CN102115240A - 聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法，制备方法包括以下步骤：步骤1、将符合国家化工行业标准要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值或碱基度，当pH值大于设定值时停止加料，反应一定时间后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液；步骤2、将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入支链化PDMDAAC胶体或干粉；步骤3、在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到产品。本发明制得的产品用于多种废、污水絮凝处理。

Description

聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法
技术领域
本发明涉及一种无机高分子与有机阳离子高分子聚合物的复合物制备技术，特别是聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法。
背景技术
聚合硫酸铝(Poly Aluminum Sulfate，PAS)是一种应用广泛的无机高分子水处理剂，其结构示性式如下：
Aln(OH)m(SO4)[(3n-m)/2]                                        (式1)
其中，0＜m＜3n。
作为水处理剂，PAS的优点在于比传统的低分子铝盐，如：硫酸铝、氯化铝等，相对分子质量大，更有效的架桥吸附能力，而且比有机高分子混凝剂的价格低。相对于聚合氯化铝具有水解速度快的特点，主要用于内河河网和湖泊水源水，特别适用于低温低浊有机微污染原水的处理。但是，因受其分子结构和聚合度的限制，在电中和、凝聚架桥和絮凝作用方面，仍处在传统铝盐与有机高分子之间，且其稳定性易受环境影响。因此，在实际应用中，尚存在着投加药剂量稍大，产生的絮团大但是略轻，污泥体积稍大等缺点。
聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)是一种水溶性阳离子聚合物，其正电荷密度高，水溶性好，相对分子质量易于控制，高效无毒。因此，被广泛应用于石油、造纸、采矿、纺织、印染、日用化工多个领域。支链化PDMDAAC分子结构式如下：
Figure G2009102641574D00011
式(2)
五元环结构             六元环结构               支链化结构
式(2)中，线状主链由五元环或六元环结构为主要单元组成，即n＞2，其中支链化结构单元m占主链结构主要单元n的1％～3％。R结构如式(3)：
Figure G2009102641574D00021
式(3)
式(3)中，x＜n。
作为水处理的助凝剂，PDMDAAC的优点在于它较无机高分子混凝剂，如聚合氯化铝等，相对分子质量高而且可调，产物稳定性好，受环境条件影响小，对水中胶体物质的电中和、吸附架桥能力强，絮凝效果好。但是，单独用作水处理剂时，存在价格高导致的水处理成本高和最佳投药量范围窄的不足。因此，通过无机和有机高分子的水处理剂的配合使用来强化水处理效果，拓宽药剂的使用范围，降低使用成本，提高处理后水质的研究工作早已引起了国内外研究者重视。
已有文献采用市售商品无机混凝剂与含二甲基二烯丙基氯化铵单元的聚合物在使用前配成一定比例的混合物后加入到待处理水中，或处理时按一定比例同时加入到待处理的水中使用，或者在常温或加热条件下将两者先进行混合制备稳定的复合混凝剂。
例如，文献1(Richard Alan Hasse.Charification of water and wastewater.US 6,120,690，2000-9-19)，采用铝盐或铝盐聚合物与高相对分子质量的季化聚合物在水中或废水中混合形成凝聚悬浮物，产生固液分离来净化水，达到脱浊、脱色和除藻效果。其中铝盐包括硫酸铝(AS)和氯化铝(AC)，铝盐聚合物为聚合碱式氯化铝(PAHC)、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸硅铝(PASS)，铝盐含量以有效份计。聚季盐化物为具有高低两种相对分子质量的季铵盐聚合物二烯丙基二甲基氯化铵(quaternized polymers such as diallyl dimethyl ammonium chlorideDMDAAC)。其中高相对分子质量范围为100万～300万(产品20％含量时的黏度为1000cps)，低相对分子质量范围为5万～100万。这种混合物的使用方法为在将其加入水或废水中前按比例混合后加入或直接在水或废水中按比例混合，来除去水和废水中的悬浮物颗粒。该混合物适用于碱度小于30mg/L或者浊度大于150NTU的原水，与传统的低分子铝盐或者铝盐聚合物单独使用时，或者铝盐及铝盐聚合物与低相对分子量的季铵盐聚合物二甲基二烯丙基氯化铵混合物的使用时的情况相比可以达到减少铝盐用量和提高脱浊和脱色效果的目的。
