CN101367573A - 一种用于污水处理的化合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于污水处理的化合物，特征是取酸装入容器中搅拌，用冰浴将容器冷却，将烯丙胺滴加到正在搅拌的酸中制成溶液；在溶液中加入水搅拌均匀，加入引发剂搅拌均匀，再加入引发剂继续搅拌均匀后冷却至室温，加入水搅拌均匀，过滤；将滤液加入到有机溶剂中，混合成白色固体；将白色固体加入到冰水中搅拌至全溶，加入交联剂进行室温反应再加入水，搅拌、抽滤；再将滤饼加入有机溶剂中，搅拌，抽滤，经真空干燥即得化合物。本发明可增加阳离子的数量，也可以与大量的阴离子亲水基团结合在一起，起到絮凝的作用；生产成本低廉，工艺简单，使用方便；在城市污水处理中使用，能有效去除污水中的磷，可提高污水处理的效果。

Description

一种用于污水处理的化合物

技术领域

本发明涉及一种用于污水处理的化合物，具体地说是一种阳离子聚合物，用于污水处理的除磷化合物，属于污水处理技术领域，

背景技术

城市污水处理工艺在七、八十年代中期，以传统的活性污泥法居多，主要以除去化学需氧量(COD)为对象，对处理后出水中的氮、磷指标要求不高。近年来，伴随着工业生产的发展以及人们生活水平的提高，工业污水量以及城市生活污水量正以惊人的速度猛增，这些污水或已经或正在污染着人类赖以生存的江、河及湖泊，已构成威胁人类生存环境的原因之一，污水的治理已成为环境保护最重要的课题之一。现有的污水处理技术主要采用生物法、化学处理法、物理处理法。

污水物理处理法因成本过高、技术复杂而很少应用。

化学处理法是最早采用的一种除磷方法，它是以磷酸盐能和某些化学物质如铁盐、铝盐、石灰等反应生成不溶的沉淀物为基础进行的，其产物常具有絮凝的作用，有助于磷酸盐的分离，此过程通常投加高分子絮凝剂来强化。

污水生物处理是污水脱氨除磷广泛应用的技术之一，其除磷原理是将活性污泥在厌氧好氧环境中交替，使具有较强吸收磷的一类细菌成为系统中的优势菌种，磷被微生物大量吸收转化为固态，从而通过沉降实现泥水分离，排除剩余活性污泥，从污水中除去磷。

生物除磷工艺象其它污水生化处理工艺一样，对工艺条件的变化较化学除磷工艺更为敏感。另一方面，必须保持非常低的出水悬浮物浓度，因为富集磷的活性污泥磷含量可达6％，而一般活性污泥中的含磷量仅为2％。举例来说，如果生化除磷工艺的出水悬浮物浓度为20mg/l，这就意味着悬浮物已带出1.2mg/l的磷，而溶解性磷通常很难降到0.7mg/l以下，因此正常情况出水磷浓度一般要达到2mg/l。而化学除磷通常可将溶解性磷浓度降到0.1mg/l以下，出水悬浮物带走的磷为0.4mg/l，出水总磷浓度可降到0.5mg/l。

生物除磷工艺的污泥并不太好处理。污泥一旦厌氧，磷即发生释放，因此要避免重力浓缩，尽管可采取气浮浓缩后迅速脱水或直接脱水，但初沉污泥与剩余污泥最好是分开进行浓缩脱水直到泥处理末端再混在一起。应避免采用厌氧硝化进行污泥稳定，应采取好氧硝化或堆肥等污泥稳定措施。浓缩脱水的清液在回到水处理段前均需化学沉淀除磷。

