壳聚糖接枝共聚污泥脱水剂的制备及污泥脱水性能

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污泥脱水能有效地实现污泥的减量化。但城市污水处理厂的污泥直接进行脱水效率不高。在脱水前通常需要向污泥中投加药剂改善污泥的脱水性能。常用的污泥脱水药剂是有机合成高分子化合物阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),虽然其脱水效果较好,但降解产物和丙烯酰胺单体都对环境不利。因此环境友好型天然高分子污泥脱水剂的开发制备成为人们关注的焦点。本文以硝酸铈铵为引发剂,制备了两类壳聚糖接枝共聚物CTS-AM-DMDAAC和CTS-St-DMDAAC。通过对接枝率和接枝效率的考察对合成条件进行了优化,两类接枝共聚物的污泥脱水性能都随着各自的接枝率的增加而增加。因此,论文分别筛选出接枝率最高的CTS-AM-DMDAAC和CTS-St-DMDAAC作为污泥脱水剂应用于污泥脱水,分别采用化学检测手段和红外光谱对两种污泥脱水剂的结构进行了表征,证实单体成功接枝到了骨架上。两种接枝共聚污泥脱水剂的污泥脱水性能均比接枝共聚骨架壳聚糖分子好。在各自的最适投加量时,CTS-AM-DMDAAC的滤饼含水率最小值为74.0%,比阻最小值5.04×1011m/kg,滤液浊度最小值为9.61NTU;CTS-St-DMDAAC的滤饼含水率最小值为80.1%,比阻最小值为5.75×1011m/kg,浊度最小值为30.5NTU。在CPAM最适投加量时,CTS-AM-DMDAAC的脱水效果比CPAM好,但CTS-St-DMDAAC比CPAM差,但随着投加量的增加,CTS-St-DMDAAC的污泥脱水性能可以达到比CPAM最适投加量时的效果更好。两种壳聚糖接枝共聚物调理后的污泥用尼龙布过滤时仍表现出了很好的污泥脱水性能,因此适合应用于污泥脱水机械。单独投加接枝共聚物作为污泥脱水剂成本较高,论文将聚合氯化铝(PAC)和两种接枝共聚物组成复合药剂,在投加少量的壳聚糖接枝共聚物的情况下就可以达到很好的污泥脱水效果。若要达到相同的脱水效果,单独投加接枝共聚物进行污泥脱水时,CTS-AM-DMDAAC的成本低于CPAM,CTS-St-DMDAAC的成本高于CPAM;同PAC复合时用时,两种接枝共聚物的复合药剂成本均低于CPAM。复合药剂在成本稍高于CPAM时,取得了比CPAM更好的污泥脱水效果。因此将PAC与两种壳聚糖接枝共聚物复合用于污泥脱水时环境效益好,经济可行。
摘要第4-5页
Abstract第5页
第1章 绪论第9-24页
    1.1 污泥的来源及分类第9-10页
    1.2 污泥的特性第10-12页
        1.2.1 污泥的物理特性第10-12页
        1.2.2 污泥的化学特性第12页
        1.2.3 污泥的生物特性第12页
    1.3 污泥调理第12-14页
    1.4 污泥脱水剂第14-18页
        1.4.1 无机污泥脱水剂第14-15页
        1.4.2 有机合成污泥脱水剂第15-17页
        1.4.3 天然高分子改性污泥脱水剂第17-18页
    1.5 壳聚糖的性质第18-19页
    1.6 壳聚糖的改性第19-21页
        1.6.1 壳聚糖的羧甲基化第19-20页
        1.6.2 壳聚糖的季铵化第20-21页
        1.6.3 壳聚糖的接枝共聚第21页
    1.7 壳聚糖及接枝共聚产物在污泥脱水中的应用第21-22页
    1.8 研究的目的及内容第22-24页
        1.8.1 研究目的第22-23页
        1.8.2 研究内容第23-24页
第2章 实验材料与方法第24-30页
    2.1 试剂与仪器第24-25页
        2.1.1 实验试剂第24页
        2.1.2 实验仪器第24-25页
        2.1.3 污泥样品第25页
    2.2 壳聚糖接枝共聚反应装置及实验方法第25-27页
        2.2.1 壳聚糖接枝共聚反应装置第25页
        2.2.2 CST-AM-DMDAAC 接枝共聚物的合成第25-26页
        2.2.3 CST-St-DMDAAC 接枝共聚物的合成第26-27页
    2.3 污泥脱水性能测试方法第27-30页
        2.3.1 污泥比阻的测定第27-29页
        2.3.2 污泥含水率的测定第29页
        2.3.3 污泥脱水后滤液浊度的测定第29-30页
第3章 壳聚糖接枝共聚物的制备第30-50页
