CN100535020C - 一种新型两性离子高分子污泥脱水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型两性离子高分子污泥脱水剂及其制备方法，采用非离子单体、阴离子单体和阳离子单体自由基水溶液三元共聚合，在pH值偏酸性的条件下，以水溶性的氧化还原引发剂和偶氮引发剂复合引发，分步骤“先加入阳离子单体，再加入阴离子单体”，合成了偏阳离子性的两性离子高分子污泥脱水剂。该污泥脱水剂用于污泥处理，具有用量小，pH值适用范围宽，絮体粗大，处理后污泥含水率低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型两性离子高分子污泥脱水剂及其制备方法。
背景技术
目前，污泥脱水剂通常分为两类，一类是无机药剂，主要包括铁盐、铝盐，另一类是有机高分子药剂，有阳离子型、阴离子型和非离子型。随着污水、污泥处理所产生污泥量的增加以及污泥特性变差，阳离子聚合物絮凝剂对富含有机物的生产、生活废水的处理，存在脱水滤饼含水率高、絮体强度弱(SS回收率低)、脱水污泥泥饼的剥离性能不佳等问题，难以获得充分的脱水效果。
为克服上述阳离子聚合物絮凝剂的缺陷，已有人提出了解决办法：日特开昭58-215454号专利公开了一种阳离子高分子絮凝剂和阴离子高分子絮凝剂共同使用的方法，但上述方法在各成分混合比例、投加操作上十分繁琐；特开昭53-149292号公报公开了包含季铵基的两性高分子脱水剂，该方法所得污泥泥饼含水率高，滤布剥离生不佳；特开昭62-205112号公报公开了叔铵基的两性高分子脱水剂，但叔铵基在高pH值范围不解离，该方法对于具有高pH值的污泥，其性能显著下降；特开平3-18900号公报公开了同时具有叔铵基和季铵基的两性高分子脱水剂，改进了上述专利的欠缺，但是其在投加量及污泥泥饼含水率方面仍然不能令人满意。
国内发明专利97123344.6公开了一种两性聚丙烯酰胺絮凝剂及其制备方法，该方法制备的胶体回弹性差，难于造粒成型，不适宜于粉状产品制备；99111315.2公开了采用“前加碱共聚，后水解聚合工艺”合成了超高分子量的两性离子聚合物的制备方法，但在污泥脱水应用中，偏阳离子性的共聚物脱水性能优越，而偏阳离子性的共聚物宜在偏酸性的条件下引发聚合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术混合操作繁琐、污泥脱水效果差、pH值范围不宽的缺点，提供一种偏阳离子性的应用于污水污泥处理方面的新型两性离子高分子污泥脱水剂的制备方法。
本发明的目的还在于提供上述制备方法合成的新型两性离子高分子污泥脱水剂。
本发明的新型两性离子高分子污泥脱水剂的制备方法，其特征在于聚合反应的机理为自由基水溶液三元共聚合其聚合反应的机理为自由基水溶液三元共聚合，采用氧化还原引发剂和偶氮引发剂复合引发，包括如下步骤：
(1)以质量百分比计，用去离子水分别将非离子单体、阴离子单体和阳离子单体配成浓度为10％～40％质量的水溶液，先将阳离子单体水溶液和部分非离子单体水溶液加入反应釜中，通氮；配制的单体溶液中，非离子单体占单体总质量的40％～85％，阴离子单体占单体总质量的7.5％～30％，阳离子单体占单体总质量的7.5％～30％。
(2)步骤(1)制得的溶液中分别加入均相当于单体总质量0.1％～1％的过硫酸盐类引发剂、亚硫酸盐类还原剂和偶氮引发剂，再加入相当于单体总质量0.1％～1％的EDTA-2Na，控制反应温度为5℃～50℃，促发链引发和链增长反应；
(3)步骤(2)的反应溶液中加入步骤(1)得到的pH值调节为2～6的阴离子单体水溶液和剩余的非离子单体水溶液，反应3～10小时，出料，得到胶体干燥、粉碎、造粒即得两性离子高分子污泥脱水剂；
步骤(1)配制的单体溶液中，非离子单体占单体总质量的40％～85％，阴离子单体占单体总质量的7.5％～30％，阳离子单体占单体总质量的7.5％～30％。
步骤(1)所述非离子单体优选是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；阴离子单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、丙烯酸或丙烯酸钠；阳离子单体是丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基三甲基氯化铵或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化铵。
