一種復(fù)合高分子污泥脫水劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合高分子污泥脫水劑及其制備方法，包括如下步驟：(1)用去離子水分別將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體配成水溶液，將三者的水溶液混合，調(diào)pH值2-6，通氮，攪拌；(2)步驟(1)制得的混合溶液加入過硫酸鹽類引發(fā)劑、亞硫酸鹽類還原劑、偶氮引發(fā)劑和EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；(3)在反應(yīng)在進(jìn)行到2-4h時(shí)，加入鐵鹽，充分?jǐn)嚢瑁^續(xù)通氮反應(yīng)1-3h，然后升溫至70℃，再繼續(xù)反應(yīng)40～60min后出料，得到膠體依次經(jīng)干燥、粉碎、造粒，即得污泥脫水劑。該脫水劑具有用量小，成本低，pH適用范圍寬，絮體粗大，處理后污泥含水率低，無機(jī)懸浮物處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種復(fù)合高分子污泥脫水劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污泥脫水劑，尤其是一種復(fù)合高分子污泥脫水劑及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]截至2012年年底，我國的城市污水處理率達(dá)到77.4%。“十二五”期間，我國政府提出了 2015年城市污水處理率要達(dá)到80%的目標(biāo)，其中重點(diǎn)城市要達(dá)到85%，中小城市達(dá)到70%。由此必將產(chǎn)生大量的污水廠污泥，使污泥處理成為日益突出的重要問題。
[0003]在污泥處理工藝中，首先要解決的是污泥脫水的問題。兩性有機(jī)高分子污泥脫水劑，同時(shí)具有陰離子有機(jī)高分子絮凝劑和陽離子有機(jī)高分子絮凝劑的特性，絮凝主要通過若干個(gè)高分子鏈對懸浮物“橋連”形成粗大絮體，其效果的好壞與陰、陽離子的含量及相互間的協(xié)同作用有關(guān)。兩性有機(jī)高分子污泥脫水劑應(yīng)用于污泥脫水，不但能使處理后的污泥絮體粗大，泥餅含水率低，而且還具有pH使用范圍寬，能調(diào)理成分復(fù)雜污泥等優(yōu)點(diǎn)；但其仍具有處理工藝較復(fù)雜，最佳投藥量范圍窄，水處理成本高等缺陷。
[0004]無機(jī)脫水劑中的鐵鹽由于其pH適用范圍廣、礬花內(nèi)聚系數(shù)大、低溫低濁處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛。其作用機(jī)理主要是由于三價(jià)鐵離子本身具有很大的水解傾向，從而引發(fā)一系列水解反應(yīng)，進(jìn)而形成一系列不同形態(tài)的多核聚合物，這些多核聚合物往往具有較多的正電荷和較大的表面積，能迅速吸附水體中帶負(fù)電荷的膠體及其他懸浮物。但是無機(jī)脫水劑存在分子量和顆粒度不夠高、聚集體的吸附架橋能力不強(qiáng)、投藥量較多、后處理困難等缺點(diǎn)。
[0005]有機(jī)、無機(jī)脫水劑在性能和成本上具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，因此無機(jī)與有機(jī)高分子脫水劑的復(fù)配已經(jīng)成為絮凝劑研究的一個(gè)重要方向。對無機(jī)-有機(jī)高分子絮凝脫水劑的研究和開發(fā)大多還處于實(shí)驗(yàn)階段，工業(yè)化產(chǎn)品很少，且存在種類單一、分子結(jié)構(gòu)不可控、穩(wěn)定性差和溶解性不好等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于利用無機(jī)、有機(jī)脫水劑在性能和成本上的互補(bǔ)性，提供一種以兩性有機(jī)高分子和鐵鹽為基礎(chǔ)的應(yīng)用在污水污泥處理方面的新型復(fù)合高分子污泥脫水劑的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種復(fù)合高分子污泥脫水劑的制備方法，包括如下步驟:
[0009](I)以質(zhì)量百分比計(jì)，用去離子水分別將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體配成10% -50%的水溶液，將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體的水溶液混合，并調(diào)節(jié)溶液pH值為2-6，通氮，攪拌；配制的混合溶液中，非離子單體占單體總質(zhì)量的50% -90%，陰離子單體占單體總質(zhì)量的5% -25%，陽離子單體占單體總質(zhì)量的5% -25% ;
[0010](2)步驟(1)制得的混合溶液中加入相當(dāng)于單體總質(zhì)量0.05% -0.5%的過硫酸鹽類引發(fā)劑、0.05% -0.5%的亞硫酸鹽類還原劑、0.05% -0.5%的偶氮引發(fā)劑和0.05% -0.5%的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；
[0011](3)步驟⑵中的反應(yīng)在進(jìn)行到2_4h時(shí)，加入占單體總質(zhì)量為1% -30%的鐵鹽，充分?jǐn)嚢?，繼續(xù)通氮反應(yīng)l_3h，然后升溫至70°C，再繼續(xù)反應(yīng)40~60min后出料，得到膠體依次經(jīng)干燥、粉碎、造粒，即得復(fù)合高分子污泥脫水劑。
