CN1769221A - 污泥脱水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于污泥脱水的阳离子型聚合物脱水剂。它是以阴离子或非离子聚丙烯酰胺、甲醛、有机胺、新鲜水为原料，辅以少量的螯合剂、反应促进剂在一定的温度下反应而得到的胺甲基聚丙烯酰胺为主要成分的胶体水溶液。本发明具有工艺、设备简单，反应过程平稳，易于操作等特点。上述阳离子型聚合物脱水剂与中国专利98121074.0的有机絮凝剂配合使用效果更佳。通过对炼油厂污泥脱水实验表明，本发明的污泥脱水剂在相同药剂投加量的条件下，处理效果要好于进口药剂；其处理后的滤后液COD基本低于2000mg/L，油含量在1000mg/L以下。它可以应用在石油、化工等行业的污水、污泥处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥脱水剂及其制备方法，具体地说是阳离子聚合物型污泥脱水剂及其制备方法，特别是针对石油、化工行业用于含油污泥脱水的阳离子型聚合物脱水剂及其制备方法。
背景技术
在石油加工及其废水处理过程中，有大量的含油污泥产生，如API隔油池底泥、溶气浮选浮渣、电脱盐污油、油罐底泥及剩余活性污泥等。由于含油污泥产生的工艺过程不同，其含油、含水差别较大，其中油是由数百种不同类型的有机化合物组成，多数是有毒有害及难于生物降解的物质。含油污泥中固体颗粒以极小粒子分布于污泥中，油-水-固三者混合呈乳化状态，对环境具有极大的危害性。
污泥的体积与含水率有着直接关系，当污泥含水率为98.8％时，污泥体积为100立方米，当含水率降到80％时，污泥体积只有1立方米。因此在污泥最终处理之前进行脱水处理是必不可少的。脱水剂的作用就是中和固体颗粒所带的电荷，使高度分散的污泥微粒、油珠或乳化油间网联架桥，从而使污泥的微小颗粒间发生凝聚，最终变成大颗粒，从而改善其固液分离性能。
CN1247838A披露了用于污水处理方面的一种阳离子型高分子絮凝剂，它是采用将反应器内的空气由氮气置换后，在2～3kg/cm2的氮气保护下完成反应的。
而且反应原料甲醛、二甲胺采用分段加入的方式，工艺过程烦琐。CN1305976A披露了一种污泥的处理方法。它是采用在污泥中加入硫酸亚铁后，再加入阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，并将絮凝后的污泥通过压滤分离机。经过分离的泥块自然风干后，用万能粉碎机粉碎，并在其中加入一定量的氮、磷、钾肥后，作为肥料使用。该方法会造成环境二次污染。CN1248173A用磺化苯乙烯聚合物和/或其盐与阳离子聚合物絮凝剂或无机絮凝剂结合使用，作为污泥脱水剂。CN1464887A用聚亚烷基亚胺的改性物为脱水剂，主要用于制纸原料前处理剂。上述脱水剂的脱水性能需进一步提高。
发明内容
本发明提供一种用于污泥脱水的阳离子型聚合物及其制备方法，在污泥处理时，可以有效地去除渣中的缝隙水，渣的成团性好，从而提高污泥的脱水效果。本发明得到的污泥脱水的阳离子型聚合物，在相同药剂投加量的条件下，处理效果要好于进口药剂；其处理后的滤后液COD基本低于2000mg/L，油含量在1000mg/L以下。本发明还提供一种复合型污泥脱水剂。
本发明污泥脱水剂是阳离子聚合物的胶体水溶液，阳离子聚合物中具有如下结构单元：
脱水剂的运动粘度为100～600mm2/s，阳离子度为10～30mmol/g。阳离子聚合物的重量浓度为0.05％～3％，优选为0.1％～1％。阳离子聚合物中上述结构单元的数量一般可以在1万～28万。
制备过程中加入的未反应的物质可以作为脱水剂的一部分，不必分离。
上述污泥脱水阳离子聚合物的制备过程如下：
将新鲜水加入反应釜中，在搅拌的情况下，均匀地将阴离子或非离子聚丙烯酰胺加入反应釜中。待其完全溶解后，加入无机碱，调整溶液的PH值。然后加入螯合剂、反应促进剂，控制反应温度，将甲醛、有机胺加入反应釜中，在反应一定时间后，加入终止剂停止反应，即可得到此产品。反应式如下：
