專利名稱：一種從剩余污泥中提取天然酸洗緩蝕劑的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護、資源綜合利用及金屬材料表面等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從剩余污泥中提取天然酸洗緩蝕劑的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋼鐵酸洗過程中使用緩蝕劑是防止鋼材過腐蝕常用的做法，工業(yè)生產(chǎn)中常用的傳統(tǒng)緩蝕劑包括鉻酸鹽、鑰酸鹽、鎢酸鹽、有機胺類、硫脲類等，雖然這些緩蝕劑緩蝕效果顯著，但它們存在毒性大、難降解、成本高等缺點，這些緩蝕劑的應(yīng)用會帶來一些經(jīng)濟和環(huán)境問題。因此，廉價綠色天然環(huán)保緩蝕劑是新一代緩蝕劑發(fā)展的一個重要方向。城市生活污水處理廠運行過程中剩余污泥含有大量的易腐敗的有機物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、聚多糖、脂類及寄生蟲卵、病原微生物或其他有毒有害物質(zhì)，不進行妥善處理，會對環(huán)境造成直接或者間接的污染。填埋、焚燒等方法雖可有效實現(xiàn)剩余污泥的處理處置，但在應(yīng)用上存在諸多限制，因此資源化綜合利用污泥便成為一個重要的方向。迄今，已有利用剩余污泥生產(chǎn)氨基酸微肥、飼料添加劑、建材、生物能源等方面的應(yīng)用研究。這些應(yīng)用研究表明城市污水處理廠剩余污泥的資源化利用可有效地實現(xiàn)污泥減量化并減輕其潛在的環(huán)境風險，具有較大的環(huán)境及經(jīng)濟效益。剩余污泥中大部分有機成分為蛋白質(zhì)，其水解之后的穩(wěn)定成分是多種分子構(gòu)成的氨基酸，其分子結(jié)構(gòu)中含有多種活性基團，而這些活性基團可在金屬材料表面定向排列并形成保護膜，從而可在酸洗過程中對金屬材料產(chǎn)生良好的緩蝕作用。利用一定的手段將剩余污泥中的活性成分提取出來，可得到一種天然綠色易降解的酸洗緩蝕劑，不僅實現(xiàn)得到了一種新型酸洗緩蝕劑產(chǎn)品，還可以實現(xiàn)剩余污泥有效利用及減量化。剩余污泥來源充分、價格低廉，利用本方法在為鋼鐵酸洗提供高效廉價緩蝕劑的同時又能夠解決目前處理剩余污泥的難題。

發(fā)明內(nèi)容
城市生活污水處理廠的建設(shè)對于凈化城市生活污水起到了積極作用，但基于生化處理的城市生活污水廠的運行不可避免地產(chǎn)生了大量的剩余污泥。剩余污泥含水率高，還有較多易腐敗的有機成分，其處理處置則在最近十多年來成為了城市環(huán)境保護及管理的一大難題。本發(fā)明針對剩余污泥處理處置的難題及對工業(yè)酸洗緩蝕劑需往綠色環(huán)保方面的發(fā)展的需求，提供一種從剩余污泥中提取天然酸洗緩蝕劑的方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的基本原理是:剩余污泥中含有大量的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，通過加入鹽酸對其進行熱酸水解可將蛋白質(zhì)類物質(zhì)分解成多種氨基酸的有效成分，氨基酸所含的N、O、S等原子含有孤對電子，能與過渡金屬原子中的空d軌道形成配位鍵，其疏水性的碳骨架能阻止酸洗液中氫離子與金屬的反應(yīng)，從而實現(xiàn)緩蝕作用。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。本發(fā)明提 供的一種從剩余污泥中提取天然酸洗緩蝕劑的方法，以城市污水處理廠二沉池產(chǎn)出的剩余污泥為原料，通過超聲預(yù)處理破壞其結(jié)構(gòu)后，再用鹽酸水熱法提取剩余污泥中活性成分作為天然酸洗緩蝕劑。其具體步驟如下:
1)調(diào)節(jié):將城市污水處理廠二沉池產(chǎn)出的剩余污泥的含水率通過沉降或離心的方式調(diào)節(jié)為 93 98 % (wt.)；
2)超聲預(yù)處理:將調(diào)節(jié)好含水率的剩余污泥置入到超聲反應(yīng)器中，利用40kHz的超聲波預(yù)處理7(TllO分鐘，破壞剩余污泥的絮體結(jié)構(gòu)；
3)熱酸水解:將經(jīng)過超聲預(yù)處理的剩余污泥與含HCl有效成分為32 37% (wt.)的鹽酸按體積比為100:6^12的比例進行充分混合，然后加熱至7(TlO(rC，保持溫度水解1Γ24小時；
