一种茶多酚改性聚铁絮凝剂及其制备方法和应用

本发明属于厌氧发酵沼液脱水领域，具体涉及一种茶多酚改性聚铁絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着我国经济的飞速发展、人民生活水平日益提高，全国餐厨垃圾产量逐年升高，其通常为固液共存的状态，组分与各地饮食习惯相关性较大，但一般都具有含水率高的特点。餐厨垃圾因体量大、含水率高、易于腐烂等特征给生活垃圾处理管理和资源化带来了巨大挑战，因此一直以来都占据着生活垃圾处理的主要市场。

2、目前国内外餐厨垃圾的处理方法主要有填埋、焚烧和资源化(好氧堆肥、厌氧发酵、饲料化、昆虫生物转化)等处理技术。餐厨垃圾的填埋是将其与普通生活垃圾一起，在经过分类、碎化和压实处理后，共同填埋于垃圾填埋场，填埋方法不仅成本低廉，处理容量大，而且适用范围广泛，但填埋处理最显著的问题就是会产生恶臭气味，对周边居民生活造成影响，而且被填埋的垃圾会在微生物和高压的双重作用下产生含有致癌物质的垃圾渗滤液，这些渗滤液一旦发生渗漏，会对水体造成二次污染；焚烧是利用高温(约850～1000℃)将垃圾内的有机物氧化分解，以实现垃圾的减量化，焚烧后的残渣仅剩20％左右，体积仅为原体积的10％左右，焚烧过程中释放的热量可用于发电、供暖等用途，然而该过程中会产生二噁英等有毒有害物质，而且运营维护成本高、能耗大，技术要求较高；好氧堆肥是通过好氧微生物的氧化分解和生物合成作用，将有机物转化为稳定的腐殖质；餐厨垃圾、粪便、农作物秸秆等都可通过好氧堆肥进行处理，获得的肥料可改善土壤的理化性质和微生物结构，但堆肥处理无法充分回收餐厨垃圾中丰富的营养成分，存在品质不佳和可能造成二次污染等问题，且由于餐厨垃圾含水率高、高油高盐的特性会对微生物活性产生不利影响，从而影响堆肥产品在大规模土地上的应用；饲料化处理可采用生物法和物理法两种方式，生物法是利用微生物菌体对餐厨垃圾进行处理，通过微生物的生长繁殖和新陈代谢过程，积累有用的菌体、酶和中间代谢产物，经过烘干后可以制成蛋白饲料，物理法是指将餐厨垃圾进行脱水处理后，利用高温处理来杀灭病毒，随后通过粉碎和加工制成饲料；尽管高温处理能够有效杀灭部分病毒，但并不能保证完全消灭所有病毒，如果使用这种饲料来喂养动物，可能存在传播疾病的风险，因此在生物安全性的问题限制了餐厨垃圾饲料化应用与发展；昆虫生物转化技术是在人工可控条件下，利用蝇蛆、黑水虻、黄粉虫、蚯蚓等特定生物与环境微生物的协同代谢作用，最终产出蝇蛆或黑水虻等特定生物，这项技术操作简便、能耗较低，降低了处理成本，还带来了经济、环境及社会效益，但由于其生产设备的自动化程度较低，环境控制成本高，存在产品销路问题，难以实现规模化生产。

3、餐厨垃圾中富含丰富的有机物，其产沼气性能大约是畜禽粪便的15倍，极适宜作为厌氧发酵底物，餐厨垃圾经过厌氧发酵处理可以减轻对环境的影响，并且能够产生沼气，沼气是一种清洁的可再生能源，用于燃料及发电，产生的沼液及沼渣可作有机肥，餐厨垃圾在封闭的发酵罐内，能够防止产生的臭气扩散，因此厌氧发酵因其能源回收潜力大已经成为主流的餐厨垃圾资源化处理技术，但是由于餐厨垃圾的含水率较高，导致厌氧发酵后产生大量的沼渣沼液，实现沼液沼渣的低成本高效分离是一个重要环节。

4、餐厨垃圾产生的厌氧发酵液悬浮物比较高，悬浮物带负电荷多，悬浮物非常稳定，脱水效果一直不好。市面上主要的沼液脱水药剂是pac，但是pac的添加容易导致管道结垢和堵塞，同时影响离心机的效能，严重的影响生产运行；此外pac的投加是固态溶解，工作量大，产生的固废也比较多，综合成本过高；同时沼渣沼液分离后产生的清液中还含有较高的cod与氨氮浓度，尚达不到排放要求，因此，需要进一步处理才能达到排放指标。

