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)化進程的加快，城鎮(zhèn)污水也逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理廠的大量興建隨之帶來大量污泥的集聚與排除，因此污泥處理問題十分突出。含水量高的污泥首先需要添加污泥脫水藥劑和配合機械脫水來加速脫出污泥間隙水。目前普遍使用的聚陽離子丙烯酰胺類污泥脫水藥劑不僅價格昂貴，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、運轉(zhuǎn)經(jīng)濟成本大，只好使用

2、污泥掩埋處理方式，不僅占用土地，而且對環(huán)境不友好，本論文針對以上問題研制了新型的污泥脫水劑。
　　通過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修飾物為新的無機活性物種，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僅靠較小的氫鍵締合力形成“滑石”，容易剝離的特點，經(jīng)過去碳酸化反應及膜透析化學修飾，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板塊與所帶的高密度正電荷。通過分子設計，利用Mg3Al-Cl-LDH的規(guī)整晶體結構與高分散性能做無機接枝骨架，與丙烯酰胺類單體進行接枝聚合；借助Mg3Al-LDHEPCL疊層片間羥基的堿性與丙烯酸/丙烯酸鈉反應，控制丙烯酸的比例，用酯鍵形成時高能量實施剝離插層，將疊層片剝離成7~9層晶片簇的同時，生成剝離插層前驅(qū)體單體，再與丙烯酰胺

4、類單體進行插層共聚。由此用接枝聚合與插層聚合兩種手段，將結構規(guī)整、晶形優(yōu)異的水滑石基礎板塊與丙烯酰胺類高效功能基團聚合在一起，首次應用水滑石于聚合領域中，開創(chuàng)了丙烯酰胺類單體分子與無機晶體板塊團簇融合的兩種新技術。
　　為實施接枝聚合與插層聚合兩種分子融合新技術，研究了已有的聚合實施方法，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“在高百分數(shù)比的多面液胞中進行超濃乳液聚合”的創(chuàng)新實施方法，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)常析出油相的弊病；另一方面，利用水滑石及其化學修飾物分散性好極易分散成納米級晶體層片簇，可形成細小凝膠滴或淤漿滴的特點，創(chuàng)建了“在泡沫分散體系中聚合”的創(chuàng)新實施方法。
　　對新的水滑石雜化型污泥脫水劑脫水效率的實驗研究中，發(fā)現(xiàn)借助水滑石及其化學修飾物主體板塊疊層晶片簇的集聚與崩解作用，能加強丙烯酰胺類有機高效功能基團對污泥脫水附加的功能。依據(jù)對污泥脫水的超效能實驗結果，提出了理論假設：

6、“在使用過程中，由于兩性分子中的有機組分-CONH2等功能團對污泥團的吸附使無機板塊層間間隙被拉大，更因為與污泥團負離子的電荷中和與屏蔽作用，二者復合致使無機板塊疊層片間結合力被顯著削弱，污泥脫水劑分子中的Mg3Al-Cl-LDH或Mg3Al-LDHEPCL疊層片團簇將自動崩解，生成多個次級疊層片簇為載體的次級污泥脫水劑分子，同時生成 Mg(OH)2和Al(OH)3，次級污泥脫水劑分子的生成無疑增加了單位體積中污泥脫水劑的分數(shù)，而Mg(

7、OH)2和Al(OH)3生成后的沉淀過程起到了無機小分子混凝劑作用。單位體積中污泥脫水劑分數(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，本研究用Mg3Al-Cl-LDH或Mg3Al-LDHEPCL疊層片團簇模擬分解法進行了初步證實。
　　本論文應用分子設計與創(chuàng)新合成方法實現(xiàn)了水滑石雜化型陽離子化聚丙烯酰胺類乳劑與固體粉劑兩類試樣的合成。通過實驗室的評估與測定，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。通過機械脫水后污泥含水率可達到75%以下，解決了污泥后續(xù)處理過程中造成巨大的經(jīng)濟負擔和技術難題。而且價格相對低廉，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，粉劑型加水不結團，配制過程可控性好，耗能較小，不會像CPAM因需長時間機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構板塊的引入，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