创新实验论文（李艺）

利用剩余活性污泥生产可生物降解工业包装材料食品学院 03包装工程1班 郑羽茜 李艺 03级包装工程2班 赖贤君 摘要该项目利用污水处理过程产生的剩余污泥（Excess activated sludge）为主要原材料，添加适当的增塑剂等添加剂，通过特殊的加工，制造成可生物降解的工业缓冲防震包装材料（简称工包材料）。以此替代目前广泛使用的不可生物降解发泡塑料工包材料，从而有效降低包装材料生产的成本，减少环境污染。该实验经过了复合材料配方的筛选，复合材料的胶联与发泡工艺，可生物降解工包材料生产工艺研究及设备选型，可生物降解工包材料的理化性质及其降解特性的研究等实施方案的实行。在实验中我们以剩余活性污泥为主要原材料，以少量的草质纤维、淀粉为辅料，并添加一定的纸模助剂后制成浆状物，然后以不同的配方在不同的加工条件下发泡，再进行成模能力的研究。并筛选出2-3个合适的配方。在材料的胶联实验中取得了一定的成果。关键词 剩余活性污泥，甲醛，胶联，发泡，模压，瓦楞纸浆，胶水前 言利用剩余活性污泥(Excess activated sludge)生产可生物降解的工业包装（工包）材料，作为现今的不可生物降解工包材料（主要由发泡塑料或纸浆制成）的替代品，以减轻环境污染，以及对有限的森林资源的依赖。为剩余活性污泥再利用开创全新途径，降低污水厂处理成本，增加污水处理厂收入，减少剩余活性污泥造成的环境污染。因此，本实验将具有很好的经济前景、环保和社会效益。剩余活性污泥是工业或生活废水处理过程所产生的固形废物，通常占污水总量的0.51.0。由于其成分复杂，既含有大量的有机质，又含有有害的重金属，病原微生物等，因此处理和处置费用高，堆放风险大。目前，污泥的常用处理方法有填埋、焚烧、工业利用及农业利用等。另外，现在还有湿式氧化法（WO）法、厌氧消化和热干燥法、生物处理法、污泥减溶化技术等等一系列的新处理技术。但由于这些处理技术所需要的设备复杂，运行和维护费用高，投资很大，只有大、中型企业才能承担得起。而且这些处理方法都有造成第二次污染的可能。 目前，工业防震包装材料的主要原材料是发泡塑料树脂、木质或草质纤维制成的纸浆模塑等。用树脂生产出来的塑料泡沫包装材料是不可降解的，它造成的环境问题已引起了世界各国的普遍关注；而木质纤维的取得要靠砍伐树木或农副产品来获得，对目前有限的森林资源无疑是一大破坏，而农副产品存在季节信赖性强，来源不稳等特点。而且生产成本太高，这是纸浆模塑工包材料广泛推广利用一大障碍。对活性污泥的资源化利用正处于开发阶段，现在有利用食品工厂的活性污泥发酵生产的研究，有利用城市污泥制造有机活性复混肥的研究等等，但利用活性污泥进行生产可降解的工包材料的研究未见报道，故在这一领域的研究是有相当广阔的空间的。环境保护与资源的有效利用成为当今时代的重要研究课题，环境污染与资源浪费成为全球性的重大问题。变废为宝，转害为利是解决这一问题的一个有效途径。针对不可降解的塑料垃圾对环境造成严重的危害，可生物降解的包装材料的开发与利用无疑是缓解这一污染问题的一大法宝。如今，可生物降解的包装材料已经成为产品包装的新趋向，而且在将来必然会被大量采用。而我们小组的研究项目正是利用活性污泥中富含可生物降解材料这一特点，以剩余活性污泥作为生产工业包装材料的主要原材料，通过一定的技术加工，生产出可生物降解的工业缓冲防震包装材料，不仅同样可以实现可生物降解的目的，而且其所利用的原材料是污水处理后剩余的污泥，原料的成本低，且来源广泛，不受季节影响；同时也是对废弃污泥的有效利用，帮助解决现在污水处理工厂中普遍存在的剩余污泥处理难的问题，可谓一举多得。在2004年初我们导师就已经开始了这方面的研究，主要研究利用剩余活性污泥生产一次性可降解材料，包括城市用一次性垃圾筒、农用花钵或苗钵等。并取得突破性进展。已经确定的材料配方、生产工艺及设备选型。目前正在申请专利。