[0012]步驟(1)所述非離子單體是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。
[0013]所述陰離子單體是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸或丙烯酸納。
[0014]所述陽離子單體是丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基三甲基氯化銨或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨。
[0015]步驟(2)中所述的過硫酸鹽類引發(fā)劑是過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀，亞硫酸鹽類還原劑是亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉，偶氮引發(fā)劑是偶氮二異丁脒鹽酸鹽或偶氮二咪唑啉 基丙烷二鹽酸鹽。
[0016]步驟(1)中采用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值。
[0017]步驟⑵反應(yīng)溫度為25°C _60°C。
[0018]步驟(3)所述的鐵鹽是三氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵或聚合硫酸鋁鐵。
[0019]各原料中無機(jī)物總質(zhì)量與有機(jī)物總質(zhì)量之比為10:1~20:1。
[0020]本發(fā)明成功的利用了有機(jī)、無機(jī)脫水劑的特點(diǎn)，復(fù)合兩者達(dá)到了協(xié)同的功效，具體是采用無機(jī)組分與有機(jī)組分進(jìn)行有效組合，有機(jī)組分的反應(yīng)機(jī)理為自由基水溶液的三元共聚合，采用氧化還原引發(fā)劑和偶氮引發(fā)劑復(fù)合引發(fā)。原理為:污泥膠體顆粒由于表面張力的作用吸收水分成為吸附水，膠體顆粒表面帶負(fù)電相互排斥，妨礙顆粒的聚集，加入本發(fā)明無機(jī)-有機(jī)高分子復(fù)合脫水劑后，無機(jī)部分使分散的膠體顆粒電荷得到中和，使其呈不穩(wěn)定狀態(tài)，并且同時(shí)增加了無機(jī)懸浮物的沉降性；而有機(jī)部分則通過架橋效應(yīng)將微粒聚集在一起，并通過分子鏈上的電荷中和作用使粒子間的斥力勢能降低，使顆粒凝聚沉淀。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)本發(fā)明的制備方法采用的是三元水溶液共聚法，并以氧化還原引發(fā)劑和偶氮引發(fā)劑作為復(fù)合引發(fā)，使共聚物聚合過程平穩(wěn)，分子結(jié)構(gòu)均勻，轉(zhuǎn)化率高。
[0023](2)本發(fā)明在反應(yīng)結(jié)束前進(jìn)行升溫操作，提高了共聚的轉(zhuǎn)化率，降低了丙烯酰胺單體的殘余量。
[0024](3)本發(fā)明利用無機(jī)、有機(jī)脫水劑在成本與性能上的互補(bǔ)性，成功進(jìn)行復(fù)合制備，節(jié)約了制備成本，簡化了投加操作。
[0025](4)本發(fā)明提供的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合高分子脫水劑用于污泥處理，具有用量小，pH適用范圍寬，絮體粗大，處理后污泥含水率低，無機(jī)懸浮物處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為不同脫水劑處理污泥形貌掃描電鏡圖，左圖為CPAM處理過的，右圖為本發(fā)明復(fù)合脫水劑處理過的。
[0027]圖2為本發(fā)明復(fù)合脫水劑與CPAM調(diào)理不同pH污泥含水率變化圖。
[0028]圖3為本發(fā)明復(fù)合脫水劑與CPAM調(diào)理不同pH污泥比阻變化圖。[0029]圖4為實(shí)施例1制得的復(fù)合脫水劑的透射電鏡圖，左圖為放大5000倍，右圖為放大10000倍。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合具體實(shí)施例來對發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0031]實(shí)施例1
[0032](I)用去離子水分別將0.76kg丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑，江西昌九公司，下同)配成7.6kg水溶液，0.08kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(濃度為60%的工業(yè)精制溶液，美國路博潤公司，下同)配成0.48kg水溶液，0.26kg丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(濃度為70%的工業(yè)精制溶液，江蘇南天公司，下同)配成1.8kg水溶液。將上述三種水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)釜中，用I %質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH至4后，開動攪拌，通氮除氧；