其中各反应原料的最佳配比为阴离子或非离子聚丙烯酰胺∶甲醛∶有机胺∶新鲜水∶螯合剂∶反应促进剂∶终止剂为＝1∶0.5～2.5∶0.5～2.5∶100～5000∶0.005～0.05∶0.005～0.05∶10～500(mol比)，优选为1∶0.5～2.0∶0.5～2.0∶500～4000∶0.005～0.01∶0.005～0.01∶10～500(mol比)。无机碱是氢氧化钠、氢氧化钾的一种；有机胺是二甲胺、二乙胺、双氰胺的一种或两种；螯合剂是乙二胺四乙酸及其钠盐、亚乙基二胺四乙酸及其钠盐、二亚乙基二胺五乙酸及其钠盐；反应促进剂是过硫酸盐或者水溶性偶氮类物质，其中过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的一种或几种，水溶性偶氮类物是N，N-二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮双脒基丙烷二盐酸盐、2，2-偶氮双(2-甲基2-脒基丙烷)-盐酸盐的一种或几种。终止剂是盐酸、硫酸的一种。
加入无机碱，调整溶液的pH值，控制在7～14之间，最好是在8～13之间；反应温度，控制在20℃～80℃之间，最好是在20℃～70℃之间；阴离子或非离子聚丙烯酰胺的溶解时间，控制在1h～6h，最好控制在2h～5h；反应时间，控制在2h～10h，最好控制在2h～8h。
本发明复合型污泥脱水剂，将本发明上述阳离子聚合物与中国专利98121074.0的有机絮凝剂按体积比5～50∶1，优选20～40∶1混合即为本发明复合型脱水剂。当然，还可以添加本领域其它常规的有机和无机絮凝剂。
98121074.0的有机絮凝剂具有如下结构：
其中R1、R2、R4、R6分别是H或者C1-3的羟烷基其中的任何一个；R3是胺基或带有羟烷基取代的胺基；R5、R8分别是亚烷基；R7是羰基氧或羟基烷基氧；m＝5～15，n＝10～20。具体制备过程和条件可以参照该专利说明书和实施例。
本发明阳离子型聚合物污泥脱水剂或复合型污泥脱水剂在污泥脱水中的应用，特别是含油污泥脱水中的应用。将上述脱水剂加入需处理的污泥中，搅拌均匀即可，脱水剂在污泥中的加入量一般为3～1000μg/g，优选为5～500μg/g。
本发明阳离子型聚合物污泥脱水剂使用性能好，复合一定的有机絮凝剂后的使用性能更佳。本发明阳离子型聚合物制备工艺、设备简单，反应过程平稳，易于操作等特点。通过对炼油厂污泥的实验室烧杯评价试验及现场试验证明，本发明得到的污泥脱水的阳离子型聚合物，阳离子度高，处理效果好，污泥成团性好，且密实。此阳离子型聚合物与中国专利98121074.0破乳型有机絮凝剂配合使用效果更佳。它可以应用在石油、化工等行业的污水、污泥处理。
具体实施方式
下面通过实施例说明本发明污泥脱水剂及制备过程和使用性能。
实施例1
在反应釜中，加入499kg新鲜水，启动搅拌，加入非离子聚丙烯酰胺1.1kg。待其完全溶解后，加入0.1kg氢氧化钠(化学纯)，调整溶液的pH值为11～12。然后加入0.5g乙二胺四乙酸二钠(化学纯)，加入0.8g过硫酸铵(化学纯)，控制反应温度在30℃，将1000mL甲醛(化学纯)、1500mL二乙胺(化学纯)混和后，加入反应釜中，反应时间为4h。最后加入1500mL盐酸(化学纯)停止反应，即可得到此产品。脱水剂-1。
实施例2
在反应釜中，加入498kg新鲜水，启动搅拌，加入非离子聚丙烯酰胺1.35kg。待其完全溶解后，加入0.17kg氢氧化钠(化学纯)，调整溶液的PH值为9～10。然后加入0.5g乙二胺四乙酸二钠(化学纯)，加入1.4gN，N-二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐(化学纯)，控制反应温度在50℃，将2200mL甲醛(化学纯)、1800mL二甲胺(化学纯)、1200mL二乙胺(化学纯)混和后，加入反应釜中，反应时间为3h。最后加入2500mL盐酸(化学纯)停止反应，即可得到此产品。脱水剂-2。
实施例3
在反应釜中，加入987kg新鲜水，启动搅拌，加入阴离子聚丙烯酰胺2.85kg。待其完全溶解后，加入0.25kg氢氧化钠(化学纯)，调整溶液的PH值为11～12。然后加入0.4g乙二胺四乙酸二钠(化学纯)，加入0.5g过硫酸铵(化学纯)，加入0.6gN，N-二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐(化学纯)，控制反应温度在45℃，将2500mL甲醛(化学纯)、4200mL二乙胺(化学纯)混和后，加入反应釜中，反应时间为3h。最后加入4000mL盐酸(化学纯)停止反应，即可得到此产品。脱水剂-3。
