本技术涉及泥浆淤泥脱水处理的，更具体地说，它涉及一种絮凝剂及泥浆淤泥脱水固化处理工艺。
背景技术：
1、淤泥是一种在静水或者缓慢流水环境下沉积所形成的絮状或蜂窝状结构软土，淤泥的含水量大，天然孔隙较多，因此其力学强度也相对较差。泥浆则是淤泥扩散于水中形成的混合液，泥浆的含水量远大于淤泥的含水量，即淤泥与泥浆几乎没有强度，淤泥和泥浆难以制备被工程所用，如直接进行废弃必将导致大量土地资源的浪费。
2、目前，对于淤泥泥浆的处理通常采用脱水固化处理工艺，即在淤泥泥浆中添加絮凝剂，而后再将淤泥絮凝物进行脱水固化，从而实现对淤泥泥浆的回收利用，其中，絮凝剂主要可细分为无机絮凝剂或者有机絮凝剂。
3、常见的无机絮凝剂主要有聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等，但是上述无机絮凝剂使用时用量大，且铁离子和铝离子很容易将造成二次污染。
4、常见的有机絮凝剂主要有聚丙烯酰胺絮凝剂(pam)、阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂(cpam)等，这类有机絮凝剂虽然用量少，絮凝能力强，但是对用量的要求较高，一旦上述有机絮凝剂用量过多，过量的有机絮凝剂将很容易对人类和生态环境造成危害。
5、因此，目前急需一种凝絮能力强且不易造成二次污染的絮凝剂及泥浆淤泥脱水固化处理工艺。
技术实现思路
1、为了改善现有技术中絮凝剂难以兼顾高絮凝及低污染的缺陷，本技术提供一种絮凝剂及泥浆淤泥脱水固化处理工艺。
2、第一方面，本技术提供一种絮凝剂，采用如下的技术方案：
3、一种絮凝剂，包括以下重量份的原料：16-20份甲壳素、4-6份曲霉发酵液、2-3份pla-g-cs、10-12份环氧基季铵盐和8-12份钙盐，所述曲霉发酵液内含有黑曲霉及构巢曲霉，所述pla-g-cs由端羧基聚乳酸接枝壳聚糖制得。
4、通过上述技术方案，甲壳素含有大量的羟基和氨基，其可以与淤泥泥浆中的有机分子，如蛋白质、氨基酸、核酸、酚类化合物等形成氢键、共价键或配位键而牢固结合，从而实现絮凝的效果；而且甲壳素具有生物降解性，无毒无害，对环境难以造成二次污染。
5、曲霉发酵液中存在着黑曲霉活体和构巢曲霉活体，黑曲霉活体和构巢曲霉活体借助pla-g-cs作为载体在pla-g-cs表面大量繁殖；其中，黑曲霉菌丝球表面存在一些短小的菌丝，而这些短小菌丝对小型颗粒具有吸附作用，使得絮凝物逐渐聚集在pla-g-cs周围。
6、另外随着黑曲霉不断生长繁殖，黑曲霉分泌至胞外的代谢物质在pla-g-cs表面的浓度大于溶剂的其他区域；黑曲霉代谢产生的胞外物质多为柠檬酸、葡萄糖酸、草酸等小分子，这些胞外物质具有优良的絮凝效果，进一步使得絮凝物逐渐聚集在pla-g-cs周围；并且黑曲霉发酵液和pla-g-cs都具有生物可降解性，对环境难以造成二次污染。
7、曲霉发酵液除了具有优良的絮凝性能之外，另外，曲菌发酵液中的构巢曲霉还可以在pla-g-cs中的壳聚糖的诱导下形成甲壳素脱乙酰酶，甲壳素脱乙酰酶对部分甲壳素进行脱乙酰化，从而使得部分甲壳素嵌设到pla-g-cs上。
8、而由于壳聚糖上含有三种类型的活性基团，即c2-nh2，c3-oh，c6-oh，其中，c2-nh2是一级氨基，有一对孤对电子，具有很强的亲核性；c3-oh是二级羟基，且不能自由旋转，空间位阻较大，其活性较差，c6-oh是一级羟基，在空间构象上可以自由旋转，位阻小，其活性较高；因此，c2-nh2和c6-oh均可以与环氧基季铵盐中的环氧基进行反应，从而在pla-g-cs上的壳聚糖处引入季铵盐基团，从而有效增加pla-g-cs的絮凝效果，进而促使絮凝剂获得较强的絮凝效果。
9、而由于甲壳素、曲霉发酵液及pla-g-cs的存在，因此，环氧基季铵盐的添加量相对较少，从而促使絮凝剂具有较大的添加量区间，有效降低絮凝剂的用量精度，进而降低环氧基季铵盐过量而产生的二次污染的可能性。
10、金属阳离子可以增强絮凝剂的架桥和电荷中和作用，从而提高絮凝剂的絮凝效果，常见的金属阳离子助剂有三价铁盐、三价铝盐及二价钙盐，但是相对于二价钙盐来说，三价铁盐及三价铝盐很容易产生二次污染问题，因此钙盐相对较优。
11、优选的，所述曲霉发酵液为黑曲霉发酵液及构巢曲霉发酵液的混合液，所述黑曲霉发酵液与构巢曲霉发酵液的质量比为(3-5)：1。
12、通过上述技术方案，若黑曲霉发酵液含量过低，黑曲霉分泌到细胞外的物质不足，降低了絮凝剂的絮凝能力；若黑曲霉发酵液含量过高，黑曲霉分泌到细胞外的物质已经有足够的絮凝效果，而构巢曲霉的含量较低，降低了甲壳素脱乙酰酶的生成量，降低了使甲壳素嵌设到pla-g-cs的效果，从而降低了絮凝剂的絮凝效果；为此，申请人经过大量研究和实验验证后最终确定在本技术的黑曲霉发酵液与构巢曲霉发酵液的质量比以上述为宜。
