一种利用净水厂污泥制备絮凝剂的方法及其除藻应用

摘要

本发明涉及一种利用净水厂污泥制备絮凝剂的方法，以及制得絮凝剂在去除水中藻类的应用。一种利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥为原料制备絮凝剂的方法，称取干燥、粉碎后的污泥3份，和浓盐酸按照质量：体积比为1:0.67～2的比例混合，置于密闭容器中改性反应，获得改性污泥；取60体积份超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水分次添加至密闭容器中与改性污泥均匀混合，然后滤除污泥残渣，收集滤液备用；将收集的滤液用超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水定容至100体积份，制得絮凝剂成品。本发明方法获取的絮凝剂用于去除水中藻类，用量小、速度快，除藻彻底，操作方便，为净水厂污泥的资源化利用提供了新途径。

权利要求

1.一种利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥为原料制备絮凝剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）称取干燥、粉碎后的污泥3份，和浓盐酸按照质量：体积比为1: 0.67～2的比例混合，置于密闭容器中于150～250℃条件下改性反应1～3小时，获得改性污泥；污泥重量份单位以千克计，浓盐酸体积份单位以L计；

（2）取60体积份超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水，分次添加至密闭容器中与改性污泥混合，然后滤除污泥残渣，收集滤液备用；超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水体积份单位以L计；

（3）将收集的滤液用超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水定容至100体积份，即制得絮凝剂成品。

2.根据权利要求1所述的利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥为原料制备絮凝剂的方法，其特征在于：步骤（1）中，获得干燥污泥的过程如下：将取自沉淀池的污泥脱水后在自然条件下风干或105℃条件下烘干处理，获得干燥污泥块，然后将干燥污泥块粉碎至颗粒大小为≤100目。

3.根据权利要求1或2所述的利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥为原料制备絮凝剂的方法所制得的絮凝剂在去除水中藻类的应用。

说明书

一种利用净水厂污泥制备絮凝剂的方法及其除藻应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种絮凝剂制备方法，尤其是涉及一种利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，以及制得絮凝剂在除藻方面的应用。

背景技术

[0002] 蓝藻水华已成为严重影响水环境质量的全球性问题，微囊藻是一个重要优势类群，在自然水体中，微囊藻水华暴发时，大量微囊藻以群体状态漂浮在水体表层，导致水体饮用价值、景观价值、生态服务功能的下降。有研究表明暴发的蓝藻水华中有80%是产生毒素的, 而这些毒素既可以直接进入饮水源危害人类健康, 也可以通过食物链在水生动物如水产品中富集, 从而间接的威胁到人类的健康。因此，选择一种适宜的治理蓝藻水华的方法是当下亟需解决的课题。

[0003] 自来水厂污泥源于絮凝反应阶段，其主要成分是混凝剂水解的渣、原水中携带泥沙等。对于处理规模为15×104 m3 /d 的自来水厂，脱水污泥的排放量约10 t /d，目前, 我国对化学污泥的主要处置方式是通过管道系统将排泥水直接排放，或者将脱水污泥填埋, 这两种处置方式都可能引起环境问题。因此，污泥处理与处置已成为当今环境发展过程中亟需解决的问题，而自来水厂污泥由于其自身的特有性质，使其具有独到的利用价值，已成为当前污泥问题的研究热点之一。

[0004] 目前已有关于将自来水厂污泥处理处置后用于沙化土壤的改良《一种对自来水厂产生的污泥综合处理利用的方法》（200710306802.5）和用作人工潜流湿地表层填料《一种村镇生活污水的处理方法及其设备》（201110097991.6）等方面的专利，而尚未发现关于利用自来水厂污泥制备絮凝剂的专利和文献报道。