目前国内各设计单位在对城市污水处理选择处理方案时一般选择生物除磷脱氮工艺，对化学除磷一般不予考虑。因为较普遍的看法是：“生物法”工艺简单、运行成本低，污泥量少且易于处理；“化学法”则工艺复杂、运行成本高、污泥量多且难于处理，另外在感情上“化学法”较“生物法”更难于被人们所接受。据分析，就一般的城市污水水质，按现在普遍采用的生物除磷脱氮工艺，实际很难达到GB8978—1996中的二级标准，更不用说一级标准了，且生物除磷和化学除磷之间的投资与运行费差异并不如一般人想象的那么大。生物除磷的厌氧池一般要求有一个小时以上的停留时间，池内搅拌器耗能大约在5Wh/m3，这些投资和运行成本并不比投加化学混凝剂的成本低很多。

对于一般城市污水仅仅采用单纯的生物除磷，特别目前普遍采用的单级生物脱氮与除磷相结合的工艺，难于满足目前国家污水综合排放标准的要求，因此，有必要考虑采取化学除磷或化学辅助除磷的方法，以解决日趋严重的污水排放问题。

当前我国水处理剂的生产正面临着挑战:一是来自国外絮凝剂的竞争越来越激烈，二是人们对环境质量的客观要求越来越高，新型絮凝剂的开发已显得越来越重要。大多数废水的胶体带负电性，对这类废水的胶体悬浮物采用有机阳离子絮凝剂一般能直接起到固液分离的效果。国外有机阳离子絮凝剂研究在近年来发展很快且正朝着开拓它在水处理领域应用范围的方向发展。我国在此方面的研究虽然近年来也取得了一定的进展，但还远远不能满足实际需要。除了聚丙烯酰胺的曼尼希反应产生的有机阳离子絮凝剂外，能真正工业化并具有工业潜力的水溶性有机阳离子高分子絮凝剂几乎没有，而曼尼希反应所产生的有机阳离子絮凝剂由于单体的毒性问题，不能用于水的处理，它的发展受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种用于污水处理的化合物，其是一种阳离子聚合物，它所携带的多个氨基可以与污水中的酸形成阳离子，增加了阳离子的数量，也可以与大量的阴离子亲水基团结合在一起，起到絮凝的作用；生产成本低廉，工艺简单，使用方便；在城市污水处理中使用，能有效去除污水中的磷，进一步可提高污水处理的效果。

按照本发明提供的技术方案，一种用于污水处理的化合物包括以下组份，其组份比例按重量份数计：

酸：30～50份，烯丙胺：20～30份，引发剂：2～6份，有机溶剂：300～700份，交联剂：1份～5份，水：200～600份。

取酸装入容器中搅拌，用冰浴将容器冷却，将烯丙胺滴加到正在搅拌的酸中制成溶液；在溶液中加入水搅拌均匀，并加入引发剂总量的一半搅拌均匀，再加入引发剂总量乘余的一半继续搅拌均匀后冷却至室温，加入水搅拌均匀，过滤；将滤液加入到有机溶剂中，混合成白色固体；将白色固体加入到冰水中搅拌至全溶，调PH值，加入交联剂进行室温反应再加入水，搅拌、抽滤；滤饼加入水，搅拌，抽滤；将滤饼加入水，搅拌，抽滤；再将滤饼加入有机溶剂中，搅拌，抽滤，经真空干燥即得化合物。

本发明一种用于污水处理的化合物的生产方法采用以下工艺步骤：其组份比例按重量份数计：

先将酸30-50份(质量百分浓度：36-38％)装入5升的圆底三颈瓶，并且用机械搅拌器搅拌。用冰浴将三颈瓶冷却到5℃以下，将烯丙胺20-30份滴加到正在搅拌的酸中制成溶液，溶液的温度保持在10℃以下。加入水1-3份，搅拌均匀，加入引发剂总量的一半(1-3)份作为1％-40％水溶液添加进去，当温度在50℃-70℃条件下搅拌12-24小时后，加入引发剂总量乘余的一半(1-3)份作为1％-40％水溶液添加进去，当温度在50℃-70℃条件下继续搅拌12-48小时后，冷却至室温加入水8-15份，搅拌均匀，过滤，滤液加入到有机溶剂200-400份中，制成白色固体，将白色固体加入到冰水30-50份，搅拌至全溶，加入氢氧化钠，调PH值至9-12，加入交联剂1-5份，室温反应23～25h，加入水80-120份，搅拌0.9～1.1h，抽滤，滤饼加入50-150份水，搅拌0.9～1.1h，抽滤，滤饼加入50-200份水中，搅拌0.9～1.1h，抽滤，再将滤饼加入有机溶剂100-300份中，搅拌0.9～1.1h，抽滤，当温度在50℃条件下真空干燥23～25h，真空度为0.08MPa～0.1MPa；即得化合物，其结构式如下：