文献2(张跃军，赵晓蕾，李潇潇.硫酸铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法.CN 101343099A，2009-1-14)将硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到铝盐AS含量以Al2O3质量分数计为1.5％～11.5％的AS溶液。常温或加热条件下搅拌该溶液，加入特征黏度值为1.0～4.7dL/g(特征黏度4.5dL/g产品，其10％质量分数的溶液黏度大于1×105cps或mPa·s)的聚二甲基二烯丙基氯化铵PDMDAAC胶体或干粉，其固含量以质量分数计为20％～75％或(92±2)％，使混合溶液中以Al2O3计的AS与PDMDAAC的质量比为20.0∶1～2.0∶1。搅拌得到稳定的AS-PDMDAAC复合混凝剂。该复合混凝剂的使用不影响制水厂常规投加工艺。在处理多种类型的微污染原水过程中，其脱浊、除藻、减氯用量等方面相对于AS起到明显的强化混凝处理效果。
由上述研究可知：采用无机盐与有机高分子聚合物混合使用来强化对原水和废水的处理效果，提高药剂对原水或废水脱浊、脱色、除藻能力和CODCr去除能力，在原水处理中还特别注意到可以降低无机盐特别是铝盐的使用量，提高水质。然而，至今为止的各种无机铝盐混凝剂与有机高分子聚合物的混合或复合混凝剂制备和使用均未涉及到对特别适用于低温低浊微污染河网和湖泊水处理的PAS应用有机高分子进行改性制备复合混凝剂的研究。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种用于多种废、污水絮凝处理的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂，通过以下步骤制备：
步骤1、将符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值或碱基度，当pH值大于3.5时停止加料，反应30±5min后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液；
步骤2、将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入支链化PDMDAAC胶体或干粉；加入的PAS溶液中PAS的含量与支链化PDMDAAC胶体或干粉的含量比为20.0∶1～2.0∶1；在PAS溶液中加入支链化PDMDAAC胶体或干粉的特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g，其固含量以质量分数计分别为20％～75％或(92±2)％；常温搅拌的温度为-5～35℃，加热搅拌的温度为35～85℃；
步骤3、在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂。
一种聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值或碱基度，当pH值大于设定值时停止加料，反应一定时间后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液；
步骤2、将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入支链化PDMDAAC胶体或干粉；
步骤3、在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂。
一种使用聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的方法，是将PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂直接投加用于原水和废水、污水的絮凝处理以及污、淤泥脱水处理过程。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1)选用成分结构、含量范围明确，并符合国家化工行业标准(水处理剂硫酸铝，HG2227-2004)的AS为原料，制备PAS中间产物，其组成明确，且工业生产上原料极易得。2)对于饮用水制备用的复合混凝剂产品规定了用于制备主要原料PAS的无机盐AS中和支链化PDMDAAC中其他有害物质的最高含量，保证处理后水质的安全可靠性。3)应用高相对分子质量(特征黏度值达4.5dL/g以上，10％质量分数的溶液黏度大于1×105cps或mPa·s)或者相对分子质量系列化(特征黏度从0.5～4.7dL/g)支链化PDMDAAC与PAS复合，加强PAS的电中和、架桥和网捕能力，并形成特征黏度系列化，PAS-支链化PDMDAAC具有不同质量比的系列化复合混凝剂。该复合混凝剂在水处理过程中，各种功能可调，适用性强，可代替PAS起到降低药剂使用成本，强化混凝效果，明显提高出水水质等多重功能。4)应用不含其他结构成分的支链化PDMDAAC，由于其线状分子链上虽含有部分支链化结构，但为100％季铵盐结构，故其不但水溶性极好，常温下(-5～35℃)或加热条件下(35～85℃)，其高固含量胶体产物或干粉产物即可与无机盐PAS溶液均匀混合，得到体系均匀、性能稳定的复合混凝剂，而且支链化结构可以加强与PAS的配合作用，提高在混凝处理过程中对悬浮胶体的网捕作用。5)复合混凝剂以单一药剂形式，直接按投加量要求(或稀释后)用于各种原水和废污水处理以及污泥、淤泥脱水过程，使用方法极为方便简洁。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
附图是本发明聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法流程图。