4)過濾:將完成熱酸水解后的混合物進行過濾，分別得到濾液和濾渣，除去不溶殘渣，濾液中含有天然酸洗緩蝕劑。本發(fā)明還提供一種所述的從剩余污泥中提取的天然酸洗緩蝕劑的應(yīng)用，即根據(jù)濾液中殘余HCl的含量，將濾液、工業(yè)鹽酸及水配成含HCl有效成分為10 % (wt.)的混合液，將此混合液作為鋼材表面酸洗的清洗液，并在30°C 60°C下使用。本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明是利用解剩余污泥為原料，得到以熱酸水解氨基酸為主要成分的天然酸洗緩蝕劑，原料來源廣泛、提取方法簡便易行等優(yōu)點，提取的緩蝕劑易生物降解，對環(huán)境無毒害，不僅能夠為鋼鐵工業(yè)酸洗提供高效、廉價緩蝕劑，還能解決剩余污泥處理處置的難題。2、酸解反應(yīng) 之前采用了超聲預(yù)處理步驟，有利于破壞剩余污泥的絮體及微生物細胞結(jié)構(gòu)，便于加快熱酸水解反應(yīng)的進行。

3、水解混合物經(jīng)過過濾分離后，所得到濾液配入合適的濃鹽酸后可直接作為酸洗清洗液使用，避免了有效成分提純及鹽酸回收的步驟，操作簡便易行。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式為進一步說明本發(fā)明的效果，結(jié)合以下實例進行說明，但本發(fā)明并不限于以下這些例子。制備實施例1
剩余污泥來自城市生活污水處理廠二沉池，污泥性質(zhì)如下:剩余污泥含水率96.0 %(wt.)，MLSS 40.0 g/L，MLVSS 27.2 g/L。污泥水解前采用超聲波預(yù)處理破壞污泥的絮狀結(jié)構(gòu)，超聲反應(yīng)器工作條件為:預(yù)處理時間90分鐘，超聲頻率40 kHz ο取IOOml預(yù)處理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入12 ml濃鹽酸(37.0% wt.)，用塑料薄膜密封后置于恒溫水浴鍋中加熱水解，水解溫度為70±0.5 °C,水解時間為22小時,水解后過濾除去不溶殘渣，得到的紅褐色透明液體即為所述緩蝕劑，參照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法測得所得溶液中氨基酸濃度為0.15 g/L。制備實施例2
剩余污泥來自城市生活污水處理廠二沉池，污泥性質(zhì)如下:剩余污泥含水率97.0%(wt.)，MLSS 30.0 g/L, MLVSS 18.9 g/L。污泥水解前采用超聲波預(yù)處理破壞污泥的絮狀結(jié)構(gòu)，超聲反應(yīng)器工作條件為:預(yù)處理時間90分鐘，超聲頻率40 kHz ο取IOOml預(yù)處理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入12 ml濃鹽酸(37.0% wt.)，用塑料薄膜密封后置于恒溫水浴鍋中加熱水解，水解溫度為90±0.5 °C,水解時間為14小時,水解后過濾除去不溶殘渣，得到的紅褐色透明液體即為所述緩蝕劑，參照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法測得所得溶液中氨基酸濃度為0.48 g/L。制備實施例3
剩余污泥來自城市生活污水處理廠二沉池，污泥性質(zhì)如下:剩余污泥含水率98.0%(wt.),MLSS 20.0 g/L,MLVSS 12.6 g/L。污泥水解前采用超聲波預(yù)處理破壞污泥的絮狀結(jié)構(gòu)，超聲反應(yīng)器工作條件為:預(yù)處理時間90分鐘，超聲反應(yīng)頻率40 kHz ο取IOOml預(yù)處理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入10 ml濃鹽酸(37.0% wt.)，用塑料薄膜密封后置于恒溫水浴鍋中加熱水解，水解溫度為100±0.5 °C,水解時間為18小時,水解后過濾除去不溶殘渣，得到的紅褐色透明液體即為所述緩蝕劑，參照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法測得所得溶液中氨基酸濃度為0.60 g/L。制備實施例4