实施例4
在反应釜中，加入986kg新鲜水，启动搅拌，加入阴离子聚丙烯酰胺3.88kg。待其完全溶解后，加入0.31kg氢氧化钠(化学纯)，调整溶液的PH值为9～10。然后加入0.8g乙二胺四乙酸二钠(化学纯)，加入0.8g过硫酸铵(化学纯)，加入0.6gN，N-二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐(化学纯)，控制反应温度在55℃，将3200mL甲醛(化学纯)、3200mL二甲胺(化学纯)、1800mL二乙胺(化学纯)混和后，加入反应釜中，反应时间为2h。最后加入5200mL盐酸(化学纯)停止反应，即可得到此产品。脱水剂-4。
实施例5
将脱水剂-2与中国专利98121074.0实施例3的破乳型有机絮凝剂，按30∶1(体积比)混合，得到脱水剂-5。
实施例6
将脱水剂-4与中国专利98121074.0实施例4的破乳型有机絮凝剂，按25∶1(体积比)混合，得到脱水剂-6。
表一各实施例得到脱水剂产品指标
| 指标 | 脱水剂1 | 脱水剂2 | 脱水剂3 | 脱水剂4 | 脱水剂5 | 脱水剂6 |
| 运动粘度cp | 322.9 | 407.6 | 436.9 | 528.7 | 469.9 | 496.3 |
| 阳离子度mmol/g | 11.9 | 14.8 | 17.3 | 21.4 | 13.6 | 18.4 |
实施例7
取某炼油厂含油污泥进行脱水试验。
表二处理炼油厂含油污泥实验结果
| 药剂名称 | 投加量(μg/g) | 污泥含水率wt％ | 滤后液(mg/L) | 备注 | ||
| 处理前 | 处理后 | 油含量 | CODcr | |||
| 原污泥 | 0 | 2820 | 5551 | |||
| PAC | 2000 | 99.5 | 85.2 | 1434 | 2659 | 泥饼松散 |
| PAC | 3000 | 99.5 | 82.1 | 588.0 | 1322 | 泥饼松散 |
| 脱水剂1 | 100 | 99.5 | 76.8 | 87.2 | 967 | 泥饼松散 |
| 脱水剂2 | 100 | 99.5 | 75.2 | 60.4 | 964 | 泥饼较密实 |
| 脱水剂3 | 100 | 99.5 | 71.5 | 30.6 | 808 | 泥饼密实 |
| 脱水剂4 | 100 | 99.5 | 70.7 | 21.9 | 297 | 泥饼密实 |
| 脱水剂5 | 100 | 99.5 | 73.6 | 19.6 | 232 | 泥饼密实 |
| 脱水剂6 | 100 | 99.5 | 66.5 | 14.3 | 211 | 泥饼密实 |
| 进口药剂 | 100 | 99.5 | 74.7 | 42.4 | 911 | 泥饼密实 |
实施例8
某炼油厂污水处理场现场烧杯评价试验
表三处理炼油厂含油污泥现场烧杯评价试验结果
| 药剂名称 | 投加量(μg/g) | 滤后液(mg/L) | 评价现象 | |
| CODcr | 油含量 | |||
| 现场进口药剂 | 50 | 942.37 | 65 | 破乳，成小团，不密实 |
| 70 | 990.45 | 60 | 破乳，成大团，不密实 | |
| 100 | 923.14 | 75 | 破乳，成大团，密实 | |
| 平均值 | 73.3 | 952.0 | 65.0 | |
| 脱水剂4 | 24 | 855.82 | 破乳，成小团，密实 | |
| 40 | 788.51 | 28 | 破乳，成大团，密实 | |
| 56 | 836.59 | 28 | 破乳，成大团，密实 | |
| 平均值 | 40.0 | 827.0 | 28.3 | |
| 现场进口药剂 | 50 | 885 | 22 | 破乳，成小团 |
| 40 | 1019 | 80 | 微破乳，不成团 | |
| 30 | 1096 | 149 | 微破乳，不成团 | |
| 平均值 | 40.0 | 1000.0 | 83.7 | |
| 脱水剂4 | 24 | 990 | 14 | 破乳，成大团，密实 |