步骤(2)中所述的过硫酸盐类引发剂优选是过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾，亚硫酸盐类还原剂是亚硫酸氢钠或亚硫酸钠，偶氮引发剂是偶氮双异丁脒盐酸盐或偶氮双甲基咪唑啉丙烷盐酸盐。
新型两性离子高分子污泥脱水剂的制备方法，聚合反应的pH值为偏酸性条件下进行，该高分子链是偏阳离子性的。当pH＞7时，单体分子或聚合物会发生水解，形成含有羧基的聚合物。要想得到偏阳离子性的共聚物宜在偏酸性的条件下，因此选pH值偏酸性范围内引发聚合反应。
新型两性离子高分子污泥脱水剂的制备方法，聚合反应分步骤“先加入阳离子单体，再加入阴离子单体”。为了得到组成均匀的共聚物，按组成要求设计投料比，先加入部分非离子单体和阳离子单体，反应过程中再补充非离子单体以及加入阴离子单体，以保证配比基本保持相对恒定。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)、本发明的制备方法采取“先加入阳离子单体，再加入阴离子单体”，使共聚物的分子结构组成较均匀。
(2)、本发明的制备方法采取在偏酸性的条件下引发聚合，制得偏阳离子性的两性离子高分子污泥脱水剂。
(3)、本发明的提供的两性离子高分子污泥脱水剂用于污泥处理，具有用量小，pH适用范围宽，絮体粗大，处理后污泥含水率低等优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)用去离子水分别将1.6千克丙烯酰胺(工业精制纯粉剂)配成16千克水溶液，0.15千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(工业精制纯粉剂)配成1.5千克水溶液，0.32千克丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(浓度为80％的工业精制溶液)配成2.5千克水溶液。先将2.5千克丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液和8千克丙烯酰胺水溶液加入带有搅拌器和加热夹套的搪瓷反应器中，开动搅拌，通氮；
(2)向反应釜的溶液中分别加入0.008千克过硫酸铵，0.002千克亚硫酸氢钠，0.014千克偶氮双异丁脒盐酸盐，再加入0.02千克的EDTA-2Na，控制反应温度为25℃，促发链引发和链增长反应；
(3)向釜内反应溶液中加入经盐酸和氢氧化钠调节pH值为2的1.5千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸水溶液和8千克丙烯酰胺水溶液，反应5小时，出料，得到胶体干燥、粉碎、造粒即得两性离子高分子污泥脱水剂。
实施例2
(1)用去离子水分别将1.6千克甲基丙烯酰胺(工业精制纯粉剂)配成8千克水溶液，1.2千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(工业精制纯粉剂)配成6千克水溶液，1.5千克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(浓度为80％的工业精制溶液)配成6千克水溶液。先将6千克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液和3千克甲基丙烯酰胺水溶液加入带有搅拌器和加热夹套的搪瓷反应器中，开动搅拌，通氮；
(2)向反应釜的溶液中分别加入0.016千克过硫酸钠，0.004千克亚硫酸钠，0.028千克偶氮双甲基咪唑啉丙烷盐酸盐，再加入0.04千克的EDTA-2Na，控制反应温度为5℃，促发链引发和链增长反应；
(3)向釜内反应溶液中加入经盐酸和氢氧化钠调节pH值为4的6千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液和5千克甲基丙烯酰胺水溶液，反应10小时，出料，得到胶体干燥、粉碎、造粒即得两性离子高分子污泥脱水剂。
实施例3
(1)用去离子水分别将3.6千克丙烯酰胺(工业精制纯粉剂)配成12千克水溶液，1.02千克丙烯酸(工业精制纯溶液)配成3.4千克水溶液，2.3千克二甲基二烯丙基三甲基氯化铵(浓度为60％的工业精制溶液)配成4.6千克水溶液。先将4.6千克二甲基二烯丙基三甲基氯化铵水溶液和8千克丙烯酰胺水溶液加入带有搅拌器和加热夹套的搪瓷反应器中，开动搅拌，通氮；
(2)向反应釜的溶液中分别加入0.024千克过硫酸钾，0.006千克亚硫酸氢钠，0.042千克偶氮双异丁脒盐酸盐，再加入0.06千克的EDTA-2Na，控制反应温度为50℃，促发链引发和链增长反应；
