CN105236530B

CN105236530B - 一种处理食品污水絮凝剂及制备方法及应用

Info

Publication number: CN105236530B
Application number: CN201510574797.0A
Authority: CN
Inventors: 郑春明; 程相芝; 孙晓红; 鲍守民
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: CN105236530A

Abstract

本发明提供了一种处理食品污水絮凝剂的制备方法；将二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体按1:1～10的比例溶于蒸馏水中，形成20～40wt％浓度溶液；分别配置过硫酸钾和亚硫酸钠作为引发剂，配置硫酸铈作为催化剂；取模数2.8～3.5的液体水玻璃，然后用水稀释上述水玻璃调整含量至二氧化硅含量2～10wt％，将溶液通过填装阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量小于1wt％，pH小于<4的硅溶胶稀溶液；反应聚合得到食品污水处理聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂。本发明絮凝剂应用于食品污水的处理，或应用于饮用水、废水处理。有效的除去食品污水中漂浮的杂质和水溶性色素，适用于工业化生产和应用。

Description

一种处理食品污水絮凝剂及制备方法及应用

技术领域

本发明涉及絮凝剂的合成方法，特别是符合絮凝除去食品污水中杂质悬浮物及水溶性色素絮凝澄清的方法。本发明是一种处理食品污水絮凝剂及制备方法及应用。

背景技术

如今随着人们生活水平的不断提高，对各种食品需求量也越来越多。因此，食品企业的污水排放量也随之增大，如果对污水不及时处理，会造成严重环境污染。离子交换树脂和膜分离技术处理污水对于进水水质要求较高，对于高浓度污水处理成本降低困难。而絮凝作为一种废水处理前段的重要方法，在水处理过程中有着广泛的应用。絮凝剂的种类、组成和性能是影响絮凝处理效果及成本的关键因素。絮凝剂一般分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合絮凝剂。无机絮凝剂具有价格低廉、投药量较多等缺点。有机絮凝剂虽然吸附架桥能力强，产品稳定性好，但处理成本较高，而且一部分难生物降解，有些还具有一定毒副作用。而将无机与有机絮凝剂进行复合，可以改善单一絮凝剂的不足，强化电中和、吸附架桥等絮凝性能，提高絮凝效率。本发明制备了一种高效、安全的聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，应用于食品污水的絮凝工序，可对食品污水进行絮凝澄清脱色处理，通过吸附、絮凝和沉降分离的方法去除污水中的杂质悬浮物和水溶性色素。

发明内容

本发明的意义在于给污水处理工业给提供了一种絮凝技术添加剂和工艺方法，属于水处理工艺技术领域。降低了水处理成本，促进经济效益和环保效益的共同发展。

本发明的具体技术方案如下：

一种处理食品污水絮凝剂的制备方法；步骤如下：

1).将二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体按1:1～10的比例溶于蒸馏水中，形成20～40wt％浓度溶液，超声震荡处理后，转入反应器中通入氮气，排除体系中氧气；

2).分别配置0.01～0.06wt％的过硫酸钾和0.01～0.06wt％亚硫酸钠作为引发剂，配置0.01～0.06wt％硫酸铈作为催化剂，将上述三种原料放入去离子水中，混合搅拌使之充分溶解；

3).取模数2.8～3.5的液体水玻璃，或者将上述模数的固体水玻璃放入高压蒸锅内通入水蒸气后保持3～6个大气压进行压蒸反应，生成液体水玻璃，然后用水稀释上述水玻璃调整含量至二氧化硅含量2～10wt％，将溶液通过填装阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量小于1wt％，pH小于<4的硅溶胶稀溶液；

4).将步骤2制得的引发剂和催化剂混合液加入步骤1单体溶液中，控制温度为55～75℃，机械搅拌7～12小时聚合得到聚丙烯酰胺聚合物溶液，然后按硅溶胶稀溶液与聚丙烯酰胺聚合物溶液0.2～0.6:1的比例加入步骤3所配制的硅溶胶稀溶液，再搅拌4～8小时，即得到食品污水处理聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂。

或者将得到食品污水处理聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂进行喷雾干燥，所得固体也具有同样效果。

本发明絮凝剂应用于食品污水的处理，或应用于饮用水、废水处理。

具体处理步骤为：将待处理原水进行快速搅拌的同时，按絮凝剂与待处理原水加入比例0.02～0.1wt％加入聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，搅拌1～5min，控制搅拌转速150～300r/min；再进行慢速搅拌10～30min，搅拌转速30～90r/min。搅拌完成后静置，测定上清液的浊度、UV₂₅₄和pH。

本发明絮凝剂与常规固体聚合氯化铁或液体聚合氯化铝絮凝剂相比，使用方法类似，不需要对原有处理设备及流程做更多改变。所得液体絮凝剂经喷雾干燥后，得到的固体复合絮凝剂也不会降低该产品的使用效果，使用在被处理污水pH、浊度和温度相似的条件下，同等使用量的本发明絮凝剂可使被处理污水的浊度有更大程度的降低，同时絮凝团块更大，沉降速率也更快。