| 20 | 942 | 56 | 破乳，成大团，密实 | |
| 16 | 1067 | 156 | 破乳，成团，密实 | |
| 平均值 | 20.0 | 1000.0 | 75.3 | |
注：此数据由炼油厂监测站分析。
Claims (14)
1、一种污泥脱水剂，其特征在于污泥脱水剂是阳离子聚合物的胶体水溶液，阳离子聚合物中具有如下结构单元：
阳离子聚合物的重量浓度为0.05％～3％，脱水剂的运动粘度为100～600mm2/s，阳离子度为10～30mmol/g。
2、按照权利要求1所述的污泥脱水剂，其特征在于在制备过程中加入的未反应的物质作为脱水剂的一部分，不必分离，阳离子聚合物中结构单元的数量为1万～28万，阳离子聚合物的重量浓度为0.1％～1％。
3、一种权利要求1所述污泥脱水剂的制备方法，其特征在于采用如下制备过程：将新鲜水加入反应釜中，在搅拌的情况下，均匀地将阴离子或非离子聚丙烯酰胺加入反应釜中；待其完全溶解后，加入无机碱，调整溶液的PH值；然后加入螯合剂、反应促进剂，控制反应温度，将甲醛、有机胺加入反应釜中，在反应一定时间后，加入终止剂停止反应，即可得到污泥脱水剂产品。
4、按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的各原料的摩尔配比为阴离子或非离子聚丙烯酰胺∶甲醛∶有机胺∶新鲜水∶螯合剂∶反应促进剂∶终止剂＝1∶0.5～2.5∶0.5～2.5∶100～5000∶0.005～0.05∶0.005～0.05∶10～500。
5、按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的各原料的摩尔配比为阴离子或非离子聚丙烯酰胺∶甲醛∶有机胺∶新鲜水∶螯合剂∶反应促进剂∶终止剂＝1∶0.5～2.0∶0.5～2.0∶500～4000∶0.005～0.01∶0.005～0.01∶10～500。
6、按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的阴离子或非离子聚丙烯酰胺；无机碱是氢氧化钠、氢氧化钾的一种；有机胺是二甲胺、二乙胺、双氰胺的一种或两种；螯合剂是乙二胺四乙酸及其钠盐、亚乙基二胺四乙酸及其钠盐、二亚乙基二胺五乙酸及其钠盐；反应促进剂是过硫酸盐或者水溶性偶氮类物质；终止剂是盐酸、硫酸的一种。
7、按照权利要求6所述的方法，其特征在于所述的过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的一种或几种，水溶性偶氮类物是N，N-二羟基乙基偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮双脒基丙烷二盐酸盐、2，2-偶氮双(2-甲基2-脒基丙烷)-盐酸盐的一种或几种。
8、按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的加入无机碱调整溶液的pH值控制在7～14之间，反应温度控制在20℃～80℃之间，阴离子或非离子聚丙烯酰胺的溶解时间控制在1h～6h，反应时间控制在2h～10h。
9、按照权利要求8所述的方法，其特征在于所述的加入无机碱调整溶液的pH值控制在8～13之间，反应温度控制在20℃～70℃之间，阴离子或非离子聚丙烯酰胺的溶解时间控制在2h～5h，反应时间控制在2h～8h。
10、一种复合型污泥脱水剂，其特征在于包括权利要求1的污泥脱水剂和具有如下结构的絮凝剂，两者体积比为5～50∶1。
其中R1、R2、R4、R6分别是H或者C1～3的羟烷基其中的任何一个；R3是胺基或带有羟烷基取代的胺基；R5、R8分别是亚烷基；R7是羰基氧或羟基烷基氧；m＝5～15，n＝10～20。
11、按照权利要求10所述的脱水剂，其特征在于所述的体积比为20～40∶1。
12、权利要求1、2、10和11任一权利要求所述脱水剂在含油污泥脱水中的应用。
13、按照权利要求12所述的应用，其特征在于所述的脱水剂在污泥中的加入量为3～1000μg/g。
14、按照权利要求12所述的应用，其特征在于所述的脱水剂在污泥中的加入量为5～500μg/g。
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