水滑石型污泥脫水劑的制備及污泥脫水性能.pdf

1、隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)污水也逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)的大量興建隨之帶來(lái)大量污泥的集聚與排除，因此污泥處理問(wèn)題十分突出。含水量高的污泥首先需要添加污泥脫水藥劑和配合機(jī)械脫水來(lái)加速脫出污泥間隙水。目前普遍使用的聚陽(yáng)離子丙烯酰胺類(lèi)污泥脫水藥劑不僅價(jià)格昂貴，而且配制困難、容易粘污器壁、殘留藥劑難以降解，造成了二次污染，且脫水效率有限（經(jīng)過(guò)脫水后的污泥含水率仍在80～85％），這樣致使處理后的污泥量大，二次處理能耗高、運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)成本大，只好使用

2、污泥掩埋處理方式，不僅占用土地，而且對(duì)環(huán)境不友好，本論文針對(duì)以上問(wèn)題研制了新型的污泥脫水劑。
　　通過(guò)比較了已被使用的蒙脫石、累托石之后，提出了使用已能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的鎂鋁水滑石及其化學(xué)修飾物為新的無(wú)機(jī)活性物種，利用其二維納米尺寸的主體層板帶正電荷的特征，及二維納米尺寸的主體層板沿著第三維方向有序排列時(shí)僅靠較小的氫鍵締合力形成“滑石”，容易剝離的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)去碳酸化反應(yīng)及膜透析化學(xué)修飾，得到氯化鎂鋁雙核氫氧化物疊層片簇（Mg3Al

3、-Cl-LDH）和氫氧化鎂鋁雙核正電溶膠疊層片簇（Mg3Al-LDHEPCL），二者皆保留了水滑石主體基礎(chǔ)板塊與所帶的高密度正電荷。通過(guò)分子設(shè)計(jì)，利用Mg3Al-Cl-LDH的規(guī)整晶體結(jié)構(gòu)與高分散性能做無(wú)機(jī)接枝骨架，與丙烯酰胺類(lèi)單體進(jìn)行接枝聚合；借助Mg3Al-LDHEPCL疊層片間羥基的堿性與丙烯酸/丙烯酸鈉反應(yīng)，控制丙烯酸的比例，用酯鍵形成時(shí)高能量實(shí)施剝離插層，將疊層片剝離成7~9層晶片簇的同時(shí)，生成剝離插層前驅(qū)體單體，再與丙烯酰胺

4、類(lèi)單體進(jìn)行插層共聚。由此用接枝聚合與插層聚合兩種手段，將結(jié)構(gòu)規(guī)整、晶形優(yōu)異的水滑石基礎(chǔ)板塊與丙烯酰胺類(lèi)高效功能基團(tuán)聚合在一起，首次應(yīng)用水滑石于聚合領(lǐng)域中，開(kāi)創(chuàng)了丙烯酰胺類(lèi)單體分子與無(wú)機(jī)晶體板塊團(tuán)簇融合的兩種新技術(shù)。
　　為實(shí)施接枝聚合與插層聚合兩種分子融合新技術(shù)，研究了已有的聚合實(shí)施方法，借助水滑石正電膠疊層片簇帶正電荷能穩(wěn)定超濃乳液體系獲得更高 Fd值的特征，創(chuàng)建了“在高百分?jǐn)?shù)比的多面液胞中進(jìn)行超濃乳液聚合”的創(chuàng)新實(shí)施方法，不僅

5、提高了乳液產(chǎn)物的有效分含量，還克服了乳液產(chǎn)物經(jīng)常析出油相的弊??；另一方面，利用水滑石及其化學(xué)修飾物分散性好極易分散成納米級(jí)晶體層片簇，可形成細(xì)小凝膠滴或淤漿滴的特點(diǎn)，創(chuàng)建了“在泡沫分散體系中聚合”的創(chuàng)新實(shí)施方法。
　　對(duì)新的水滑石雜化型污泥脫水劑脫水效率的實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)借助水滑石及其化學(xué)修飾物主體板塊疊層晶片簇的集聚與崩解作用，能加強(qiáng)丙烯酰胺類(lèi)有機(jī)高效功能基團(tuán)對(duì)污泥脫水附加的功能。依據(jù)對(duì)污泥脫水的超效能實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了理論假設(shè)：

6、“在使用過(guò)程中，由于兩性分子中的有機(jī)組分-CONH2等功能團(tuán)對(duì)污泥團(tuán)的吸附使無(wú)機(jī)板塊層間間隙被拉大，更因?yàn)榕c污泥團(tuán)負(fù)離子的電荷中和與屏蔽作用，二者復(fù)合致使無(wú)機(jī)板塊疊層片間結(jié)合力被顯著削弱，污泥脫水劑分子中的Mg3Al-Cl-LDH或Mg3Al-LDHEPCL疊層片團(tuán)簇將自動(dòng)崩解，生成多個(gè)次級(jí)疊層片簇為載體的次級(jí)污泥脫水劑分子，同時(shí)生成 Mg(OH)2和Al(OH)3，次級(jí)污泥脫水劑分子的生成無(wú)疑增加了單位體積中污泥脫水劑的分?jǐn)?shù)，而Mg(

7、OH)2和Al(OH)3生成后的沉淀過(guò)程起到了無(wú)機(jī)小分子混凝劑作用。單位體積中污泥脫水劑分?jǐn)?shù)的增加及 Mg(OH)2、Al(OH)3分子的混凝作用產(chǎn)生了附加污泥脫水效果”。這一理論假設(shè)，本研究用Mg3Al-Cl-LDH或Mg3Al-LDHEPCL疊層片團(tuán)簇模擬分解法進(jìn)行了初步證實(shí)。
　　本論文應(yīng)用分子設(shè)計(jì)與創(chuàng)新合成方法實(shí)現(xiàn)了水滑石雜化型陽(yáng)離子化聚丙烯酰胺類(lèi)乳劑與固體粉劑兩類(lèi)試樣的合成。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的評(píng)估與測(cè)定，合成試樣比現(xiàn)行的污泥脫

8、水劑CPAM的脫水率提高2~3%，使污泥的體積減少20%左右。通過(guò)機(jī)械脫水后污泥含水率可達(dá)到75%以下，解決了污泥后續(xù)處理過(guò)程中造成巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和技術(shù)難題。而且價(jià)格相對(duì)低廉，使用配制容易，乳劑型只要注入水就可直接轉(zhuǎn)化為水溶液，粉劑型加水不結(jié)團(tuán)，配制過(guò)程可控性好，耗能較小，不會(huì)像CPAM因需長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械攪拌而引起分子鏈的降解。尤為突出的是由于水滑石主體結(jié)構(gòu)板塊的引入，不僅在使用中因其自行崩解，減少藥劑的投放用量，而且殘余藥劑因崩解而自行消