發(fā)明方法的效果明顯，可實(shí)現(xiàn)蛋殼、剩余污泥的無害化資源 化利用，獲得的剩余污泥上清液含有大量的蛋白質(zhì)，可濃縮后開發(fā)蛋白泡沫劑，污泥殘?jiān)?做建材利用。 【【具體實(shí)施方式】】
[0018] 本發(fā)明制備方法通過如下步驟進(jìn)行的：
[0019] 1)用去離子水對(duì)蛋殼進(jìn)行清洗，除去表面的贓物，100°C烘干，然后用粉碎機(jī)對(duì)烘 干的蛋殼進(jìn)行粉碎處理并過1~2_篩，過篩后攔截下的大顆粒蛋殼可回向粉碎機(jī)繼續(xù)粉 碎直至能夠過1~2_篩；將蛋殼粉末浸泡于4mol/L氫氧化鉀溶液中0. 5~3h，過濾除去 水分后得到固體X，將固體X于700~900°C焙燒1~4小時(shí)后經(jīng)粉碎處理，得到粉末A，將 粉末A浸泡于2. 5mol/L硫酸溶液中0. 5~2h ;離心分離除去上層液，收集下層固體Y進(jìn)行 水洗，然后將水洗后的固體Y在700~900°C煅燒1~4小時(shí)，冷卻，研磨成粒徑在2mm以下 的粉末，得到改性蛋殼；
[0020] 2)按每毫升剩余污泥中加入0. 05~0. 4g改性蛋殼計(jì)，取20mL剩余污泥，向其中 添加改性蛋殼，置入50mL反應(yīng)器中，攪拌，制得污泥漿；
[0021] 3)向裝有污泥漿的反應(yīng)器中引入超聲波發(fā)生裝置，功率設(shè)置為200~480W，反應(yīng) 10~60分鐘，反應(yīng)完成后取出超聲波發(fā)生裝置，樣品冷卻至室溫，2500r/min離心20min，對(duì) 固液相進(jìn)行檢測(cè)分析。
[0022] 以上步驟2)中關(guān)于剩余污泥方面的所有實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行；步驟3)當(dāng)天未能 分析的試樣須置于4°C恒溫保存，冷藏試樣所有待分析項(xiàng)目不得拖延超過2天進(jìn)行。
[0023] 本發(fā)明制作方法中首先將蛋殼清洗、粉碎、過篩，然后高溫煅燒致其分解；然后與 剩余污泥混合，在超聲波作用下，對(duì)剩余污泥進(jìn)行破解。本發(fā)明具有新穎、獨(dú)特、成本低、效 率高等特點(diǎn)。
[0024] 下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] (1)蛋殼、剩余污泥的取樣：
[0027] 蛋殼取自學(xué)生食堂的餐飲垃圾，剩余污泥取自污水處理廠二沉池污泥，其中蛋殼 進(jìn)行去離子水清洗表面臟污，剩余污泥含水率約98% -99%，置于4°C恒溫保存，待用。
[0028] (2)改性蛋殼破解劑的制備：
[0029] 用去離子水對(duì)蛋殼進(jìn)行清洗，除去表面的贓物，100°C烘干，然后用粉碎機(jī)對(duì)烘干 的蛋殼進(jìn)行粉碎處理并過Imm篩；將蛋殼粉末浸泡于4mol/L氫氧化鉀溶液中0. 5h，過濾除 去水分后于700°C焙燒1小時(shí)后經(jīng)粉碎處理，得到粉末A，將粉末A浸泡于2. 5mol/L硫酸溶 液中0. 5h ;離心分離除去上層液，收集下層固體進(jìn)行水洗，然后將水洗后的固體在700°C煅 燒1小時(shí)，冷卻，研磨成粒徑在2mm以下的粉末，備用；
[0030] (3)破解反應(yīng)：
[0031] 按每毫升剩余污泥中加入0. 05g改性蛋殼計(jì)，取20mL剩余污泥，向其中添加改性 蛋殼，置入50mL反應(yīng)器中，攪拌，制得污泥漿；向裝有污泥漿的反應(yīng)器中引入超聲波發(fā)生裝 置，功率設(shè)置為200W，反應(yīng)10分鐘，反應(yīng)完成后取出超聲波發(fā)生裝置，樣品冷卻至室溫， 2500r/min離心20min，對(duì)固液相進(jìn)行檢測(cè)分析。
[0032] (4)破解效果檢測(cè)分析：
[0033] SCOD采用重鉻酸鉀回流冷卻法測(cè)定，剩余污泥的破解率根據(jù)下式計(jì)算：
[0034]
[0035] 式中：SC0DaftCT表示處理后剩余污泥中的溶解性COD量；TCOD。表示剩余污泥中總 COD的量；SC0D。表示處理前剩余污泥中溶解性COD的量。
[0036] 沉降時(shí)間的測(cè)定：用量筒量取50mL待測(cè)污泥樣品于150mL的燒杯中，快速攪拌5 分鐘，靜置，記錄沉降時(shí)間。
[0037] 含水率的測(cè)定：準(zhǔn)確稱取適量的污泥樣品于燒杯中，在105(±2)°C的烘箱中，干 燥3h，取出并放入干燥器中冷卻，半小時(shí)后稱重。重復(fù)以上操作，直到前后兩次質(zhì)量差不超 過0. 002g，即為恒重。按下式計(jì)算：
[0038]
[0039] 式中：W-燒杯質(zhì)量，g ;
[0040] W1-烘干前污泥樣品加燒杯質(zhì)量，g;
[0041] W2-烘干后污泥樣品加燒杯質(zhì)量，g。
[0042] 剩余污泥的破解效果見表1。
[0043] 表1剩余污泥破解效果