[0033](2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.006kg過硫酸銨，0.003kg亞硫酸氫納，0.003kg偶氮二異丁脒鹽酸鹽(工業(yè)精制結(jié)晶，廣州創(chuàng)緣公司，下同)，0.002kg的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為45°C ；
[0034](3)在反應(yīng)在進(jìn)行到2h時(shí)，加入0.1kg的三氯化鐵，充分?jǐn)嚢?，繼續(xù)通氮?dú)夥磻?yīng)2h然后升溫至70°C，再反應(yīng)40min出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒既得無機(jī)-有機(jī)復(fù)合高分子污泥脫水劑(復(fù)合藥劑)。 [0035]將通過實(shí)施例1制得的復(fù)合污泥脫水劑處理過的待脫水污泥與陽離子丙烯酰胺CPAM處理過的作比較，分析污泥絮體形貌特征，如圖1。通過對比得出，復(fù)合污泥脫水劑提高了污泥絮體的體積與密實(shí)性，有助于污泥脫水性能的提高。
[0036]將通過實(shí)施例1制得的復(fù)合脫水劑與CPAM分別調(diào)理不同pH值的污泥，分析脫水劑的PH適應(yīng)性，結(jié)果如圖2、3。通過對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明復(fù)合脫水劑對pH更寬的污泥仍能起到很好的調(diào)理作用。
[0037]如圖4所示，本發(fā)明復(fù)合脫水劑分子呈現(xiàn)長鏈結(jié)構(gòu)，分子鏈剛性好，能夠充分伸展，鏈條支鏈及交聯(lián)現(xiàn)象很少，使分子絮凝活性提高，有利于對污泥的架橋作用。
[0038]實(shí)施例2
[0039](I)用去離子水分別將0.73kg丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑)配成7.3kg水溶液，
0.13kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(濃度為60%的工業(yè)精制溶液)配成0.8kg水溶液，
0.22kg丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(濃度為70%的工業(yè)精制溶液)配成1.5kg水溶液。將上述三種水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)釜中，用1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH至3后，開動攪拌，通氮除氧；
[0040](2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.004kg過硫酸鉀，0.002kg亞硫酸鈉，0.005kg偶氮二咪唑啉基丙烷二鹽酸鹽，0.004kg的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為30°C ；
[0041](3)在反應(yīng)在進(jìn)行到3h時(shí)，加入0.05kg的硫酸鐵，充分?jǐn)嚢瑁^續(xù)通氮?dú)夥磻?yīng)3h然后升溫至70°C，再反應(yīng)40min出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒既得無機(jī)-有機(jī)復(fù)合高分子污泥脫水劑。
[0042]實(shí)施例3
[0043](I)用去離子水分別將0.68kg甲基丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑)配成6.8kg水溶液，0.14kg丙烯酸(濃度為60%的工業(yè)精制溶液)配成0.82kg水溶液，0.33kg 二甲基二烯丙基三甲基氯化銨(濃度為70%的工業(yè)精制溶液)配成2.3kg水溶液。將上述三種水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)釜中，用I %質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH至5后，開動攪拌，通氮除氧；
[0044](2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.004kg過硫酸鉀，0.005kg亞硫酸氫納，0.004kg偶氮二異丁脒鹽酸鹽，再加入0.004kg的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為55°C，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；
[0045](3)在反應(yīng)在進(jìn)行到4h時(shí)，加入0.2kg的聚合氯化鐵，充分?jǐn)嚢瑁^續(xù)通氮?dú)夥磻?yīng)3h然后升溫至70°C，再反應(yīng)40min出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒既得無機(jī)-有機(jī)復(fù)合高分子污泥脫水劑。
[0046]實(shí)施例4