    3.1 反应条件对CTS-AM-DMDAAC接枝效果的影响第30-34页
        3.1.1 丙烯酰胺(AM)与壳聚糖(CTS)的质量比对接枝效果的影响第30-31页
        3.1.2 二甲基二烯丙基氯化铵与壳聚糖的质量比对接枝效果的影响第31-32页
        3.1.3 反应体系总浓度对接枝共聚反应的影响第32-33页
        3.1.4 反应温度对接枝效果的影响第33-34页
        3.1.5 引发剂用量对接枝效果的影响第34页
    3.2 反应条件对CTS-St-DMDAAC接枝效果的影响第34-39页
        3.2.1 DMDAAC单体与壳聚糖(CTS)的质量比对接枝效果的影响第35页
        3.2.2 可溶性淀粉(St)与壳聚糖质量比对接枝效果的影响第35-36页
        3.2.3 反应体系总浓度对接枝效果的影响第36-37页
        3.2.4 反应温度对接枝共聚效果的影响第37-38页
        3.2.5 引发剂用量对接枝效果的影响第38-39页
    3.3 壳聚糖接枝污泥脱水剂的筛选第39-41页
        3.3.1 污泥脱水剂CTS-AM-DMDAAC的筛选第39-40页
        3.3.2 污泥脱水剂CTS-St-DMDAAC的筛选第40-41页
    3.4 壳聚糖接枝污泥脱水剂的物理性状第41-42页
        3.4.1 污泥脱水剂CTS-AM-DMDAAC的物理性状第41页
        3.4.2 污泥脱水剂CTS-St-DMDAAC的物理性状第41-42页
    3.5 壳聚糖污泥脱水剂的结构表征第42-45页
        3.5.1 污泥脱水剂CTS-AM-DMDAAC的结构表征第42-44页
        3.5.2 污泥脱水剂CTS-St-DMDAAC的结构表征第44-45页
    3.6 壳聚糖接枝共聚物反应机理初探第45-49页
        3.6.1 CTS-AM-DMDAAC接枝共聚反应机理第45-46页
        3.6.2 CTS-St-DMDAAC接枝共聚反应机理第46-49页
    3.7 本章小结第49-50页
第4章 壳聚糖接枝共聚物的污泥脱水性能第50-65页
    4.1 接枝共聚物与壳聚糖的污泥脱水性能比较第50-55页
        4.1.1 滤饼含水率的比较第51-52页
        4.1.2 污泥比阻的比较第52-54页
        4.1.3 滤液浊度的比较第54-55页
    4.2 接枝共聚物与阳离子聚丙烯酰胺的污泥脱水性能比较第55-59页
        4.2.1 滤饼含水率的比较第55-57页
        4.2.2 污泥比阻的比较第57-58页
        4.2.3 滤液浊度的比较第58-59页
    4.3 接枝共聚物应用于尼龙滤布时的污泥脱水性能第59-63页
        4.3.1 CTS-AM-DMDAAC应用于尼龙布时的污泥脱水性能第59-62页
        4.3.2 CTS-St-DMDAAC应用于尼龙布时的污泥脱水性能第62-63页
    4.4 本章小结第63-65页
第5章 壳聚糖接枝共聚物与PAC复合的污泥脱水性能第65-76页
    5.1 CTS-AM-DMDAAC与PAC复合的污泥脱水性能第65-69页
        5.1.1 CTS-AM-DMDAAC与PAC复合对滤饼含水率的影响第65-67页
        5.1.2 CTS-AM-DMDAAC与PAC复合对污泥比阻的影响第67-68页
        5.1.3 CTS-AM-DMDAAC与PAC复合对滤液浊度的影响第68-69页
    5.2 CTS-St-DMDAAC与PAC复合的污泥脱水性能第69-73页
        5.2.1 CTS-St-DMDAAC与PAC复合对滤饼含水率的影响第69-70页
        5.2.2 CTS-St-DMDAAC 与 PAC 复合对污泥比阻的影响第70-71页
        5.2.3 CTS-St-DMDAAC 与 PAC 复合对滤液浊度的影响第71-73页
    5.3 复合污泥脱水剂效益分析第73-75页
        5.3.1 环境效益分析第73页
        5.3.2 经济效益分析第73-75页
    5.4 本章小结第75-76页
结论第76-78页
参考文献第78-84页
攻读硕士学位期间发表的论文第84-86页
致谢第86页
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