本发明方法先采用超声震荡，使其二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)充分分散均匀，然后加入硅溶胶、引发剂和催化剂的方法合成了聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，聚硅酸微凝胶是一种片层多分枝状的结构，增加了羟基的数目，充分发挥了吸附性能；合成的聚丙烯酰胺是链状结构，有效的增大了絮凝桥联作用。在有机材料聚合过程中加入无机材料改性，增加了产品的分子量，从而可以有效提高材料的絮凝网捕能力，提高絮凝剂效能。该絮凝剂应用于食品污水处理，能有效的除去食品污水中漂浮的杂质和水溶性色素，有很好的絮凝澄清效果。本方法操作简单，合成的絮凝剂绿色环保无污染，絮凝后在水中的残留量少。制备原料廉价，适用于工业化生产和应用。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

本发明聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂采用如下方法制备：

1).将二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体按1:1～10的比例溶于蒸馏水中，形成20～40wt％浓度单体溶液，超声震荡处理后，转入三口烧瓶中通入氮气，排除体系中氧气；

2).分别称取0.01～0.06wt％的过硫酸钾和0.01～0.06wt％亚硫酸钠作为引发剂，及0.01～0.06wt％硫酸铈作为催化剂，将上述三种原料放入去离子水中，混合搅拌使之充分溶解；

4).将步骤2制得的引发剂和催化剂混合液加入步骤1单体溶液中，控制温度为55～75℃，机械搅拌7～12小时聚合得到聚丙烯酰胺聚合物溶液，然后按硅溶胶稀溶液与聚丙烯酰胺聚合物溶液0.2～0.6:1的比例加入步骤3所配制的硅溶胶稀溶液，再搅拌4～8小时，即得到食品污水处理聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂。或者将其进行喷雾干燥，所得固体也具有同样效果。

其中，把含有Na⁺的硅酸溶液通过交换树脂时，Na⁺取代了阳离子交换树脂上的H⁺，于是水玻璃硅酸溶液中的Na⁺被除去，H⁺阳离子与水玻璃硅酸钠中的硅酸根生成具有活性的硅溶胶稀溶液流出。

本发明方法先采用超声震荡，使其二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)充分分散均匀。聚硅酸微凝胶是一种片层多分枝状的结构，在有机材料聚合过程中加入无机材料改性，增加了产品的分子量，从而可以有效提高材料的絮凝网捕能力，提高絮凝剂效能。

本发明絮凝剂与常规固体聚合氯化铁或液体聚合氯化铝絮凝剂相比，使用方法类似，不需要对原有处理设备及流程做更多改变。具体处理步骤为：将待处理原水进行快速搅拌的同时，按絮凝剂与待处理原水加入比例0.02～0.1wt％加入聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，搅拌1～5min，控制搅拌转速150～300r/min；再进行慢速搅拌10～30min，搅拌转速30～90r/min。搅拌完成后静置，测定上清液的浊度、UV₂₅₄和pH。

实施例1：

将二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体按1:1的比例溶于蒸馏水中，形成20wt％浓度单体溶液，超声震荡处理10min后，转入三口烧瓶中通入氮气10min，排除体系中氧气。分别称取0.06wt％的过硫酸钾和0.01wt％亚硫酸钠作为引发剂，及0.01wt％硫酸铈作为催化剂，将上述三种原料放入去离子水中，混合搅拌使之充分溶解。取模数2.8的液体水玻璃，然后用水稀释上述水玻璃调整含量至二氧化硅含量2wt％，将溶液通过填装美国Amberlite IR-120阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量为0.8wt％，pH 3.6的硅溶胶稀溶液。将制得的引发剂和催化剂混合液加入单体溶液中，控制温度为55℃，机械搅拌7小时聚合得到聚丙烯酰胺聚合物溶液，然后按硅溶胶稀溶液与聚丙烯酰胺聚合物溶液0.2:1的比例加入配制的硅溶胶稀溶液，再搅拌4小时，即得到食品污水处理聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂。

选用食品污水作为处理原水，其特征指标为：固体悬浮物为438.4mg/L，吸光度为1.927，pH为7.83。取1000ml食品污水，使用六联混凝搅拌实验机进行烧杯试验，操作条件：在待处理原水进行快速搅拌的同时，按絮凝剂与待处理原水加入比例0.02wt％加入聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，先以150r/min快速搅拌1min，再以30r/min慢速搅拌10min，静置，停止搅拌，待絮体完全沉降后倒出上清液。经检测其特征指标为：固体悬浮物为23.1mg/L，吸光度为1.648，pH 7.56。