[0047](I)用去離子水分別將0.76kg甲基丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑)配成4.5kg水溶液，0.31kg丙烯酸納(濃度為60%的工業(yè)精制溶液)配成1.9kg水溶液，0.5kg三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨(濃度為70%的工業(yè)精制溶液)配成3.5kg水溶液。將上述三種水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)釜中，用I %質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH至6后，開動攪拌，通氮除氧；
[0048](2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.006kg過硫酸銨，0.002kg亞硫酸氫納，0.004kg偶氮二咪唑啉基丙烷二鹽酸鹽，再加入0.002kg的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為30°C，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；
[0049](3)在反應(yīng)在進(jìn)行到3h時(shí)，加入0.3kg的聚合硫酸鐵，充分?jǐn)嚢?，繼續(xù)通氮?dú)夥磻?yīng)2h然后升溫至70°C，再反應(yīng)40min出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒既得無機(jī)-有機(jī)復(fù)合高分子污泥脫水劑。
[0050]將上述實(shí)施例制得的無機(jī)-有機(jī)高分子污泥脫水劑應(yīng)用于某城市污水處理廠待脫水污泥(含水率96% -98%，pH值6.8)，投藥量為40mg/l，并用某市售的陽離子丙烯酰胺CPAM作比較，處理效果列于表1。
[0051]表1
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合高分子污泥脫水劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)以質(zhì)量百分比計(jì)，用去離子水分別將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體配成10 %-50 %的水溶液，將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體的水溶液混合，并調(diào)節(jié)溶液pH值為2-6，通氮，攪拌；配制的混合溶液中，非離子單體占單體總質(zhì)量的50% -90%，陰離子單體占單體總質(zhì)量的5% -25%，陽離子單體占單體總質(zhì)量的5% -25% ； (2)步驟(1)制得的混合溶液中加入均相當(dāng)于單體總質(zhì)量0.05%-0.5%的過硫酸鹽類引發(fā)劑、亞硫酸鹽類還原劑、偶氮引發(fā)劑和EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng); (3)步驟(2)中的反應(yīng)在進(jìn)行到2-4h時(shí)，加入占單體總質(zhì)量為1%-30%的鐵鹽，充分?jǐn)嚢?，繼續(xù)通氮反應(yīng)l_3h，然后升溫至70°C，再繼續(xù)反應(yīng)40~60min后出料，得到膠體依次經(jīng)干燥、粉碎、造粒，即得復(fù)合高分子污泥脫水劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述非離子單體是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述陰離子單體是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸或丙烯酸納。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述陽離子單體是丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基三甲基氯化銨或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的過硫酸鹽類引發(fā)劑是過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀，亞硫酸鹽類還原劑是亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉，偶氮引發(fā)劑是偶氮二異丁脒鹽酸鹽或偶氮二咪唑啉基丙烷二鹽酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(1)中采用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(2)反應(yīng)溫度為25°C-60°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述的鐵鹽是三氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵或聚合硫酸招鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，各原料中無機(jī)物總質(zhì)量與有機(jī)物總質(zhì)量之比為10:1~20:1。
10.權(quán)利要求1~9任意一項(xiàng)所述方法制備的高分子污泥脫水劑。
【文檔編號】C02F11/14GK104004130SQ201410236050
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】程建華, 齊亮, 梁小燕 申請人:華南理工大學(xué)