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，尤其是一種環(huán)境友好型復(fù)合高分子污泥脫水劑及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 截至2012年年底，我國(guó)的城市污水處理率達(dá)到77. 4%。"十二五"期間，我國(guó)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(yáng)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(duì)懸浮物"橋連"形成粗大絮體，其效果的好壞與陰、陽(yáng)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，而且還具有能調(diào)理成分復(fù)雜污泥等優(yōu)點(diǎn)；傳統(tǒng)制備中使用的丙烯 酰胺單體被認(rèn)定為具有致癌性和神經(jīng)毒性，其在水處理藥劑的應(yīng)用會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn) 生危害。而丙烯酸酯類單體具有廉價(jià)、易得，在25°C下的溶解度為6g/100ml，能夠與水和有 機(jī)溶劑進(jìn)行良好的混溶，同時(shí)具有較高的共聚活性，有助于增強(qiáng)聚合物的分子量。更重要的 是其相對(duì)于傳統(tǒng)使用的丙烯酰胺具有低毒、非致癌性，使其成為水處理藥劑開發(fā)中難得的 環(huán)境友好型單體。
[0004] 無機(jī)鹽鐵鹽和鋁鹽由于其礬花內(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)理主要是由于無機(jī)鹽離子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)成為絮凝劑研宄的一個(gè)重要方向。對(duì)無機(jī)-有機(jī)高分子絮凝脫水劑的研宄 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，同時(shí)丙烯酸 酯的無毒無害性，提供一種以有機(jī)高分子和無機(jī)鹽為基礎(chǔ)的環(huán)保型污泥脫水劑的制備方 法。
[0007] 本發(fā)明的目的還在于提供上述制備方法合成的復(fù)合高分子污泥脫水劑。
[0008] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0009] 一種復(fù)合高分子污泥脫水劑的制備方法，包括如下步驟：
[0010] (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(yáng)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(yáng)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；
[0011] (2)步驟⑴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)溫度為25°C-50°C，促 發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長(zhǎng)反應(yīng)；
[0012] (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%的無機(jī) 鹽，充分?jǐn)嚢?，繼續(xù)通氮反應(yīng)l_3h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。
[0013] 步驟（1)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(yáng)離子單體占單體總質(zhì)量的5% -25%。
[0014]步驟（1)所述非離子單體是丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和甲基丙 烯酸乙酯中的一種或兩種以上。
[0015] 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、丙烯酸和丙烯酸鈉中的一種或兩種以上。
[0016] 所述陽(yáng)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和三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨中的一種或兩種以上。
[0017] 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。
[0018] 步驟（3)所述的無機(jī)鹽是三氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸 鋁鐵、三氯化鋁、硫酸鋁、聚合硫酸鋁和聚合氯化鋁中的一種或兩種以上。
[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] 步驟（1)中采用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值。
[0021] 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(shì)能降低，使顆粒凝聚沉淀。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] (1)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。
[0024] (2)本發(fā)明采用環(huán)境友好型的單體進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程溫度平穩(wěn)，單體毒害性低， 殘留小。
[0025] (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(jiǎn)化了投加操作。
[0026] (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，能調(diào)理復(fù)雜水體， 具有用量小，成本低，絮體粗大，無毒害單體殘留，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)。
【附圖說明】
[0027] 圖1為CPAM脫水劑的SEM圖。
[0028] 圖2為本發(fā)明復(fù)合脫水劑的SEM圖。
[0029] 圖3為CPAM脫水劑處理污泥形貌掃描電鏡圖。
[0030]圖4為本發(fā)明復(fù)合脫水劑處理污泥形貌掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下結(jié)合具體實(shí)施例來對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] (1)用去離子水分別將0.76kg丙烯酸甲酯（工業(yè)精制液體，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(guó)路博潤(rùn)公司，下同）配成〇.48kg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1 %質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至4后，開動(dòng) 攪拌，通氮除氧；
[0034] (2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.0035kg過硫酸銨，0.003kg亞硫酸氫鈉， 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;
[0035] (3)在反應(yīng)在進(jìn)行到2h時(shí)，加入0.05kg的三氯化鐵，充分?jǐn)嚢瑁^續(xù)通氮?dú)夥磻?yīng) 2h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。
[0036]