CN113354770A - 一种液体有机脱水剂及其制备方法 - Google Patents

一种液体有机脱水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液体有机脱水剂及其制备方法，属于水处理领域。包括如下步骤：将阳离子单体加入反应釜中，搅拌下加入金属离子螯合剂、交联剂和去离子水配成聚合液，调节pH值5‑7，然后通入氮气驱除空气；步骤2、升温至55‑65℃，投加引发剂溶液，反应2‑4小时；在70‑85℃，投加引发剂溶液，反应1‑3小时，加水稀释，后得到目标产物。本发明的有机脱水剂通过与污泥发生絮凝，破坏污泥的胶体结构，使污泥脱稳，形成大量松散的小絮团，结合其特殊的交联结构，使絮团内部产生大量的滤水通道，利于絮团内部的水分流出，可实现深度脱水，有效的降低泥饼含水率，而且无需添加额外盐分，避免造成二次污染。

Description

一种液体有机脱水剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理领域，尤其是一种液体有机脱水剂及其制备方法。
背景技术
到2018年底，全国污水处理厂每天产生污泥近6000万吨(以80％含水率计算)，2020年底预计达到7000万吨。目前污泥的处理处置主流路线为：“深度脱水(泥饼含水率≤60％)+焚烧或土地利用”深度脱水主流设备为板框压滤机，其中，市政污泥有机质含量相对高，污泥比阻高，使用板框压滤脱水困难，加入常规的PAM絮凝剂，泥饼含水率达不到≤60％含水率要求。
为降低泥饼含水率，目前普遍方法是向污泥中添加石灰、铁盐或铝盐等无机调理剂，通常石灰、铁盐和铝盐添加量合计高达300-500kg/吨绝干泥，这种做法虽然含水率降低，但造成污泥体量增加、污泥与滤液性质改变、腐蚀结垢、资源浪费、不安全因素增多及二次污染等系列问题。国家对污泥处理处置的原则是“减量化、稳定化、无害化、资源化“，应用有机脱水剂替代无机脱水剂是行业发展趋势。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种液体有机脱水剂及其制备方法，以解决背景技术所涉及的问题。
本发明提供一种液体有机脱水剂及其制备方法，包括：
步骤1、将阳离子单体加入反应釜中，搅拌下加入占阳离子单体质量0.01％～0.03％的金属离子螯合剂、占阳离子单体质量0％～4％的交联剂和去离子水配成聚合液，调节pH值5-7，然后通入氮气驱除空气；
步骤2、升温至55-65℃，投加引发剂溶液，反应2-4小时；
步骤3、在70-85℃，投加引发剂溶液，反应1-3小时，加水稀释，后得到目标产物。
优选地或可选地，所述阳离子单体为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、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或几种。
优选地或可选地，在所述聚合液中，所述阳离子单体浓度为35～60％。
优选地或可选地，所述交联剂制备步骤如下：
步骤1、将二烯丙基胺加入到反应釜中，用去离子水稀释至50-60％含量；
步骤2、升温至45-55℃，滴加入催化剂，滴加2小时，保温2小时得到所述交联剂。
优选地或可选地，所述催化剂为1，2二氯乙基醚、二氯乙烷、环氧氯丙烷中的一种或多种；所述催化剂用量为交联剂质量的1％-5％。
优选地或可选地，所述引发剂为过硫酸盐或偶氮类中的一种或两种复合使用，所述引发剂用量为总质量的0.02％-0.2％。
本发明还提供一种基于上述的液体有机脱水剂的制备方法所得到的有机板框压滤脱水剂。
优选地或可选地，所述脱水剂的结构式为：
Figure BDA0003181404070000021
其中，R为阳离子高分子聚合物。
优选地或可选地，所述脱水剂为空间网状结构。
本发明涉及一种液体有机脱水剂及其制备方法，相较于现有技术，具有如下有益效果：
1、本发明的有机脱水剂可以作为絮凝剂，与污泥发生絮凝，破坏污泥的胶体结构，使污泥脱稳，形成大量松散的小絮团，结合本发明的有机脱水剂特殊的交联结构，使絮团内部产生大量的滤水通道，利于絮团内部的水分流出。
2、本发明的有机脱水剂可以实现污泥的深度脱水，实现石灰、铁盐和铝盐“零“添加，真正意义上的污泥深度脱水过程减体减量，目标含水率≤60％。
