聚丙烯酸絮凝剂的制备及其在印染污泥低温热处理中的应用研究

发布时间：2020-10-08 20:05

　　印染污泥成分复杂,具有含水率高、黏性强、脱水性能差的特点。尤其是印染前处理废水产生的污泥,通常含强亲水性有机物,如淀粉、聚乙烯醇等,加大了其脱水难度。污泥脱水是实现污泥减量与资源化利用的关键环节,因此开发提高污泥脱水性能的工艺十分重要。本研究拟制备用于印染污泥低温热处理的水性聚丙烯酸树脂,改善污泥的脱水性能,通过对水性聚丙烯酸树脂合成工艺及其低温热处理工艺的优化研究,阐明污泥的脱水机理,为发展新型污泥脱水技术提供理论基础,形成污泥脱水新工艺。通过溶液聚合法合成水性聚丙烯酸树脂,以单体转化率、污泥比阻和脱水泥饼含水率为评价指标,研究了合成反应温度和时间对单体转化率的影响,单体种类、单体体积比例、玻璃化温度等因素对污泥脱水性能的影响,优化了水性丙烯酸树脂的合成工艺,并对其进行表征。结果表明:合成水性聚丙烯酸树脂的最佳工艺条件为:甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酸丁酯(BA)三种单体的体积比为5:3:2,合成反应的温度为83℃,反应时间为6 h时,单体转化率可达92.6%;合成的水性聚丙烯酸树脂的玻璃化温度区间为70.85~87.37℃,表观形态为淡黄色液态,流动性和水溶性较好,对污泥脱水性能的改善效果最显著;产物为MAA/BA/MMA的共聚物,分子量如下:Mn=7033,Mw=10466,Mw/Mn=1.488。将水性聚丙烯酸树脂用于印染污泥的低温热处理,以污泥比阻和泥饼的含水率为评价指标,考查了水性聚丙烯酸树脂投加量、硫酸投加量、热处理温度和热处理时间等因素对污泥脱水效果的影响,结果表明:水性聚丙烯酸树脂对污泥低温热处理的最佳工艺条件为:水性聚丙烯酸树脂的投加量为15 mg/g污泥(含固量约4%),硫酸(体积分数为98%)的投加量为0.002 mL/g污泥,热处理温度为75℃条件下加热30分钟;污泥的比阻可由3.0×10~144 m/kg降低至2.80×10~(12) m/kg,降低了98.80%,处理后的污泥属于易过滤污泥。污泥泥饼含水率可由93.0%降低至84.59%,污泥的结合水含量可从33.82%降低至28.27%,污泥减量化率可达54.25%。通过对脱水后泥饼的微观结构、水分分布情况和污泥表面性质的分析探究了污泥低温热处理的脱水机理。结果表明:水性聚丙烯酸树脂分子链中的-COO~-能与硫酸中的H~+进行反应,可生成不易溶于水的-COOH,使其溶解性下降后析出;加热处理使得水性聚丙烯酸树脂的大分子链发生蜷缩,通过水性聚丙烯酸树脂的吸附架桥、沉淀网捕作用以及与污泥颗粒分子间力的共同作用使污泥发生絮凝、收缩,污泥间的孔隙增大,污泥颗粒与水分子之间的作用力减弱,最终使污泥中的部分结合水转化成自由水并借助多孔道结构释放出来,从而达到改善污泥脱水性能、污泥体积减量的目的。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X791;TQ325.7
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章前言
    1.1 印染污泥
    1.2 污泥脱水
        1.2.1 污泥水分分布
        1.2.2 污泥的处理与处置
        1.2.3 污泥的脱水性能及评价指标
        1.2.4 污泥调理及研究进展
        1.2.5 污泥脱水技术
    1.3 水性聚丙烯酸树脂
        1.3.1 水性聚丙烯酸树脂的合成
        1.3.2 影响水性聚丙烯酸树脂的性能的因素
        1.3.3 水性聚丙烯酸树脂的应用
    1.4 研究的目的与研究内容
        1.4.1 研究的目的与意义
        1.4.2 研究内容
第二章水性聚丙烯酸树脂的制备
    2.1 实验材料、药品与仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验药品
        2.1.3 实验仪器
    2.2 实验方法
        2.2.1 水性聚丙烯酸树脂的制备
        2.2.2 水性聚丙烯酸树脂合成工艺的优化
        2.2.3 水性聚丙烯酸树脂的表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 水性聚丙烯酸树脂的特性
        2.3.2 水性聚丙烯酸树脂合成工艺的优化
        2.3.3 水性聚丙烯酸树脂的表征
    2.4 本章小结
第三章水性聚丙烯酸树脂絮凝剂对污泥脱水性能影响的研究
    3.1 实验药品与仪器设备
        3.1.1 实验药品
        3.1.2 实验仪器
        3.1.3 污泥样品
    3.2 实验方法
    3.3 实验测定项目及方法
        3.3.1 SRF的测定
        3.3.2 泥饼含水率的测定
        3.3.3 污泥减量化率的测定
        3.3.4 污泥微观结构分析
        3.3.5 污泥泥饼内自由水和结合水含量的测定
        3.3.6 污泥颗粒表面性质的测定
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 水性聚丙烯酸树脂的投加量对污泥脱水性能的影响
        3.4.2 热处理温度对污泥脱水性能的影响
        3.4.3 硫酸的投加量对污泥脱水性能的影响
        3.4.4 热处理时间对污泥脱水性能的影响
        3.4.5 水性聚丙烯酸树脂对污泥脱水机理的探究
    3.5 本章小结
第四章总结
    4.1 结论
    4.2 本研究的创新点
    4.3 建议
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢

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