具体实施方式
本发明的一种聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂，通过以下步骤制备：
步骤1、将符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值或碱基度，当pH值大于3.5时停止加料，反应30±5min后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液；
步骤2、将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入支链化PDMDAAC胶体或干粉；加入的PAS溶液中PAS的含量与支链化PDMDAAC胶体或干粉的含量比为20.0∶1～2.0∶1；在PAS溶液中加入支链化PDMDAAC胶体或干粉的特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g，其固含量以质量分数计分别为20％～75％或(92±2)％；常温搅拌的温度为-5～35℃，加热搅拌的温度为35～85℃；
步骤3、在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂。
一种制备聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的方法，包括以下步骤：
步骤1、将符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值或碱基度，当pH值大于设定值时停止加料，反应一定时间后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液；pH值的设定值为3.5，碱基度为35％～70％，优选40％～60％，反应时间为30±5min。滴加的碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或它们的混合物，碱土金属化合物为氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙、铝酸钙或它们的混合物。
步骤2、将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入支链化PDMDAAC胶体或干粉；加入的PAS溶液中Al2O3含量为5.5％～9.5％，PAS溶液中Al2O3的含量与支链化PDMDAAC胶体或干粉的含量比为20.0∶1～2.0∶1。在PAS溶液中加入支链化PDMDAAC胶体或干粉的特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g，其固含量以质量分数计分别为20％～75％或(92±2)％。常温搅拌的温度为-5～35℃，加热搅拌的温度为35～85℃。
步骤3、在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂。
一种使用聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的方法，是将PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂直接投加用于原水和废水、污水的絮凝处理以及污、淤泥脱水处理过程。当PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂用于原水制备饮用水时，复合混凝剂溶液中，PAS以其铝盐含量以Al2O3计为7.8％时，所含其他物质或重金属盐质量分数分别为：砷(As)≤0.0002％，铅(Pb)≤0.0005％，镉(Cd)≤0.0001％，汞(Hg)≤0.00001％，六价铬(Cr6+)≤0.0005％；PDMDAAC中除氯化钠以外各种金属盐总量占聚合物质量分数≤0.0005％。
结合附图，本发明聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂，由以下方法制备而成，即(1)将符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS含量以Al2O3计其质量分数大于6.0％的AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值。当pH值大于3.5后，停止加料，反应30min后过滤除去不溶性物质，制得透明的具有一定盐基度的PAS溶液；
(2)将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入固含量以质量分数计为20％～75％并具有特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g的支链化PDMDAAC胶体，使混合溶液中Al2O3与支链化PDMDAAC的质量比为20.0∶1～2.0∶1；
(3)在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂。
上述方法中，①所得到的PAS的结构如式1所示，含量以Al2O3计其质量分数为6.0％～10.0％，其溶液的盐基度为35％～70％，最好值为40％～60％，相对质量密度大于等于1.15(20℃)，水不溶物质量分数小于等于1.0％。