[0005] 但是有关于利用城镇污水处理厂含藻污泥制备絮凝剂《用含藻污泥制备絮凝剂、复合肥和甲烷的方法》（201010157444.8）的专利文献，该专利制备絮凝剂的方案包括：污泥水热氧化(先将污水处理厂含水率为96％～99％的含藻污泥，加入到水热反应器中，再加入市售的浓度为30％质量百分比的过氧化氢，过氧化氢的加入量为50mg/L，在0.8～1MPa 和150～180℃下，反应1.5～2.5h，静置30min，得到黄褐色的COD 浓度为10000mg/L～
20000mg/L的有机残留废液和含铝铁无机物的固体污泥)和絮凝剂的制备（先将固体污泥在
120℃下烘干，研磨，过100 目筛，筛下物为粒径小于100 目的污泥粉末；然后量取污泥粉末∶盐酸＝1∶3～5 份质量比，将盐酸加入筛下物中，于90～100℃下反应1～2h，然后静置
30min 后取上清液；用碱将上清液的pH 调至2.5～4，在50～60℃下熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，将液体产品在90～100℃下干燥，即得聚合氯化铝铁固体产品）。含藻污水处理过程中投加大量的铝系和铁系絮凝剂，这些絮凝剂沉淀在含藻污泥中，可以作为聚合氯化铝铁的原料。由此，从城镇污水处理厂含藻污泥中制备得到聚合氯化铝铁固体絮凝剂。该专利涉及到污泥水热氧化、固液分离、干燥、粉碎、活化、静置、调pH和熟化等步骤，制备过程繁琐、耗时长；而且，制备过程中加入了过氧化氢、盐酸、碱等药品，提高了处理成本。

发明内容

[0006] 本发明针对现有技术不足，提出了一种利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法及其在去除水中藻类方面的应用，用于以微囊藻为优势种的小型景观水体除藻，除藻彻底、速度快，能够安全有效地控制微囊藻水华。

[0007] 发明采用的技术方案：

[0008] 一种利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥为原料制备絮凝剂的方法，包括以下步骤：

[0009] （1）称取干燥、粉碎后的污泥3份，将其和浓盐酸按照质量：体积比为1: 0.67～2的比例混合，置于密闭容器中于100～250℃条件下改性反应1～3小时，获得改性污泥；污泥重量份单位以千克计，浓盐酸体积份单位以L计；

[0010] （2）取60体积份超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水分1～3次添加至密闭容器中与改性污泥均匀混合，然后通过过滤滤除污泥残渣，收集滤液备用；超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水体积份单位以L计；

[0011] （3）将收集的滤液用超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水定容至100体积份，制得絮凝剂成品。

[0012] 所述的利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，步骤（1）中，获得干燥污泥的过程如下：将取自沉淀池的污泥脱水后在自然条件下风干或105℃条件下烘干处理，获得干燥污泥块，然后将干燥污泥快粉碎至颗粒大小为≤100目。

[0013] 前述利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法所制得的絮凝剂用于去除水中藻类。

[0014] 本发明的有益效果：

[0015] 1、本发明利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂并用于去除水中藻类的方法，获取的絮凝剂，用量小、除藻彻底、速度快，操作方便。为净水厂污泥的资源化利用提供了新途径。

[0016] 2、本发明利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备的絮凝剂，可以有效除藻，藻细胞絮凝成团沉入水底，对环境的影响小，水体清澈，不影响水体美观，适用于以微囊藻为优势种的小型景观水体除藻。

[0017] 3、本发明利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备的絮凝剂，实用性强，投加后无需搅拌，具有高效、节能等优点，且能使藻体沉降至水底，是一种较理想的使藻类沉降的除藻剂。

[0018] 4、本发明利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，具有絮凝剂制备工艺简单，操作简便，无需大型仪器设备等诸多优点，制备的絮凝剂具有良好的絮凝效果，能有效去除水中藻类，为藻类的去除提供了新的方法。

[0019] 5、本发明利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，具有制备过程简单、药剂用量少等优点，除藻成本低，易于推广应用。重要的是，我们在研究过程中发现，100℃条件下制备的絮凝剂在用于除藻时，除藻效果差，还会造成絮凝体变黄，藻细胞完整性被破坏，造成藻毒素释放；而高于100℃以上温度制备的絮凝剂用于除藻时，除藻效果好，絮凝体不变色，通过荧光显微镜观察，藻细胞有红色荧光，藻细胞完整性未被破坏，不会造成藻毒素释放，更安全。这可能与不同温度条件下制备的絮凝剂成分有差别有关。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0021] 以下各实施例提及的质量：体积比，质量单位以克或千克计量，体积单位对应以毫升或升计量。