a，b-主要胺基数目，a+b＝9；c-表示交联基团c的数目，c＝1；n-可质子化胺基数目，n＝0.4；m-表示聚合物网状交联数目，X是酸。

本发明所述酸的可选用盐酸、碳酸、重碳酸、硫酸、硝酸、过硫酸、亚硫酸、乙酸、抗坏血酸、苯甲酸、柠檬酸、二氢柠檬酸、甘胆酸、一氢柠檬酸、胆酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、葡糖醛酸或牛磺胆酸中的一种。

本发明所述引发剂可选用众所周知的自由基引发剂，适当的自由基引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二(4-氰基戊酸)、偶氮二(脒基丙烷)二氢氯化物、过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸氢钾。

本发明所述有机溶剂可选用异丙醇、甲醇、乙醇或丙酮中的一种或一种以上。

本发明所述的交联剂选用环氧氯丙烷、1，2-乙二醇二缩水甘油基醚、1，4-丁二醇二缩水甘油基醚、1，3-二氯丙烷、1，2-二氯乙烷、1，3-二溴丙烷、1，2-二溴乙烷、琥珀酰氯、二甲基琥珀酸盐、甲苯双异氰酸盐、丙烯酰氯或苯均四酸二酐中的一种。优选的交联剂是环氧氯丙烷，因为它可用性高而且成本低。

本发明的用于污水处理的化合物是一种聚合物。本发明所提供的化合物是含有聚合的烯丙胺单体的重复单元，该重复单元的结构式如下：

聚烯丙胺是含有聚合烯丙胺单体重复单元的聚合体，烯丙胺单体的胺基团可以不被取代，或被(例如)1个或2个C₁-C₁₀直链、或带支链的烷基基团取代。烷基基团可任选地被1个或多个羟基、卤素、氨基、胺基、苯基腈基基团取代。

聚烯丙胺可以是含有2个或多个不同聚合丙烯基单体重复单元的共聚物，或者是含有聚合烯丙基单体与聚合非烯丙基单体重复单元的共聚物。适合的非烯丙单体的实例有丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、马来酸、酰化乙烯基单体、烷基取代的烯烃。然而，优选的是，本发明的聚烯丙胺聚合物是同聚物。更甚优选的是，本发明的聚烯丙胺聚合物是同聚物。更甚优选的是，本发明的聚烯丙胺聚合物是结构式(I)重复单元的同聚物。

聚合物可以通过把氨基基团连接在毗邻的聚合物链上的桥接单元交联。适当的桥接单元包括直链的或支链的、被取代的或未被取代的亚烷基基团、二酰亚烷基基团、二酰芳烃基团和亚烷基二氨基甲酰基基团。适当的桥接单元实例包括：-(CH₂)_n-，其中n＝2～20；-CH₂-CH(OH)-CH₂-；-C(O)-CH₂CH₂(O)C-，其中n＝2～4等单元。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明具有成本低廉，使用方便等特点；在城市污水处理中加入本发明的化合物，能有效去除污水中的磷，进一步提高污水处理的效果。

本发明用于污水处理的化合物是一种阳离子聚合物，它所携带的多个氨基可以与污水中的酸形成阳离子，这就增加了阳离子的数量，也可以与大量的阴离子亲水基团结合在一起，起到絮凝的作用。