②当所制复合混凝剂用饮用水制备时，制备PAS所用原料AS中，以其铝盐含量以Al2O3计为7.8％时，所含其他物质或重金属盐质量分数分别为：砷(As)≤0.0002％，铅(Pb)≤0.0005％，镉(Cd)≤0.0001％，汞(Hg)≤0.00001％，六价铬(Cr6+)≤0.0005％。
③制备PAS过程中所加碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或它们的混合物等，碱土金属化合物为氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙、铝酸钙或它们的混合物等。
④支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)的结构如式2所示，为五元环和六元环及其悬挂支链三种结构单元的混合结构，其中除氯化钠以外各种金属盐总量占聚合物质量分数≤0.0005％。
⑤所用支链化PDMDAAC的固含量胶体以质量分数计为20％～75％，干粉以质量分数计为(90±2)％；
⑥所用支链化PDMDAAC相对分子质量以特征黏度计为0.5～4.7dL/g(10％质量分数，黏度＞105cps或者mPa·s)。
⑦常温搅拌温度为-5～35℃，加热搅拌温度为35～85℃。
本发明聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备与应用方法的原理要点为：①应用成分结构和含量明确的AS为原料，制备PAS，进一步与有机阳离子高分子聚合物形成复合物，来制备组成确定，性质稳定的PAS-支链化PDMDAAC系列化复合混凝剂。
②通过对复合混凝剂用于制备饮用水时，通过对原料中各种重金属盐和有害物质量的限制，保证处理后水的水质安全可靠性。
③通过应用自制的高相对分子质量(特征黏度[η]≥4.5dL/g，其10％溶液黏度＞105cps或者mPa·s)或相对分子质量系列化([η]＝0.5～4.7dL/g)有机阳离子高分子支链化PDMDAAC复合改性PAS，使之形成系列化无机盐有机阳离子聚合物不同质量比的复合混凝剂，其性能可调。
④通过应用不含其它结构成分的支链化PDMDAAC作为有机阳离子高分子成分，其结构稳定、水溶性极好，在常温范围(包括高低温度)内极易以高固含量形式与无机盐PAS均匀混合，可保持PAS的有效成分含量及其稳定性，形成稳定复合物，简化生产工艺，便于使用。
⑤系列化复合混凝剂的制备工艺简单，原料来源广，制造成本低，应用范围广。其在水处理过程中作为混凝剂或者絮凝剂，对水中悬浮颗粒、胶体的电中和，吸附架桥，网捕卷扫的功能强，生成的絮团大，沉降速度快，并且功能可调，适用各种水质的原水或废水处理，可明显提高对原水的脱浊、除藻和废水的脱色和去除CODCr的功能。在工业上还可以作为造纸工业的施胶剂，石油化工行业的除臭剂等应用。
⑥系列化PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂的应用是将PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂按一定比例直接投加用于原水或废水的混凝处理。
当PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂用于饮用水制备时，复合混凝剂溶液中，PAS以其铝盐含量以Al2O3计为7.8％时，所含其他物质或重金属盐质量分数分别为：砷(As)≤0.0002％，铅(Pb)≤0.0005％，镉(Cd)≤0.0001％，汞(Hg)≤0.00001％，六价铬(Cr6+)≤0.0005％；支链化PDMDAAC中除氯化钠以外各种金属盐总量占聚合物质量分数≤0.0005％。
下面以实施例来进一步说明本发明。
实施例1：结合附图，本发明的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法为：
第一步，在混合反应釜内置入质量符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液，加水调配得到AS含量以Al2O3计其质量分数大于6.0％的AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，当pH值大于3.5时，控制盐基度为(50±5)％，停止加料，再反应30min后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液。该PAS溶液相对质量密度大于等于1.15(20℃)，水不溶物质量分数小于等于1.0％。
第二步，搅拌PAS溶液，并向该溶液中加入固含量以质量分数计为(65±5)％，具有特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g(30.0±0.1℃，1mol/LNaCl溶液中测定)的支链化PDMDAAC胶体，使溶液Al2O3含量为(5.5±0.5)％，PAS含量以Al2O3计与支链化PDMDAAC的质量比为20.0∶1～2.0∶1；
第三步，-5～35℃常温下，继续搅拌混合上述混合溶液，直到支链化PDMDAAC胶体的溶液完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC系列复合混凝剂溶液。
第四步，复合混凝剂在使用时可直接按需要剂量投加。复合混凝剂对冬季低温低浊宁波河网水进行混凝处理的效果见表1。其中，混凝动力学条件按水厂实际条件进行，混凝后沉淀30min取样测上清余浊。