1 实验材料与仪器11 实验材料与试剂剩余活性污泥，甲醛（工业级，浓度为40的水溶液），氨水（工业级，浓度为35左右），碳酸气钠，碳酸铵，碳酸氢铵，聚苯乙烯，瓦楞纸浆12 实验仪器大烧杯1000ml(2个)，小烧杯，锅，玻璃棒，温度计，药匙，电热炉，PH试纸，量筒DS-1型高速组织捣碎机，上海标本模型厂HZS-H型水浴振荡器，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司1010-2型电热鼓风干燥器，上海实验仪器厂有限公司搅拌机抽风机2 实验方法21 剩余活性污泥的胶联211 样品处理将87份剩余活性污泥、9份甲醛分别投入反应釜，进行搅拌（搅拌器转速约100转/分），再加入4份氨水，调节pH值至8，通蒸汽升温到50左右时，停止加热，反应温度会继续上升至5560，控制在60以下，维持搅拌反应120分钟后出料至盛器，得糊状蛋白质交联产物（蛋白质树脂）。22 剩余活性污泥的发泡221 样品处理按剩余活性污泥质量的10、20、30称取发泡剂（NaHCO3或NH4HCO3或（NH4）2CO3），掺入剩余活性污泥交联产物中搅拌均匀，按一定量装入体积为200cm3的方形金属容器中，然后将其放入烘箱中烘烤，温度设定为140，时间为1小时。222 测定测出发泡之后的剩余活性污泥的体积。23 剩余活性污泥纸浆纤维胶水发泡剂的胶联发泡231 样品处理用捣碎机将瓦楞纸捣碎，按剩余活性污泥质量的60向交联之后的剩余活性污泥中掺入纸浆，再掺入与剩余活性污泥同等质量的胶水，用搅拌器将混合物搅拌均匀，按2.2.1中的样品处理方法进行发泡。232 测定对烘干之后的实验成品进行测体积和质量，然后计算出其密度。24剩余活性污泥纸浆纤维胶水的对照实验241 样品处理用捣碎机将瓦楞纸捣碎，按剩余活性污泥质量的60向交联之后的剩余活性污泥中掺入纸浆，再掺入与剩余活性污泥同等质量的胶水，用搅拌器将混合物搅拌均匀。242 测定对烘干之后的实验成品进行测体积和质量，然后计算出其密度。3实验结果与分析31剩余活性污泥的胶联 经过胶联的剩余活性污泥由原来的松散状变为粘稠状，污泥具有一定的黏性，摸上去的感觉像橡皮泥。32剩余活性污泥的发泡把胶联后的剩余活性污泥添加进一定剂量的发泡剂后，发到干燥箱里干燥，结果成品的表面有龟裂状，表面干松且坚硬，成品的里面仍然湿润，且有许多的小洞。33剩余活性污泥加瓦楞纸浆的胶联发泡成品的粘稠性有点改善，但并不明显。发泡也不明显，剖开成品看不到小洞。但成品的柔韧性和缓冲性有所提高。34剩余活性污泥加胶水的对照实验实验结果表明剩余活性污泥纸浆纤维胶水发泡剂的组合发泡特征，与剩余活性污泥纸浆纤维胶水的组合相比其体积没有明显的膨胀，但测定了两者的密度之后，我们发现第一组的密度比第二组的小（第一组实验产品的密度为6.6102kg/m3,第二组的密度为6.8102 kg/m3），这说明第一组实验产品有了一些发泡的效果，虽然这种发泡不明显。4 实验结论与讨论41实验结果表明剩余活性污泥的胶联使得污泥具有一定的粘稠性，但成品的粘稠性并不大，不足以把气泡包住，所以实验没有取得成功。42实验结果表明剩余活性污泥本身并没有粘性，经过胶联后，污泥具有一点粘性，但粘性不大，所以污泥无法把发泡剂产生的气体包住，使得气体由污泥中逸出，所以经过不同温度干燥后的污泥里面有一个个气体逸出后留下的小洞洞。发泡不成功。但温度对成品的发泡居有一定的影响。由此可以看出，上一步的剩余活性污泥的胶联是此次实验的关键。43实验结果表明添加了瓦楞纸浆的剩余活性污泥的粘稠性并没有得到很好的改善，仍然无法使得污泥发泡成功。添加纸浆无法改变污泥的粘稠性，但却能改变污泥的柔软性，韧性和缓冲性能。成品有点像市场上装鸡蛋的纸浆模塑。44实验结果表明加胶水后的剩余活性污泥的粘稠性仍然没有得到改善，污泥发泡不成功，但降低了成品的密度。可能是加入的胶水本身的粘稠性并不高，所以无法提高污泥的粘稠性。45由于本创新实践活动的关键工艺胶联发泡没有成功解决，又由于时间和实验材料仪器的不足，故本实验没有形成具体的成果，但所使用的污泥交联法，使污泥的成型能力大大提高，为制备其他一次性材料提供了实验数据。而且从实验中所获得的其他认识和经验可以作为后续工作者的借鉴。参 考 文 献1刘锦春，陆家燕.剩余活性污泥制蛋白质塑料.国家专利局发明专利申请公开说明书，19