本发明用于污水处理的化合物是一种阳离子聚合物，它所携带的多个氨基可以结合污水中的磷酸根，从而达到除磷的效果。

本发明的化合物与传统的硫酸铝、三氯化铁等无机絮凝剂相比，使用量少，使用后不会因为产生金属氢氧化物、金属氧化物等残余物而造成二次污染。本发明的聚合物适用于处理城市污水、工业污水等。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

实施例一：本发明一种用于污水处理的化合物的生产方法采用以下工艺步骤：其组份比例按重量份数计：

将浓盐酸30份装入5升的圆底三颈瓶并且用机械搅拌器搅拌，浓盐酸浓度为37.5％。用冰浴将三颈瓶冷却到5℃以下，将烯丙胺28份滴加到正在搅拌的盐酸中制成溶液，溶液的温度保持在10℃以下。加入水2份，搅拌均匀，加入偶氮二(脒基丙烷)二氢氯化物2份作为20％水溶液添加进去，当温度在60℃条件下搅拌15小时后，加入偶氮二(脒基丙烷)二氢氯化物2份作为20％水溶液添加进去，当温度在60℃条件下继续搅拌48小时后，冷却至室温加入水10份，搅拌均匀，过滤，滤液加入到30份甲醇中，将所得白色固体，加冰水50份，搅拌至全溶，加入氢氧化钠，调PH值至10，加入环氧氯丙烷1份，室温反应24h，加入水100份，搅拌1h，抽滤，滤饼加入150份水，搅拌1h，抽滤，滤饼加入200份水中，搅拌1h，抽滤，滤饼加入170份异丙醇中，搅拌1h，抽滤，当温度在50℃条件下真空干燥24h，真空度为0.1MPa，即得交联多聚烯丙基胺盐酸盐(化合物)，交联多聚烯丙基胺盐酸盐应用于工业污水处理。交联多聚烯丙基胺盐酸盐结构如下：

a，b-主要胺基数目，a+b＝9；c-表示交联基团c的数目，c＝1；n-可质子化胺基数目，n＝0.4；m-表示取合物网状交联数目。将上述的交联多聚烯丙基胺盐酸盐从二沉池的进水处加入，出水处的磷含量可显著降低。

 

进水P	出水P	去除率％
			4.5mg/L	0.5mg/L	89％

实施例二：本发明一种用于污水处理的化合物的生产方法采用以下工艺步骤：其组份比例按重量份数计：

将浓盐酸35份装入5升的圆底三颈瓶并且用机械搅拌器搅拌。用冰浴将三颈瓶冷却到5℃以下，将烯丙胺30份滴加到正在搅拌的盐酸中，溶液的温度保持在10℃以下。加入水2份，搅拌均匀，加入过硫酸钾2份作为18％水溶液添加进去，当温度在60℃条件下搅拌15小时后，加入过硫酸钾2份作为18％水溶液添加进去，当温度在55℃条件下继续搅拌48小时后，冷却至室温加入水15份，搅拌均匀，过滤，滤液加入到4L丙酮中，将所得白色固体，加冰水50份，搅拌至全溶，加入氢氧化钠，调PH值至11，加入环氧氯丙烷2份，室温反应24h，加入水120份，搅拌1h，抽滤，滤饼加入100份水，搅拌1h，抽滤，滤饼加入150份水中，搅拌1h，抽滤，滤饼加入250份异丙醇中，搅拌1h，抽滤，当温度在50℃条件下真空干燥24h，真空度为0.1MPa，即得交联多聚烯丙基胺盐酸盐(化合物)。交联多聚烯丙基胺盐酸盐应用于生活污水处理。

将其用于污水处理如下：

典型的生活污水处理完整工艺如下：

前处理也称为预处理技术，常用的有格栅或格网、调节池、沉砂池、初沉池等。将上述的交联多聚烯丙基胺盐酸盐从二沉池的进水出加入，出水出的磷含量可显著降低。

 