(3)向釜内反应溶液中加入经盐酸和氢氧化钠调节pH值为6的3.4千克丙烯酸水溶液和4千克丙烯酰胺水溶液，反应3小时，出料，得到胶体干燥、粉碎、造粒即得两性离子高分子污泥脱水剂。
实施例4
(1)用去离子水分别将6.8千克甲基丙烯酰胺(工业精制纯粉剂)配成17千克水溶液，0.6千克丙烯酸钠(工业精制纯溶液)配成1.5千克水溶液，0.75千克三甲胺基丙烯酸甲酯氯化铵(浓度为80％的工业精制溶液)配成1.5千克水溶液。先将1.5千克三甲胺基丙烯酸甲酯氯化铵水溶液和17千克甲基丙烯酰胺水溶液加入带有搅拌器和加热夹套的搪瓷反应器中，开动搅拌，通氮；
(2)向反应釜的溶液中分别加入0.032千克过硫酸铵，0.008千克亚硫酸钠，0.056千克偶氮双甲基咪唑啉丙烷盐酸盐，再加入0.08千克的EDTA-2Na，控制反应温度为35℃，促发链引发和链增长反应；
(3)向釜内反应溶液中加入经盐酸和氢氧化钠调节pH值为3的1.5千克丙烯酸钠水溶液，反应8小时，出料，得到胶体干燥、粉碎、造粒即得两性离子高分子污泥脱水剂。
将实施例1一制得的两性离子高分子污泥脱水剂应用于某城市生活污水处理厂待脱水污泥(含水率97～98％，pH值6.8)，结果表明：用两性离子高分子污泥脱水剂，当投药量为40mg/L时，污泥比阻从28.4×1012m/kg下降到7.8×1012m/kg，含水率下降到77.2％；同样条件下，某市售CPAM处理后污泥比阻16.1×1012m/kg，含水率79.7％。将该污泥pH值调至8.5时，本发明两性离子高分子污泥脱水剂处理后污泥比阻13.2×1012m/kg，含水率79.5％；某市售CPAM处理后污泥比阻23.5×1012m/kg，含水率84.6％；pH值调至9.5时，本发明两性离子高分子污泥脱水剂处理后污泥比阻18.2×1012m/kg，含水率81.5％；某市售CPAM处理后污泥比阻35.5×1012m/kg，含水率87.6％
Claims (5)
1、一种两性离子高分子污泥脱水剂的制备方法，其特征在于聚合反应的机理为通过自由基水溶液三元共聚合，采用氧化还原引发剂和偶氮引发剂复合引发制得，包括如下步骤：
(1)以质量百分比计，用去离子水分别将非离子单体、阴离子单体和阳离子单体配成浓度为10％～40％质量的水溶液，先将阳离子单体水溶液和部分非离子单体水溶液加入反应釜中，通氮；配制的单体溶液中，非离子单体占单体总质量的40％～85％，阴离子单体占单体总质量的7.5％～30％，阳离子单体占单体总质量的7.5％～30％；
(2)步骤(1)制得的溶液中分别加入均相当于单体总质量0.1％～1％的过硫酸盐类引发剂、亚硫酸盐类还原剂和偶氮引发剂，再加入相当于单体总质量0.1％～1％的EDTA-2Na，控制反应温度为5℃～50℃，促发链引发和链增长反应；
(3)步骤(2)的反应溶液中加入步骤(1)得到的pH值调节为2～6的阴离子单体水溶液和剩余的非离子单体水溶液，反应3～10小时，出料，得到胶体干燥、粉碎、造粒即得两性离子高分子污泥脱水剂。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于所述非离子单体是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；阴离子单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、丙烯酸或丙烯酸钠；阳离子单体是丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基三甲基氯化铵或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化铵。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述的过硫酸盐类引发剂是过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾，亚硫酸盐类还原剂是亚硫酸氢钠或亚硫酸钠，偶氮引发剂是偶氮双异丁脒盐酸盐或偶氮双甲基咪唑啉丙烷盐酸盐。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(3)中采用盐酸或氢氧化钠调节pH值。
5、权利要求1-4之一所述方法制备的两性离子高分子污泥脱水剂。
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