技术实现思路

1、本发明提供了一种茶多酚改性聚铁絮凝剂及其制备方法和应用，能够强化絮凝剂的电性中和能力，制备得到的絮凝剂具有较大网状结构，从而使得其网捕能力增强，并且形成的絮体强度较大，不易被水流压缩破坏，实现了采用较少的絮凝剂投加量得到较好的絮凝性能。

2、为了实现以上的目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

4、将聚环氧乙烷溶于去离子水中，待液体变清澈后再搅拌30～60min得到溶液a；

5、将茶多酚加入溶液a中，在一定的温度下搅拌20～30min，进行氢键的生成反应；

6、将聚合硫酸铁溶于水得到溶液b，将溶液b加入反应后的溶液a中，用naoh溶液调节混合液ph，并在特定的温度下进行搅拌，再静置熟化得到新型复合聚铁絮凝剂。

7、以上所述步骤中，所述聚环氧乙烷溶于水后搅拌时间为30～60min，优选60min；

8、所述茶多酚与聚环氧乙烷的摩尔比为(20～30):(30～40)，优选25：30；茶多酚加入溶液a后搅拌温度为20～30℃，优选25℃；

9、所述聚合硫酸铁与茶多酚的摩尔比为(5～15)：(20～40)，优选8：25；用naoh溶液调节ph至7～10；调节ph后的搅拌温度为20～30℃，优选25℃。

10、上述制备得到的茶多酚改性聚铁絮凝剂，具有较大网状结构，并具有大量氢键和配位键；具体结构如下：

11、

12、有益效果：本发明提供了一种茶多酚改性聚铁絮凝剂及其制备方法和应用，与现有技术相比具有以下优势：

13、(1)茶多酚具有较多的酚羟基，在碱性条件下与聚合硫酸铁中的铁离子形成螯合配位键，同时聚环氧乙烷中主要官能团为亲水性醚氧键，较易与酚羟基结合形成氢键，所以茶多酚在聚环氧乙烷和聚合硫酸铁混凝过程中可充当交联剂，将他们组合起来形成一个三组分聚合物网络，其中具有大量的氢键和配位键，这使絮凝体具有足够的交联度和絮凝强度；

14、(2)本发明制得的改性聚铁絮凝剂较常规的絮凝剂在具备电性中和能力的同时，其吸附架桥及网补卷扫能力大大提升，形成絮体速率更快，且絮体更大、强度更高，沉降速率更快，浊度及有机物去除率高，混凝性能优于市面常规絮凝剂；

15、(3)本发明制备过程操作简单，所需的原料种类较少且价格低廉，混凝过程中无需添加助凝剂，经处理后的水中无单体的铁、茶多酚和聚环氧乙烷残留，可以在保证出水水质安全、无二次污染的基础上降低制备成本；

16、(4)本发明由于茶多酚和聚环氧乙烷引入，增大了聚铁分子的网状结构，大大提升了絮凝剂的絮凝能力，且絮凝剂用量更少，处理成本更低。

1.一种茶多酚改性聚铁絮凝剂，其特征在于，所述絮凝剂为通过氢键和配位键结合的聚合物网状结构。

2.根据权利要求1所述的茶多酚改性聚铁絮凝剂，其特征在于，所述絮凝剂的结构为：

3.一种茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述聚环氧乙烷溶于水后搅拌时间为30～60min。

5.根据权利要求3所述的茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述茶多酚与聚环氧乙烷的摩尔比为(20～30):(30～40)。

6.根据权利要求3或5所述的茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述茶多酚加入溶液a后搅拌温度为20～30℃。

7.根据权利要求3所述的茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述聚合硫酸铁与茶多酚的摩尔比为(5～15)：(20～40)。

8.根据权利要求3所述的茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，调节ph至7～10。

9.根据权利要求3或8所述的茶多酚改性聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，调节ph后的搅拌温度为20～30℃。

10.权利要求1-2任一项所述茶多酚改性聚铁絮凝剂的应用，其特征在于，所述絮凝剂用于餐厨垃圾厌氧发酵沼液脱水。