13、优选的，所述pla-g-cs的制备方法包括以下步骤：
14、制备端羧基聚乳酸：称取丙交酯、水、乳酸锌混合均匀，氮气保护下加热使反应物熔融，得到端羧基聚乳酸；
15、制备pla-g-cs：将所述端羧基聚乳酸溶解在二甲基亚砜中，加入1-乙基-3-二甲基氨基丙基碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺，恒温搅拌，加入壳聚糖溶液反应，透析除去杂质，抽滤除去沉淀，冷冻干燥得到pla-g-cs。
16、通过上述技术方案，首先以乳酸锌为催化剂，在熔融条件下，用水引发丙交酯开环聚合得到端羧基聚乳酸；然后利用1-乙基-3-二甲基氨基丙基碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺作为催化剂，利用cs分子中的氨基和端羧基聚乳酸中的羧基发生偶联反应制备pla-g-cs。
17、优选的，所述端羧基聚乳酸和所述壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量比为10：(0.4-0.8)。
18、通过上述技术方案，若壳聚糖的含量相比于端羧基聚乳酸过高，可能会导致壳聚糖的自聚反应占据主导地位，降低端羧基聚乳酸的接枝率，从而降低絮凝剂的絮凝能力；若壳聚糖的含量相比于端羧基聚乳酸过低，可能导致没有足够的壳聚糖接枝到端羧基聚乳酸上，同样降低絮凝剂的絮凝能力；为此，申请人经过大量研究和实验验证后最终确定在本技术的羧基聚乳酸和壳聚糖的质量比以上述为宜。
19、优选的，所述环氧基季铵盐为2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵与环氧丙基三甲基氯化铵的混合物。
20、通过上述技术方案，2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵与环氧丙基三甲基氯化铵均具有环氧基及季铵盐基团，因此，两者均可以与壳聚糖发生反应；其中，2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵具有长支链，环氧丙基三甲基氯化铵具有短支链，从而促使pla-g-cs具有阳离子、长支链、短支链的混合结构，进而在对泥浆淤泥进行脱水处理时，絮凝剂可以形成大而致密的污泥絮体，即絮凝剂可以具有更为优良的絮凝效果；而且得到的泥饼具有多孔结构，进而提高泥饼的压缩性及水的过滤性。
21、优选的，所述2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵与环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为(1-3)：1。
22、通过上述技术方案，若2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵的含量过少，pla-g-cs表面的阳离子、长支链、短支链的混合结构将以短支链为主，整体结构不够完善，从而降低了絮凝剂的絮凝能力；若2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵的含量过高，pla-g-cs表面的阳离子、长支链、短支链的混合结构将以长支链为主，整体结构仍然不够完善，同样降低了絮凝剂的絮凝能力；为此，申请人经过大量研究和实验验证后最终确定在本技术的2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵与环氧丙基三甲基氯化铵的质量比以上述为宜。
23、第二方面，本技术提供一种絮凝剂的制备方法，采用如下的技术方案：
24、一种絮凝剂的制备方法，用于制备上述任意一项所述的絮凝剂，包括下列步骤：首先将甲壳素、曲霉发酵液及pla-g-cs添加至溶剂中进行充分搅拌，随后加入环氧基季铵盐，而后在uva紫外环境下进行搅拌，最终得到絮凝剂。
25、通过上述技术方案，uva紫外环境除了可以促使环氧基季铵盐更简单稳定地引入至壳聚糖上之外，uva紫外环境对曲霉的抑制效果极低，而且还可以对曲霉发酵液进行诱变，从而提高曲霉发酵液中黑曲霉及构巢曲霉的稳定性，间接提高絮凝剂的絮凝效果。
26、优选的，在uva紫外环境下搅拌时，反应温度为35-40℃，反应时间8-10h。
27、通过上述技术方案，当采用上述反应温度、反应时间时，环氧基季铵盐可以更为简单稳定地引入至甲壳素上，而曲霉发酵液中黑曲霉及构巢曲霉可以更为稳定，间接提高絮凝剂的絮凝效果。
