本發明涉及污泥脫水技術，具體涉及一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備及使用方法，屬于環境工程。

背景技術：

1、隨著我國社會經濟和城鎮化的加速發展，城市污水處理廠產生的污泥也日漸陡增。然而，由于污泥的有機質含量高、顆粒細小、親水性強等特點，導致其脫水性能很差，經常規的鋁鹽或鐵鹽混凝劑調理后，壓濾得到的泥餅的含水率仍高達75％-85％。蛋白質是污泥中主要的生物有機組分，其含量可高達污泥干重的30％-60％。蛋白質分子間通常存在大量的離子鍵、范德華力、氫鍵、疏水作用等非共價相互作用，使其具有復雜的空間構型。因而，蛋白質被認為是影響污泥脫水性能的主要生物大分子，其具有的高度保水性能，嚴重束縛了污泥中結合水分的流動。為此，開發高效降解污泥中親水性強的蛋白質的方法對提升污泥處理處置效率尤為重要。

2、利用高級氧化技術產生的自由基降解污泥中的蛋白質是提高污泥脫水性能的有效手段。臭氧高級氧化工藝作為一種綠色環保、成本適中、操作便捷的處理方法已經被廣泛應用于廢水治理。臭氧可直接與有機物發生親電取代和偶極加成反應，但直接反應速率慢，且具有選擇性，使得污染物降解效率較低。自由基間接氧化反應主要是通過臭氧自身分解產生羥基自由基(·oh)非選擇性地快速降解污染物。游離的fe2+可有效催化臭氧分解產生·oh，同時自身轉變為fe3+，然而fe2+/fe3+循環受限，導致加入的鐵離子不能持續活化臭氧生成自由基。再者，自由基的非選擇性氧化特點導致目標污染物的分解效果得不到強化，一定程度上耗費了藥劑與時間。

技術實現思路

1、本發明的目的之一是提供一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備方法。

2、本發明的目的之二是提供由上述制備方法制得的單寧酸絡合鐵的使用方法。

3、為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

4、第一方面，本發明提供一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備方法，包括以下步驟：

5、(a)將可溶性鐵鹽與單寧酸水溶液混合攪拌，形成單寧酸絡合鐵混合溶液；其中所述單寧酸與鐵離子的摩爾百分比為(0.1～10)：100；

6、(b)用堿性氫氧化物水溶液調節步驟(a)中混合溶液至ph值為2～10，生成沉淀的單寧酸絡合鐵顆粒；

7、(c)將沉淀過濾清洗、冷凍干燥后，保存待用。

8、優選地，步驟(a)中，所述可溶性鐵鹽為硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、醋酸鐵、醋酸亞鐵中的一種或多種；所述單寧酸與鐵離子摩爾百分比為(0.2～0.8)：100。

9、優選地，步驟(b)中所述堿性氫氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀；所述ph值優選為3～7。