[0022] 实施例1

[0023] 一种利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥为原料制备絮凝剂的方法，包括以下步骤：

[0024] （1）称取干燥、粉碎后的污泥3份，将其和浓盐酸按照质量：体积比为1: 0.67～2的比例混合，置于密闭容器中于100～250℃条件下改性反应1～3小时，获得改性污泥；

[0025] （2）取60体积份超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水分1～3次添加至密闭容器中与改性污泥均匀混合，然后通过过滤滤除污泥残渣，收集滤液备用；

[0026] （3）将收集的滤液用超纯水、蒸馏水或者煮沸冷却的自来水定容至100体积份，制得絮凝剂成品。

[0027] 实施例2

[0028] 本实施例利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，与实施例1不同的是：步骤（1）中，获得干燥污泥的过程如下：将取自沉淀池的污泥脱水后在自然条件下风干或105℃条件下烘干处理，获得干燥污泥块，然后将干燥污泥块粉碎至颗粒大小为≤100目。

[0029] 实施例3

[0030] 本实施例利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：先将干燥的污泥粉碎至颗粒大小为≤100目，然后和浓盐酸按照质量：体积比为1:0.67的比例混合。

[0031] 实施例4

[0032] 本实施例利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将预处理后的污泥和浓盐酸按照质量：体积比为1:1.3的比例混合。

[0033] 实施例5

[0034] 本实施例利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将预处理后的污泥和浓盐酸按照质量：体积比为1:2的比例混合。

[0035] 实施例6

[0036] 本实施例利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将污泥和浓盐酸的混合物置于密闭容器中于150℃条件下改性反应2小时。

[0037] 实施例7

[0038] 本实施例利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将污泥和浓盐酸的混合物置于密闭容器中于250℃条件下改性反应3小时。

[0039] 实施例8

[0040] 本实施例利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将污泥和浓盐酸的混合物置于密闭容器中于200℃条件下改性反应1小时。

[0041] 实施例9

[0042] 本实施例为前述利用以煤层水或者地表水为水源的净水厂污泥制备絮凝剂的方法所制得的絮凝剂用于去除水中藻类。

[0043] 前述方法所制得的絮凝剂用于除藻时，首先根据水体中藻细胞数量通过实验确定絮凝剂用量；然后将所述絮凝剂加入含藻水中，静置6～8小时，使藻细胞充分絮凝沉降，从而去除水中藻类。

[0044] 下面结合实验室的研究结果对本发明进一步说明。

[0045] 实验1

[0046] 取自以煤层水为水源的净水厂沉淀池的污泥，自然晾干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥与4mL的浓盐酸混合后置于250毫升密闭的瓶子中，放在100℃的烘箱中处理2小时，取60毫升蒸馏水分3次添加至瓶子中与处理后的污泥与浓盐酸混合物均匀混合后滤除污泥残渣，收集滤液，再用蒸馏水将滤液定容至100毫升，制得絮凝剂成品。取絮凝剂0.3mL加到60毫升藻浓度为4.99×106个/mL的水体中，静置8h，部分藻细胞絮凝沉降到水底，絮凝体颜色发黄，荧光显微镜观察藻细胞无红色荧光，表明藻细胞破裂，有藻毒素释放到水体中，检测其除藻率为39.86%。

[0047] 实验2

[0048] 取自以煤层水为水源的净水厂沉淀池的污泥，105℃烘干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥与4mL的浓盐酸混合后置于250毫升密闭的瓶子中，放在200℃的烘箱中改性反应3小时，取60毫升蒸馏水分3次添加至瓶子中与改性污泥均匀混合后滤除污泥残渣，收集滤液，再用蒸馏水将滤液定容至100毫升，制得絮凝剂成品。取絮凝剂0.5mL加到60毫升藻浓度为5.19×106个/mL的水体中，静置8h，藻细胞絮凝沉降到水底，检测其除藻率为92.22%。