3、本发明的有机脱水剂不会改变污泥性质与有机质含量，助力污泥土地利用、焚烧发电等资源化利用。
4、本发明的有机脱水剂无需溶解，可直接添加到污泥，能够实现全自动化加药，大幅度提高板框压滤机生产效率，有效的降低污泥处理、运输和处置综合成本。
5、本发明的有机脱水剂具有生物可降解、无腐蚀性、无刺激性，安全环保，不会改变污泥、滤液的酸碱性，消除了石灰、铁盐或铝盐对设备的腐蚀及带入水系统的额外盐分，改善现场操作环境，降低员工操作强度。
6、本发明分批加入引发剂，不仅可以有效的控制聚合速率，不至于聚合过快，产生危险，而且还可以有效的降低残单率。
7、本发明通过控制阳离子单体在聚合液中的浓度，一方面避免聚合分子量过低，反应速率过慢，另一方面避免反应物聚合形成胶块。
综上，本发明中的有机脱水剂实现深度脱水，有效的降低泥饼含水率，而且无需添加额外盐分，避免造成二次污染。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
申请概述
为降低泥饼含水率，目前普遍方法是向污泥中添加石灰、铁盐或铝盐等无机调理剂，通常石灰、铁盐和铝盐添加量合计高达300-500kg/吨绝干泥，这种做法虽然含水率降低，但造成污泥体量增加、污泥与滤液性质改变、腐蚀结垢、资源浪费、不安全因素增多及二次污染等系列问题。国家对污泥处理处置的原则是“减量化、稳定化、无害化、资源化”，应用有机脱水剂替代无机脱水剂是行业发展趋势。
针对上述问题，本申请的技术构思为：首先将二烯丙基胺在氯代烃、氯代醚等催化剂作用下，反应合成交联剂，然后与阳离子季铵盐单体进一步发生聚合反应，形成空间网状结构的有机脱水剂。所述有机脱水剂通过与污泥发生絮凝，破坏污泥的胶体结构，使污泥脱稳，形成大量松散的小絮团；而且结合其特殊的交联结构，使絮团内部产生大量的滤水通道，利于絮团内部的水分流出，可实现深度脱水，有效的降低泥饼含水率，而且无需添加额外盐分，避免造成二次污染。
其合成路线可以概括为：
Figure BDA0003181404070000041
其中，R为阳离子高分子聚合物。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或产品说明书进行。凡未注明厂商的试剂、仪器或设备，均可通过市售获得。
实施例1
将500g二烯丙基胺、500g去离子水加入反应釜中，开启搅拌，将物料温度调整至50℃，开始以7.5g/h的流量滴加1，2-二氯乙基醚，滴加完成后继续再50℃保温2小时，降温，得到交联剂。
将500g 80％丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、0.1g乙二胺四乙酸二钠、24g交联剂、476g去离子水，加入反应釜中，开启搅拌，向反应釜中加入盐酸调整pH值至6.5，通入氮气除氧30分钟后将物料温度升至55℃，投加0.1g引发剂Va044反应4小时，控制物料温度75-85℃，投加2g过硫酸铵反应2小时，加水稀释得到有机脱水剂产品。
实施例2
将500g二烯丙基胺、500g去离子水加入反应釜中，开启搅拌，将物料温度调整至50℃，开始以7.5g/h的流量滴加1，2-二氯乙基醚，滴加完成后继续再50℃保温2小时，降温，得到交联剂。
将500g 80％甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、0.1g乙二胺四乙酸二钠、24g交联剂、476g去离子水，加入反应釜中，开启搅拌，向反应釜中加入盐酸调整pH值至6.5，通入氮气除氧30分钟后将物料温度升至55℃，投加0.1g引发剂Va044反应4小时，控制物料温度75-85℃，投加2g过硫酸铵反应2小时，加水稀释得到有机脱水剂产品。
实施例3
将845g 65％二甲基二烯丙基氯化铵单体、0.1g乙二胺四乙酸二钠、155g去离子水，加入反应釜中，开启搅拌，向反应釜中加入盐酸调整pH值至6.5，通入氮气除氧30分钟后将物料温度升至55℃，投加0.1g引发剂Va044反应4小时，控制物料温度75-85℃，投加2g过硫酸铵反应2小时，加水稀释得到有机脱水剂产品。
实施例4
将500g二烯丙基胺、500g去离子水加入反应釜中，开启搅拌，将物料温度调整至50℃，开始以7.5g/h的流量滴加1，2-二氯乙基醚，滴加完成后继续再50℃保温2小时，降温，得到交联剂。