实施例2：

将二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体按1:5的比例溶于蒸馏水中，形成30wt％浓度单体溶液，超声震荡处理10min后，转入三口烧瓶中通入氮气10min，排除体系中氧气。分别称取0.03wt％的过硫酸钾和0.03wt％亚硫酸钠作为引发剂，及0.03wt％硫酸铈作为催化剂，将上述三种原料放入去离子水中，混合搅拌使之充分溶解。取模数3.0的固体水玻璃放入高压蒸锅内通入水蒸气后保持3个大气压进行压蒸反应，生成液体水玻璃，用水稀释调整含量至二氧化硅含量5wt％，将溶液通过填装Dowex 50阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量为0.5wt％，pH 3.2的硅溶胶稀溶液。将制得的引发剂和催化剂混合液加入单体溶液中，控制温度为65℃，机械搅拌9小时聚合得到聚丙烯酰胺聚合物溶液，然后按硅溶胶稀溶液与聚丙烯酰胺聚合物溶液0.4:1的比例加入配制的硅溶胶稀溶液，再搅拌6小时，即得到食品污水处理聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂。

选用食品污水作为处理原水，其特征指标为：固体悬浮物为456.2mg/L，吸光度为1.891，pH为7.87。取1000ml食品污水，使用六联混凝搅拌实验机进行烧杯试验，操作条件：在食品污水进行快速搅拌的同时，按絮凝剂与待处理原水加入比例0.05wt％加入聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，先以200r/min快速搅拌3min，再以60r/min慢速搅拌15min，静置，停止搅拌，待絮体完全沉降后倒出上清液。经检测其特征指标为：固体悬浮物为21.9mg/L，吸光度为1.519，pH 7.39。

实施例3：

将二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺单体按1:10的比例溶于蒸馏水中，形成40wt％浓度单体溶液，超声震荡处理10min后，转入三口烧瓶中通入氮气10min，排除体系中氧气。分别称取0.01wt％的过硫酸钾和0.06wt％亚硫酸钠作为引发剂，及0.06wt％硫酸铈作为催化剂，将上述三种原料放入去离子水中，混合搅拌使之充分溶解。取模数3.5的固体水玻璃放入高压蒸锅内通入水蒸气后保持6个大气压进行压蒸反应，生成液体水玻璃，用水稀释调整含量至二氧化硅含量10wt％，将溶液通过填装NKC-9大孔强酸性阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量为0.32wt％，pH 2.9的硅溶胶稀溶液。将制得的引发剂和催化剂混合液加入单体溶液中，控制温度为75℃，机械搅拌12小时聚合得到聚丙烯酰胺聚合物溶液，然后按硅溶胶稀溶液与聚丙烯酰胺聚合物溶液0.6:1的比例加入配制的硅溶胶稀溶液，再搅拌8小时，然后将所得混合溶液在上海顺仪SP-1500小型喷雾干燥机中进行干燥，，得到白色粉末状固体聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，所得固体絮凝剂可运用于污水絮凝处理过程。

将以上实施例制备的絮凝剂产品用于含腐植酸有色水的混凝除浊脱色处理，处理前固体悬浮物为418.6mg/L，吸光度为1.683，浊度146.3NTU，pH为6.13，水温14℃。取1000ml食品污水，使用六联混凝搅拌实验机进行烧杯试验，操作条件：在含腐植酸有色水进行快速搅拌的同时，按絮凝剂与待处理原水加入比例0.05wt％加入聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，先以300r/min快速搅拌5min，再以90r/min慢速搅拌30min，静置，待絮体完全沉降后倒出上清液即可。经检测其特征指标为：处理前固体悬浮物为56.3mg/L，吸光度为1.237，浊度33.2NTU，pH为6.48，水温14℃。

从上结果可看出，该絮凝剂综合了无机和有机絮凝剂的优势，具有适应pH值范围广、絮凝效果好、处理效率高、应用领域广泛的特点，从根本上提高了待处理液体絮凝分离效果。

Claims

1.一种处理食品污水絮凝剂的制备方法；其特征是步骤如下：

4).将步骤2)制得的引发剂和催化剂混合液加入步骤1)单体溶液中，控制温度为55～75℃，机械搅拌7～12小时聚合得到聚丙烯酰胺聚合物溶液，然后按硅溶胶稀溶液与聚丙烯酰胺聚合物溶液0.2～0.6:1的比例加入步骤3)所配制的硅溶胶稀溶液，再搅拌4～8小时，即得到食品污水处理聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂。

2.权利要求1制备的絮凝剂应用于饮用水、废水处理。

3.如权利要求2所述的应用，其特征是应用于食品污水的处理。

4.如权利要求2或3所述的应用，其特征是将待处理原水进行搅拌的同时，按絮凝剂与待处理原水加入比例0.02～0.1wt％加入聚硅酸/聚丙烯酰胺复合絮凝剂，搅拌1～5min，搅拌转速150～300r/min；再进行速搅拌10～30min，搅拌转速30～90r/min；搅拌完成后静置即可。