表1复合混凝剂处理冬季低温低浊河网水混凝脱浊效果(NTU)(沉淀30min)
注：沉淀出水浊度要求2NTU。
从表1可以看出，当沉淀出水浊度达到2NTU的水厂要求时，PAS需10mg/L的投加量，而PAS-支链化PDMDAAC(5∶1)复合混凝剂仅需6.5mg/L以下的投加量，相对于PAS可减少投加量35％以上。而在8mg/L的投加量下，使用PAS处理所达到的沉淀出水浊度为2.55NTU(不达标)，使用PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂的沉淀出水浊度达到1.48NTU(达标)～2.28NTU。可见PAS-支链化PDMDAAC具有良好的混凝脱浊效果。
实施例2：结合附图，本发明的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法为：
第一步，在混合反应釜内置入质量符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液，加水调配得到AS含量以Al2O3计其质量分数大于6.0％的AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，当pH值大于3.5时，控制盐基度为(40±5)％，停止加料，再反应30min后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液。该PAS溶液相对质量密度大于等于1.15(20℃)，水不溶物质量分数小于等于1.0％。
第二步，搅拌PAS溶液，并向该溶液中加入固含量以质量分数计为(65±5)％，具有特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g(30.0±0.1℃，1mol/LNaCl溶液中测定)的支链化PDMDAAC胶体，使溶液Al2O3含量为(7.5±0.5)％，PAS含量以Al2O3计与支链化PDMDAAC的质量比为20.0∶1～2.0∶1；
第三步，-5～35℃常温下，继续搅拌混合上述混合溶液，直到支链化PDMDAAC胶体的溶液完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC系列复合混凝剂溶液。
第四步，复合混凝剂在使用时可直接按需要剂量投加。复合混凝剂对冬季太湖水进行混凝处理的效果见表2。其中，混凝动力学条件按水厂实际条件进行，混凝后沉淀30min取样测上清余浊。
表2复合混凝剂处理冬季含藻微污染太湖水混凝脱浊效果(沉淀30min)
Figure G2009102641574D00101
Figure G2009102641574D00111
注：沉淀出水浊度要求2NTU。
由表2中数据可见，当铝盐PAS投加量为4mg/L时，使用PAS处理所达到的沉淀出水浊度为2.78NTU(不达标)，使用PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂的沉淀出水浊度达到1.35NTU(达标)～2.21NTU。可见PAS-支链化PDMDAAC对冬季低温微污染太湖水具有良好的混凝脱浊效果。
实施例3：结合附图，本发明的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备与应用方法为：
第一步，在混合反应釜内置入质量符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的AS干粉或溶液，加水调配得到AS含量以Al2O3计其质量分数大于6.0％的AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，当pH值大于3.5时，控制盐基度为(60±5)％，停止加料，再反应30min后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液。该PAS溶液相对质量密度大于等于1.15(20℃)，水不溶物质量分数小于等于1.0％。
第二步，35～85℃加热条件下搅拌PAS溶液，并向该溶液中加入固含量以质量分数计为(90±2)％，具有特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g(30.0±0.1℃，1mol/LNaCl溶液中测定)的支链化PDMDAAC干粉，使溶液Al2O3含量为(9.5±0.5)％，PAS含量以Al2O3计与支链化PDMDAAC的质量比为20.0∶1～2.0∶1；
第三步，35～85℃加热条件下，继续搅拌混合上述混合溶液，直到支链化PDMDAAC胶体的溶液完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC系列复合混凝剂溶液。
第四步，复合混凝剂在使用时可直接按需要剂量投加。复合混凝剂对春季长江水进行混凝处理的效果见表3。其中，混凝动力学条件按水厂实际条件进行，混凝后沉淀30min取样测上清余浊。
表3复合混凝剂处理春季长江水混凝脱浊效果(NTU)(沉淀30min)
Figure G2009102641574D00121
注：沉淀池出水浊度要求6～8NTU。
由表3中数据可见，PAS较AS对春季长江水的混凝脱浊效果有较为明显的提高，PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂的脱浊效果在此基础上又有进一步的提升。例如，在1.5mg/L的投加量下，使用AS沉淀出水浊度为14.16NTU(远未达标)，使用PAS沉淀出水浊度为8.96NTU(未达标)，而使用PAS-支链化PDMDAAC沉淀出水浊度则降至7.06NTU(达标)。