将845g 65％二甲基二烯丙基氯化铵单体、0.1g乙二胺四乙酸二钠、33g交联剂、122g去离子水，加入反应釜中，开启搅拌，向反应釜中加入盐酸调整pH值至6.5，通入氮气除氧30分钟后将物料温度升至55℃，投加0.1g引发剂Va044反应4小时，控制物料温度75-85℃，投加2g过硫酸铵反应2小时，加水稀释得到有机脱水剂产品。
实施例5
将500g二烯丙基胺、500g去离子水加入反应釜中，开启搅拌，将物料温度调整至50℃，开始以7.5g/h的流量滴加1，2-二氯乙基醚，滴加完成后继续再50℃保温2小时，降温，得到交联剂。
将590g 65％二甲基二烯丙基氯化铵单体、210g 80％甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.1g乙二胺四乙酸二钠、33g交联剂、167g去离子水，加入反应釜中，开启搅拌，向反应釜中加入盐酸调整pH值至6.5，通入氮气除氧30分钟后将物料温度升至55℃，投加0.1g引发剂Va044反应4小时，控制物料温度75-85℃，投加2g过硫酸铵反应2小时，加水稀释得到有机脱水剂产品。
检测例
取绝干污泥12g(市政污泥)，加入实施例1至5中所得到的有机脱水剂产品，搅拌5min，填料进入板框压滤机。设定参数，压力0.4Mpa，时间20min；压力0.8Mpa，时间10min；压力2.0Mpa，时间20min。取出压滤后的泥饼，测量泥饼水分。具体的实验数据参见下表：
Figure BDA0003181404070000051
Figure BDA0003181404070000061
通过上表可以看出：实施例1至5中的有机脱水剂比传统铁盐吨绝干泥增量明显减少，几乎不会增加污泥总量。而且实施例1至5中，尤其是实施例5中的有机脱水剂比市场阳离子聚丙烯酰胺产品泥饼含水率明显减少。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (9)

1.一种液体有机脱水剂的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1、将阳离子单体加入反应釜中，搅拌下加入占阳离子单体质量0.01％～0.03％的金属离子螯合剂、占阳离子单体质量0％～4％的交联剂和去离子水配成聚合液，调节pH值至5-7，然后通入氮气驱除空气；
步骤2、升温至55-65℃，投加引发剂溶液，反应2-4小时；
步骤3、在70-85℃，投加引发剂溶液，反应1-3小时，加水稀释，后得到目标产物。
2.根据权利要求1所述的液体有机脱水剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子单体为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、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的液体有机脱水剂的制备方法，其特征在于，在所述聚合液中，所述阳离子单体浓度为35～60％。
4.根据权利要求1所述的液体有机脱水剂的制备方法，其特征在于，所述交联剂制备步骤如下：
步骤1、将二烯丙基胺加入到反应釜中，用去离子水稀释至50-60％含量；
步骤2、升温至45-55℃，滴加入催化剂，滴加2小时，保温2小时得到所述交联剂。
5.根据权利要求4所述的液体有机脱水剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为1，2二氯乙基醚、二氯乙烷、环氧氯丙烷中的一种或多种；所述催化剂用量为交联剂质量的1％-5％。
6.根据权利要求1所述的液体有机脱水剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸盐或偶氮类中的一种或两种复合使用，所述引发剂用量为总质量的0.02％-0.2％。
7.一种基于权利要求1至6任一项所述的液体有机脱水剂的制备方法所得到的有机板框压滤脱水剂。
8.根据权利要求7所述的有机板框压滤脱水剂，其特征在于，所述脱水剂的结构式为：
Figure FDA0003181404060000021
其中，R为阳离子高分子聚合物。
9.根据权利要求7所述的有机板框压滤脱水剂，其特征在于，所述脱水剂为空间网状结构。
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