10、優選地，步驟(c)中所述冷凍干燥溫度為-80～-50℃，時間為24～90h；

11、更優選，步驟(c)中所述冷凍干燥溫度為-80～-65℃，時間為48～72h。

12、第二方面，本發明提供由上述制備方法制得的單寧酸絡合鐵的使用方法，包括以下步驟：

13、(1)向有機污泥中通入臭氧預處理；

14、(2)向步驟(1)的臭氧化污泥中加入所述單寧酸絡合鐵，充分混合；

15、(3)向步驟(2)的污泥與單寧酸絡合鐵的混合液中通入臭氧處理。

16、優選地，步驟(1)中，加入臭氧前，污泥ph值為3.0～11.0，更優選為7.0～9.0。

17、優選地，步驟(1)中，所述的臭氧投加量為20～100mg/gts，更優選為40～80mg/gts。

18、優選地，步驟(2)中，所述的單寧酸絡合鐵投加量為20～120mg/gts，更優選為50～80mg/gts。

19、優選地，步驟(3)中，所述的臭氧投加量為10～60mg/gts，更優選為20～40mg/gts。

20、本發明的技術原理如下：

21、單寧酸是一種植物二次代謝產物，大量分布于植物的根莖葉及果皮中，具有天然綠色、無毒害特點。單寧酸分子結構中的鄰位酚羥基與氧負離子可絡合fe3+形成五元環螯合物，并進一步將fe3+還原成fe2+，實現fe3+/fe2+高效循環。因而，相比單獨溶解性鐵鹽，單寧酸絡合鐵添加劑促進了fe2+再生，強化了臭氧分解產生·oh，大大提升了臭氧體系的氧化性能；單寧酸絡合鐵可通過氫鍵和疏水作用與臭氧預處理后污泥細胞中釋放的大量胞外蛋白質結合，進而縮短了蛋白質與單寧酸絡合鐵釋放的fe2+催化臭氧產生的·oh的作用距離，因此體系對污泥胞外蛋白質的靶向降解效果得到提升；此外，單寧酸絡合鐵自身可作為有機-無機復合絮凝劑，能夠團聚沉降有機碎片，減少胞外聚合物含量，增大污泥顆粒粒徑，提高污泥疏水性，從而提升污泥脫水性能。

22、相對于現有技術，本發明具有以下的有益效果：

23、(1)本發明利用天然植物二次代謝產物單寧酸和鐵離子反應生成的單寧酸絡合鐵作為臭氧氧化體系的添加劑，促進了fe3+/fe2+循環轉化，提高了·oh產率，提升了臭氧氧化體系對污泥胞外蛋白質的靶向性降解效果，能使系統對污泥蛋白質的降解效果提升25％-35％。

24、(2)單寧酸絡合鐵綠色環保、無毒害，且兼具絮凝劑作用，可有效團聚沉降臭氧氧化污泥后產生的有機碎片，提高污泥脫水性能，實現深度脫水(泥餅含水率<60％)，壓濾后的泥餅含水率降至40％-55％，有利于污泥后續處置。

技術特征：

1.一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備方法，其特征在于，步驟(a)中，所述可溶性鐵鹽為硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、醋酸鐵、醋酸亞鐵中的一種或多種；所述單寧酸與鐵離子摩爾百分比為(0.2～0.8)：100。

3.根據權利要求1所述的一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備方法，其特征在于，步驟(b)中所述堿性氫氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀；所述ph值為3～7。

4.根據權利要求1所述的一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備方法，其特征在于，步驟(c)中所述冷凍干燥溫度為-80～-50℃，時間為24～90h。

5.根據權利要求4所述的一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備方法，其特征在于，步驟(c)中所述冷凍干燥溫度為-80～-65℃，時間為48～72h。

6.由權利要求1至5任一項所述制備方法制得的單寧酸絡合鐵的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據權利要求6所述的使用方法，其特征在于，步驟(1)中，加入臭氧前，污泥ph值為3～11，更優選地為7～9。

8.根據權利要求6所述的使用方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的臭氧投加量為20～100mg/gts，更優選地為40～80mg/gts。

9.根據權利要求6所述的使用方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的單寧酸絡合鐵投加量為20～120mg/gts，更優選為50～80mg/gts。

10.根據權利要求6所述的使用方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的臭氧投加量為10～60mg/gts，更優選為20～40mg/gts。

技術總結
本發明公開了一種強化臭氧化污泥脫水性能的單寧酸絡合鐵的制備及使用方法。所述制備方法包括：將可溶性鐵鹽與單寧酸水溶液混合攪拌，形成單寧酸絡合鐵混合溶液，調節pH生成單寧酸絡合鐵沉淀。所述使用方法包括：將臭氧通入有機污泥中進行預處理；向臭氧預處理后的污泥中加入單寧酸絡合鐵，充分混合；將臭氧通入單寧酸絡合鐵與污泥的混合液中進行處理。本發明制備的單寧酸絡合鐵加入臭氧氧化處理的污泥系統中，能使系統對污泥蛋白質的降解效果提升25％?35％，能使污泥的脫水效果達到深度脫水水平，壓濾后的泥餅含水率降至40％?55％。

技術研發人員：葛冬冬,馮俊焜,楊鐵林,黃壽強,余雅琳,李丹,宗宇凱
受保護的技術使用者：江蘇理工學院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28