进水P	出水P	去除率％
			4.0mg/L	0.48mg/L	88％

实施例三：本发明一种用于污水处理的化合物的生产方法采用以下工艺步骤：其组份比例按重量份数计：

将浓盐酸32份装入5升的圆底三颈瓶并且用机械搅拌器搅拌。用冰浴将三颈瓶冷却到5℃以下，将烯丙胺26份滴加到正在搅拌的盐酸中，溶液的温度保持在10℃以下。加入水3份，搅拌均匀，加入偶氮二(脒基丙烷)二氢氯化物3份作为10％水溶液添加进去，当温度在55℃条件下搅拌20小时后，加入偶氮二(脒基丙烷)二氢氯化物3份作为10％水溶液添加进去，当温度在55℃条件下继续搅拌40小时后，冷却至室温加入水12份，搅拌均匀，过滤，滤液加入到30份无水乙醇中，将所得白色固体，加冰水50份，搅拌至全溶，加入氢氧化钠，调PH至12，加入环氧氯丙烷1.5份，室温反应24h，加入水100份，搅拌1h，抽滤，滤饼加入110份水，搅拌1h，抽滤，滤饼加入180份水中，搅拌1h，抽滤，滤饼加入150份异丙醇中，搅拌1h，抽滤，当温度在50℃条件下真空干燥24h，真空度为0.09MPa，即得交联多聚烯丙基胺盐酸盐(化合物)。交联多聚烯丙基胺盐酸盐应用于工业污水处理。

将其用于污水处理如下：将上述的交联多聚烯丙基胺盐酸盐从二沉池的进水出加入，出水出的磷含量可显著降低。

 

进水P	出水P	去除率％
			5.0mg/L	0.49mg/L	90％

Claims (5)

1.一种用于污水处理的化合物，其特征是：包括以下组份，其组份比例按重量份数计：

酸：30～50份，烯丙胺：20～30份，引发剂：2～6份，有机溶剂：300～700份，交联剂：1份～5份，水：200～600份；

取酸装入容器中搅拌，用冰浴将容器冷却，将烯丙胺滴加到正在搅拌的酸中制成溶液；在溶液中加入水搅拌均匀，并加入引发剂总量的一半搅拌均匀，再加入引发剂总量乘余的一半继续搅拌均匀后冷却至室温，加入水搅拌均匀，过滤；将滤液加入到有机溶剂中，混合成白色固体；将白色固体加入到冰水中搅拌至全溶，调PH值，加入交联剂进行室温反应再加入水，搅拌、抽滤；滤饼加入水，搅拌，抽滤；将滤饼加入水，搅拌，抽滤；再将滤饼加入有机溶剂中，搅拌，抽滤，经真空干燥即得化合物。

2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的化合物，其特征在于所述酸可选用盐酸、碳酸、重碳酸、硫酸、硝酸、过硫酸、亚硫酸、乙酸、抗坏血酸、苯甲酸、柠檬酸、二氢柠檬酸、甘胆酸、一氢柠檬酸、胆酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、葡糖醛酸或牛磺胆酸中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的化合物，其特征在于所述引发剂选用偶氮二异丁腈、偶氮二(4-氰基戊酸)、偶氮二(脒基丙烷)二氢氯化物、过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸氢钾中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的化合物，其特征在于所述有机溶剂选用异丙醇、甲醇、乙醇或丙酮中的一种或一种以上。

5.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的化合物，其特征在于所述交联剂选用环氧氯丙烷、1，2-乙二醇二缩水甘油基醚、1，4-丁二醇二缩水甘油基醚、1，3-二氯丙烷、1，2-二氯乙烷、1，3-二溴丙烷、1，2-二溴乙烷、琥珀酰氯、二甲基琥珀酸盐、甲苯双异氰酸盐、丙烯酰氯或苯均四酸二酐中的一种，优选的是环氧氯丙烷。