[0049] 实验3

[0050] 取自以地表水水为水源的净水厂沉淀池的污泥，105℃烘干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥与4mL的浓盐酸混合后置于250毫升密闭的瓶子中，放在250℃的烘箱中改性反应3小时，加蒸馏水至瓶子中与改性污泥均匀混合后滤除污泥残渣，再将滤液定容到100毫升，此即为最终的絮凝剂。取絮凝剂0.3mL加到60毫升藻浓度为4.90×106个/mL的水体中，静置8h，藻细胞絮凝沉降到水底，检测其除藻率为92.03%。

[0051] 实验4

[0052] 取自以煤层水为水源的净水厂沉淀池的污泥，105℃烘干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥与2mL的浓盐酸混合后置于250毫升密闭的瓶子中，放在150℃的烘箱中改性反应1小时，取60毫升蒸馏水分3次添加至瓶子中与改性污泥均匀混合后滤除污泥残渣，收集滤液，再用蒸馏水将滤液定容至100毫升，制得絮凝剂成品。取絮凝剂0.3mL加到60毫升藻浓度为5.49×106个/mL的水体中，静置8h，藻细胞絮凝沉降到水底，检测其除藻率为68.65%。

[0053] 实验5

[0054] 取自以煤层水为水源的净水厂沉淀池的污泥，105℃烘干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥与6mL的浓盐酸混合后置于250毫升密闭的瓶子中，放在150℃的烘箱中改性反应3小时，取60毫升蒸馏水分3次添加至瓶子中与改性污泥均匀混合后滤除污泥残渣，收集滤液，再用蒸馏水将滤液定容至100毫升，制得絮凝剂成品。取絮凝剂0.3mL加到60毫升藻浓度为5.49×106个/mL的水体中，静置8h，藻细胞絮凝沉降到水底，检测其除藻率为80.33%。

[0055] 实验6

[0056] 取自以地表水水为水源的净水厂沉淀池的污泥，105℃烘干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥与4mL的浓盐酸混合后置于250毫升密闭的瓶子中，放在150℃的烘箱中改性反应2小时，加煮沸冷却的自来水至瓶子中与改性污泥均匀混合后滤除污泥残渣，再将滤液定容到100毫升，此即为最终的絮凝剂。取絮凝剂0.3mL加到60毫升藻浓度为
4.99×106个/mL的水体中，静置8h，藻细胞絮凝沉降到水底，检测其除藻率为78.33%。

[0057] 实验7

[0058] 取自以煤层水为水源的净水厂沉淀池的污泥，105℃烘干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥置于250毫升密闭的瓶子中，放在200℃的烘箱中加热3小时，取60毫升蒸馏水分3次添加至瓶子中与加热后的污泥均匀混合后滤除污泥残渣，收集滤液，再用蒸馏水将滤液定容至100毫升，此即为污泥滤液。取该滤液0.5mL加到60毫升藻浓度为4.95×106个/mL的水体中，静置8h，检测其除藻率为21.45%。

[0059] 实验8

[0060] 取自以地表水水为水源的净水厂沉淀池的污泥，自然晾干，粉碎至颗粒大小为≤100目。将3g预处理的污泥置于250毫升密闭的瓶子中，放在200℃的烘箱中加热3小时，加蒸馏水至瓶子中与加热后的污泥均匀混合后滤除污泥残渣，再将滤液定容到100毫升，此即为污泥滤液。取该滤液0.3mL加到60毫升藻浓度为4.95×106个/mL的水体中，静置8h，检测其除藻率为10.72%。

[0061] 实验9

[0062] 4mL的浓盐酸置于250毫升密闭的瓶子中，放在200℃的烘箱中加热3小时，取60毫升蒸馏水分3次添加至瓶子中与加热后浓盐酸混合后过滤，收集滤液，再用蒸馏水将滤液定容至100毫升。取该溶液0.5mL加到60毫升藻浓度为4.95×106个/mL的水体中，静置8h，检测其除藻率为17.97%。