阳离子改性壳聚糖、纤维素合成污泥脱水絮凝剂

发布时间：2017-05-11 15:02

  本文关键词：阳离子改性壳聚糖、纤维素合成污泥脱水絮凝剂，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业生产和环境污染之间矛盾的日益显现,环境治理和节能减排备受关注。在处理污水、废水过程中,产生大量的污泥,污泥含水量一般高达95%以上,不但占据空间大,而且对后续的处理带来诸多不便,也污染环境。因此,提高污泥的脱水性能,减小污泥体积是当前研究的热点。目前最常见的污泥处理方法就是加入化学试剂,即絮凝剂,使细小的污泥颗粒聚集沉降,通过机械分离达到固液分离的目的。现在污水处理厂处理污泥的絮凝剂大多是聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝等人工合成絮凝剂,这些絮凝剂本身或降解后的单体有毒,且不易降解,对生活环境和人类身体健康带来较大危害。况且,一些国家已禁止在水处理过程中使用PAM,因此开发研究不含PAM的污泥脱水絮凝剂势在必行。本文利用阳离子单体对天然高分子化合物进行改性合成了绿色高效污泥脱水絮凝剂。该絮凝剂在污泥脱水中的应用鲜见报道。首先,纤维素是自然界中含量最多的天然高分子化合物,而羧甲基纤维素钠是其应用非常广泛的衍生物,由于其以钠盐形式存在,所以电离后带有负电荷,而需要处理的污泥颗粒同样带有负电荷,更青睐于带有正电荷絮凝剂的电中和作用。因此本文首先通过带有正电荷的季铵盐(DMC)对羧甲基纤维素钠进行改性,以过硫酸钾为引发剂,水溶液聚合法合成两性天然高分子絮凝剂(CMC-g-PDMC)。并通过正交实验探讨了引发剂用量、反应时间、反应温度、单体质量比对生成目的产物接枝率、接枝效率的影响,确定了最佳合成条件。其次,壳聚糖是自然界中唯一带有正电荷的天然高分子化合物,已被广泛地应用在污水、污泥处理中,但是由于其溶解性差和正电荷密度小的原因,限制了它的应用。本文通过将壳聚糖与阳离子剂(二甲基二烯丙基氯化铵)接枝共聚改性来改善絮凝效果,以硫酸铈为引发剂,水溶液聚合法合成阳离子型壳聚糖絮凝剂(chitosan-g-PDMDAAC)。并通过正交实验探讨了引发剂用量、反应时间、反应温度、单体质量比对聚合效果的影响,确定了最佳合成条件。最后,将两种絮凝剂应用到市政污泥的脱水处理中,以滤饼含水率、污泥比阻、污泥指数、滤液透光率作为絮凝效果的指标,对比在污泥处理中絮凝剂用量、接枝率、阳离子度、污泥的p H值,温度等对污泥脱水效果的影响。并且与在污泥、污水处理中常用的絮凝剂CPAM、PAM、PAC进行絮凝效果比较,结果表明,阳离子型壳聚糖絮凝剂的絮凝效果优于其它几种絮凝剂,污泥含水率能从95%以上降至滤饼含水率为68%左右。总之,本文合成了两种改性天然高分子类絮凝剂,并应用到实际污泥脱水中,验证其具有良好的絮凝性能,拓宽了天然高分子化合物的应用,因此,本课题具有实用价值。
【关键词】：天然高分子 絮凝剂 接枝共聚 改性 污泥脱水
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 污泥的现状12-14
• 1.1.1 污泥的来源及其分类12-13
• 1.1.2 污泥的特性及其中水的存在形式13-14
• 1.2 污泥的脱水方法及其调理14-15
• 1.2.1 污泥的脱水方法14-15
• 1.2.2 污泥的调理15
• 1.3 污泥脱水絮凝剂的分类15-18
• 1.3.1 无机絮凝剂15-16
• 1.3.2 有机絮凝剂16-17
• 1.3.3 微生物絮凝剂17-18
• 1.4 羧甲基纤维素钠的简介18-21
• 1.4.1 CMC阳离子化改性的方法18-20
• 1.4.2 羧甲基纤维素钠在工业废水方面的应用20-21
• 1.5 壳聚糖的简介21-24
• 1.5.1 壳聚糖的改性方法21-23