Claims (10)

1.一种聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂，其特征在于，通过以下步骤制备：
步骤1、将符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值或碱基度，当pH值大于3.5时停止加料，反应30±5min后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液；
步骤2、将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入支链化PDMDAAC胶体或干粉；加入的PAS溶液中PAS的含量与支链化PDMDAAC胶体或干粉的含量比为20.0∶1～2.0∶1；在PAS溶液中加入支链化PDMDAAC胶体或干粉的特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g，其固含量以质量分数计分别为20％～75％或(92±2)％；常温搅拌的温度为-5～35℃，加热搅拌的温度为35～85℃；
步骤3、在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂。
2.一种制备权利要求1所述聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将符合国家化工行业标准(HG2227-2004)要求的硫酸铝AS干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到AS溶液，搅拌该AS溶液，不断滴加碱或碱土金属化合物或活性氢氧化铝进行聚合反应，控制pH值或碱基度，当pH值大于设定值时停止加料，反应一定时间后过滤除去不溶性物质，制得透明的PAS溶液；
步骤2、将制得的PAS溶液置于混合反应釜内，常温或加热条件下加入支链化PDMDAAC胶体或干粉；
步骤3、在常温下搅拌混合溶液直到支链化PDMDAAC胶体完全溶解，得到稳定的PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂。
3.根据权利要求2所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，其特征在于，步骤1中pH值的设定值为3.5，碱基度为35％～70％，反应时间为30±5min。
4.根据权利要求3所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，其特征在于，碱基度为40％～60％。
5.根据权利要求2所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，其特征在于，步骤1中滴加的碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或它们的混合物，碱土金属化合物为氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙、铝酸钙或它们的混合物。
6.根据权利要求2所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，其特征在于，步骤2中加入的PAS溶液中Al2O3含量为5.5％～9.5％，PAS溶液中Al2O3的含量与支链化PDMDAAC胶体或干粉的含量比为20.0∶1～2.0∶1。
7.根据权利要求2所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，其特征在于，步骤2中在PAS溶液中加入支链化PDMDAAC胶体或干粉的特征黏度值范围为0.5～4.7dL/g，其固含量以质量分数计分别为20％～75％或(92±2)％。
8.根据权利要求2所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，其特征在于，步骤2中常温搅拌的温度为-5～35℃，加热搅拌的温度为35～85℃。
9.一种使用权利要求1所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的方法，其特征在于：将PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂直接投加用于原水和废水、污水的絮凝处理以及污、淤泥脱水处理过程。
10.根据权利要求9所述的聚合硫酸铝-支链化聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的使用方法，其特征在于，当PAS-支链化PDMDAAC复合混凝剂用于原水制备饮用水时，复合混凝剂溶液中，PAS以其铝盐含量以Al2O3计为7.8％时，所含其他物质或重金属盐质量分数分别为：砷(As)≤0.0002％，铅(Pb)≤0.0005％，镉(Cd)≤0.0001％，汞(Hg)≤0.00001％，六价铬(Cr6+)≤0.0005％；PDMDAAC中除氯化钠以外各种金属盐总量占聚合物质量分数≤0.0005％。
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