28、优选的，在uva紫外环境下搅拌时，紫外波长400-405nm，ph值为5-7。
29、通过上述技术方案，当采用上述ph值及紫外波长时，环氧基季铵盐可以更为简单稳定地引入至甲壳素上，而曲霉发酵液中黑曲霉及构巢曲霉可以更为稳定，间接提高絮凝剂的絮凝效果。
30、第三方面，本技术提供一种泥浆淤泥脱水固化处理工艺，采用如下的技术方案：
31、一种泥浆淤泥脱水固化处理工艺，包括以下步骤：
32、抽取：将淤泥泥浆抽取至泥浆池内，随后混合搅拌均匀；
33、沉淀：向淤泥泥浆内添加上述絮凝剂，随后搅拌混合并沉淀，得到分层的泥浆絮凝物及上层清液；
34、脱水：将泥浆絮凝物转移至土工布处进行脱水过滤，得到固化泥饼并取出。
35、通过上述技术方案，当上述絮凝剂加入到淤泥泥浆中时，随着时间推移，黑曲霉和构巢曲霉以pla-g-cs为载体逐渐大量繁殖，黑曲霉的菌丝开始吸附小颗粒物质，黑曲霉分泌到胞外的代谢物质逐渐发挥絮凝效果，构巢曲霉形成的甲壳素脱乙酰酶促进甲壳素结合到pla-g-cs上，同时甲壳素发挥絮凝效果，大部分泥浆以pla-g-cs为中心逐渐形成泥浆絮凝物，从而完成固液分离。
36、综上所述，本技术具有以下有益效果：
37、1、pla-g-cs作为曲霉发酵液中的黑曲霉和构巢曲霉的生长载体，曲霉发酵液除了具有优良的絮凝性能之外，曲菌发酵液中的构巢曲霉还可以在可溶性壳聚糖的诱导下形成甲壳素脱乙酰酶，甲壳素脱乙酰酶对部分甲壳素进行脱乙酰化并形成壳聚糖，壳聚糖与环氧基季铵盐中的环氧基进行反应，从而在pla-g-cs上的壳聚糖处引入季铵盐基团，从而促使絮凝剂获得更强的絮凝效果；并且该絮凝剂具有较好的生物降解性，减少絮凝剂对环境的污染；
38、2、甲壳素、pla-g-cs及曲霉发酵液均无毒无害，且由于三者的存在，环氧基季铵盐的添加量相对较少，从而促使絮凝剂具有较大的添加量区间，有效降低絮凝剂的用量精度，进而降低环氧基季铵盐过量而产生的二次污染的可能性；
39、3、环氧丙基三甲基氯化铵具有短支链，2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵具有长支链，从而促使pla-g-cs具有阳离子、长支链、短支链的混合结构，进而在对泥浆淤泥进行脱水处理时，絮凝剂可以形成大而致密的污泥絮体，即絮凝剂可以具有更为优良的絮凝效果。
1.一种絮凝剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：16-20份甲壳素、4-6份曲霉发酵液、2-3份pla-g-cs、10-12份环氧基季铵盐和8-12份钙盐，所述曲霉发酵液内含有黑曲霉及构巢曲霉，所述pla-g-cs由端羧基聚乳酸接枝壳聚糖制得。
2.根据权利要求1所述的絮凝剂，其特征在于：所述曲霉发酵液为黑曲霉发酵液及构巢曲霉发酵液的混合液，所述黑曲霉发酵液与构巢曲霉发酵液的质量比为（3-5）：1。
3.根据权利要求1所述的絮凝剂，其特征在于：所述pla-g-cs的制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的絮凝剂，其特征在于：所述端羧基聚乳酸和所述壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量比为10：（0.4-0.8）。
5.根据权利要求1所述的絮凝剂，其特征在于：所述环氧基季铵盐为2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵与环氧丙基三甲基氯化铵的混合物。
6.根据权利要求5所述的絮凝剂，其特征在于：所述2，3-环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵与环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为（1-3）：1。
7.一种絮凝剂的制备方法，用于制备如权利要求1-6任意一项所述的絮凝剂，其特征在于：首先将甲壳素、曲霉发酵液及pla-g-cs添加至溶剂中进行充分搅拌，随后加入环氧基季铵盐和钙盐，而后在uva紫外环境下进行搅拌，最终得到絮凝剂。
8.根据权利要求7所述的絮凝剂的制备方法，其特征在于：在uva紫外环境下搅拌时，反应温度为35-40℃，反应时间8-10h。
9.根据权利要求7所述的絮凝剂的制备方法，其特征在于：在uva紫外环境下搅拌时，紫外波长400-405nm，ph值为5-7。
10.一种泥浆淤泥脱水固化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