剩余污泥來自城市生活污水處理廠二沉池，污泥性質(zhì)如下:剩余污泥含水率93.0%(wt.),MLSS 70.0 g/L,MLVSS 47.6 g/L。污泥水解前采用超聲波預(yù)處理破壞污泥的絮狀結(jié)構(gòu)，超聲反應(yīng)器工作條件為:預(yù)處理時間110分鐘，超聲反應(yīng)頻率40 kHz ο取IOOml預(yù)處理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入10 ml濃鹽酸(37.0% wt.)，用塑料薄膜密封后置于恒溫水浴鍋中加熱水解，水解溫度為80±0.5 °C ,水解時間為20小時,水解后過濾除去不溶殘渣，得到的紅褐色透明液體即為所述緩蝕劑，參照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法測得所得溶液中氨基酸濃度為0.50 g/L。制備實施例5
剩余污泥來自城市生活污水處理廠二沉池，污泥性質(zhì)如下:剩余污泥含水率95.0%(wt.),MLSS 50.0 g/L,MLVSS 30.8 g/L。污泥水解前采用超聲波預(yù)處理破壞污泥的絮狀結(jié)構(gòu)，超聲反應(yīng)器工作條件為:預(yù)處理時間70分鐘，超聲反應(yīng)頻率40 kHz ο取IOOml預(yù)處理后的污泥放于具塞玻璃容器中，加入10 ml濃鹽酸(37.0% wt.)，用塑料薄膜密封后置于恒溫水浴鍋中加熱水解，水解溫度為100±0.5 °C,水解時間為18小時,水解后過濾除去不溶殘渣，得到的紅褐色透明液體即為所述緩蝕劑，參照GB/T 8314-2002中茚三酮染色法測得所得溶液中氨基酸濃度為0.45 g/L。使用實施例1
使用制備實施例2本發(fā)明所得提取液加入量與緩蝕率的關(guān)系
將制備實施例2中制備的提取液5-17ml與25-27ml的濃鹽酸(37%，wt.)、水配成IOOml含HCl有效成分為10% (wt.)的酸洗液，在30-60°C下條件下浸沒清洗碳鋼2小時，得到如下表I結(jié)果:
表I提取液加入量與緩蝕率的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種從剩余污泥中提取天然酸洗緩蝕劑的方法，其特征在于以城市污水處理廠二沉池產(chǎn)出的剩余污泥為原料，通過超聲預(yù)處理破壞其結(jié)構(gòu)后，再用鹽酸水熱法提取剩余污泥中活性成分作為天然酸洗緩蝕劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于其具體步驟如下 1)調(diào)節(jié)將城市污水處理廠二沉池產(chǎn)出的剩余污泥的含水率通過沉降或離心的方式調(diào)節(jié)為93 98 wt · % ； 2)超聲預(yù)處理將調(diào)節(jié)好含水率的剩余污泥置入到超聲反應(yīng)器中，使用40kHz的超聲波預(yù)處理7(TllO分鐘，破壞剩余污泥的絮體結(jié)構(gòu)； 3)熱酸水解將經(jīng)過超聲預(yù)處理的剩余污泥與含HCl有效成分為32 37wt. %的鹽酸按體積比為100 6^12的比例進行充分混合，然后加熱至7(TlO(rC，保持溫度水解1Γ24小時； 4)過濾將完成熱酸水解后的混合物進行過濾，分別得到濾液和濾渣，除去不溶殘渣，濾液中含有天然酸洗緩蝕劑。
3.—種權(quán)利要求I所述的從剩余污泥中提取的天然酸洗緩蝕劑的應(yīng)用，其特征在于根據(jù)濾液中殘余HCl的含量，將濾液與工業(yè)鹽酸、水配成含HCl有效成分為10 wt. %的混合液，將此混合液作為鋼材表面酸洗的清洗液，并在30°C 60°C下使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從剩余污泥中提取天然酸洗緩蝕劑的方法及其應(yīng)用，該方法以城市污水處理廠二沉池產(chǎn)出的剩余污泥為原料，通過超聲預(yù)處理破壞其結(jié)構(gòu)后，再用鹽酸水熱法提取剩余污泥中活性成分作為天然酸洗緩蝕劑；該天然酸洗緩蝕劑應(yīng)用在鋼材表面酸洗中；本發(fā)明是一種以酸水解剩余污泥得到的活性成分為主的天然酸洗緩蝕劑，具有用量低、提取原料來源廣泛、提取方法簡便易行等優(yōu)點，提取的緩蝕劑易生物降解，對環(huán)境無毒害。
文檔編號C02F11/10GK103253840SQ20131018160
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者湯兵, 蘇文, 丁杰偉 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)