• 1.5.2 壳聚糖及其改性后的共聚物在污泥脱水方面的应用23-24
• 1.6 选择本课题的意义、研究内容及创新点24-26
• 1.6.1 选择本课题的意义及研究内容24-25
• 1.6.2 本课题的创新点25-26
• 第2章 两性天然高分子絮凝剂CMC-g-PDMC的合成26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.2.1 主要实验试剂、仪器及设备26-27
• 2.2.2 实验方法27-28
• 2.2.3 正交实验28
• 2.3 接枝产物的表征28-29
• 2.3.1 接枝率28-29
• 2.3.2 傅立叶红外光谱测定29
• 2.3.3 X射线衍射（XRD）的测定29
• 2.3.4 SEM测定29
• 2.3.5 热重分析测定29
• 2.4 结果与讨论29-34
• 2.4.1 正交实验结果与讨论29-31
• 2.4.2 傅立叶红外光谱分析31-32
• 2.4.3 X射线衍射（XRD）的测定分析32
• 2.4.4 SEM分析32-33
• 2.4.5 热重分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 阳离子型壳聚糖絮凝剂35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 实验部分35-38
• 3.2.1 主要是实验试剂、仪器和设备35-36
• 3.2.2 实验方法36-37
• 3.2.3 正交实验37-38
• 3.3 接枝产物表征38-39
• 3.3.1 接枝率测定38
• 3.3.2 Chitosan-g-PDMDAAC阳离子度的测定38-39
• 3.3.3 傅立叶红外光谱测定39
• 3.3.4 X射线衍射（XRD）的测定39
• 3.3.5 SEM测定39
• 3.3.6 热重分析测定39
• 3.4 结果与讨论39-44
• 3.4.1 正交实验结果讨论分析39-41
• 3.4.2 傅立叶红外光谱分析41-42
• 3.4.3 X射线衍射（XRD）的测定分析42-43
• 3.4.4 SEM分析43
• 3.4.5 热重分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 污泥脱水应用研究45-61
• 4.1 实验物品45-46
• 4.1.1 实验试剂和仪器45-46
• 4.1.2 活性污泥的性质46
• 4.2 污泥脱水步骤及性能测试方法46-50
• 4.2.1 污泥脱水实验步骤46-47
• 4.2.2 污泥脱水性能测试方法47-50
• 4.3 两性天然高分子絮凝剂在污泥脱水方面的应用研究50-53
• 4.3.1 投料量对污泥脱水性能的影响50-51
• 4.3.2 温度对污泥脱水性能的影响51
• 4.3.3 pH值对污泥脱水性能的影响51-52
• 4.3.4 接枝率对污泥脱水性能的影响52-53
• 4.4 阳离子型壳聚糖絮凝剂在污泥脱水方面的应用研究53-56
• 4.4.1 絮凝剂投料量的影响53-54
• 4.4.2 温度的影响54
• 4.4.3 pH值的影响54-55
• 4.4.4 阳离子度（CD）的影响55-56
• 4.4.5 接枝率的影响56
• 4.5 不同絮凝剂的污泥脱水性能比较56-59
• 4.5.1 滤饼含水率的比较57
• 4.5.2 污泥比阻的比较57-58
• 4.5.3 污泥指数SVI的比较58-59
• 4.5.4 滤液透光率的比较59
• 4.6 本章小结59-61
• 结论61-63
• 参考文献63-73
• 硕士期间发表和待发表的学术论文73-74
• 致谢74

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