專利名稱:一種新型兩性離子高分子污泥脫水劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型兩性離子高分子污泥脫水劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，污泥脫水劑通常分為兩類，一類是無機藥劑，主要包括鐵鹽、鋁鹽，另一類是有機高分子藥劑，有陽離子型、陰離子型和非離子型。隨著污水、污泥處理所產(chǎn)生污泥量的增加以及污泥特性變差，陽離子聚合物絮凝劑對富含有機物的生產(chǎn)、生活廢水的處理，存在脫水濾餅含水率高、絮體強度弱(SS回收率低)、脫水污泥泥餅的剝離性能不佳等問題，難以獲得充分的脫水效果。
為克服上述陽離子聚合物絮凝劑的缺陷，已有人提出了解決辦法日特開昭58-215454號專利公開了一種陽離子高分子絮凝劑和陰離子高分子絮凝劑共同使用的方法，但上述方法在各成分混合比例、投加操作上十分繁瑣；特開昭53-149292號公報公開了包含季銨基的兩性高分子脫水劑，該方法所得污泥泥餅含水率高，濾布剝離性不佳；特開昭62-205112號公報公開了叔銨基的兩性高分子脫水劑，但叔銨基在高pH值范圍不解離，該方法對于具有高pH值的污泥，其性能顯著下降；特開平3-18900號公報公開了同時具有叔銨基和季銨基的兩性高分子脫水劑，改進了上述專利的欠缺，但是其在投加量及污泥泥餅含水率方面仍然不能令人滿意。
國內(nèi)發(fā)明專利97123344.6公開了一種兩性聚丙烯酰胺絮凝劑及其制備方法，該方法制備的膠體回彈性差，難于造粒成型，不適宜于粉狀產(chǎn)品制備；99111315.2公開了采用“前加堿共聚，后水解聚合工藝”合成了超高分子量的兩性離子聚合物的制備方法，但在污泥脫水應(yīng)用中，偏陽離子性的共聚物脫水性能優(yōu)越，而偏陽離子性的共聚物宜在偏酸性的條件下引發(fā)聚合。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)混合操作繁瑣、污泥脫水效果差、pH值范圍不寬的缺點，提供一種偏陽離子性的應(yīng)用于污水污泥處理方面的新型兩性離子高分子污泥脫水劑的制備方法。
本發(fā)明的目的還在于提供上述制備方法合成的新型兩性離子高分子污泥脫水劑。
本發(fā)明的新型兩性離子高分子污泥脫水劑的制備方法，其特征在于聚合反應(yīng)的機理為自由基水溶液三元共聚合其聚合反應(yīng)的機理為自由基水溶液三元共聚合，采用氧化還原引發(fā)劑和偶氮引發(fā)劑復(fù)合引發(fā)，包括如下步驟(1)以質(zhì)量百分比計，用去離子水分別將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體配成濃度為10％～40％質(zhì)量的水溶液，先將陽離子單體水溶液和部分非離子單體水溶液加入反應(yīng)釜中，通氮；配制的單體溶液中，非離子單體占單體總質(zhì)量的40％～85％，陰離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％，陽離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％。
(2)步驟(1)制得的溶液中分別加入均相當(dāng)于單體總質(zhì)量0.1％～1％的過硫酸鹽類引發(fā)劑、亞硫酸鹽類還原劑和偶氮引發(fā)劑，再加入相當(dāng)于單體總質(zhì)量0.1％～1％的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為5℃～50℃，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；(3)步驟(2)的反應(yīng)溶液中加入步驟(1)得到的pH值調(diào)節(jié)為2～6的陰離子單體水溶液和剩余的非離子單體水溶液，反應(yīng)3～10小時，出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子污泥脫水劑；步驟(1)配制的單體溶液中，非離子單體占單體總質(zhì)量的40％～85％，陰離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％，陽離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％。
步驟(1)所述非離子單體優(yōu)選是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；陰離子單體是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸或丙烯酸鈉；陽離子單體是丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基三甲基氯化銨或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨。
步驟(2)中所述的過硫酸鹽類引發(fā)劑優(yōu)選是過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀，亞硫酸鹽類還原劑是亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉，偶氮引發(fā)劑是偶氮雙異丁脒鹽酸鹽或偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽。
新型兩性離子高分子污泥脫水劑的制備方法，聚合反應(yīng)的pH值為偏酸性條件下進行，該高分子鏈是偏陽離子性的。當(dāng)pH＞7時，單體分子或聚合物會發(fā)生水解，形成含有羧基的聚合物。要想得到偏陽離子性的共聚物宜在偏酸性的條件下，因此選pH值偏酸性范圍內(nèi)引發(fā)聚合反應(yīng)。
新型兩性離子高分子污泥脫水劑的制備方法，聚合反應(yīng)分步驟“先加入陽離子單體，再加入陰離子單體”。為了得到組成均勻的共聚物，按組成要求設(shè)計投料比，先加入部分非離子單體和陽離子單體，反應(yīng)過程中再補充非離子單體以及加入陰離子單體，以保證配比基本保持相對恒定。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)、本發(fā)明的制備方法采取“先加入陽離子單體，再加入陰離子單體”，使共聚物的分子結(jié)構(gòu)組成較均勻。
(2)、本發(fā)明的制備方法采取在偏酸性的條件下引發(fā)聚合，制得偏陽離子性的兩性離子高分子污泥脫水劑。
(3)、本發(fā)明的提供的兩性離子高分子污泥脫水劑用于污泥處理，具有用量小，pH適用范圍寬，絮體粗大，處理后污泥含水率低等優(yōu)點。
具體實施方式以下結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1一(1)用去離子水分別將1.6千克丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑)配成16千克水溶液，0.15千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(工業(yè)精制純粉劑)配成1.5千克水溶液，0.32千克丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(濃度為80％的工業(yè)精制溶液)配成2.5千克水溶液。先將2.5千克丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨水溶液和8千克丙烯酰胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)器中，開動攪拌，通氮；(2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.008千克過硫酸銨，0.002千克亞硫酸氫鈉，0.014千克偶氮雙異丁脒鹽酸鹽，再加入0.02千克的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為25℃，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；(3)向釜內(nèi)反應(yīng)溶液中加入經(jīng)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為2的1.5千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸水溶液和8千克丙烯酰胺水溶液，反應(yīng)5小時，出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子污泥脫水劑。
實施例2二(1)用去離子水分別將1.6千克甲基丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑)配成8千克水溶液，1.2千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉(工業(yè)精制純粉劑)配成6千克水溶液，1.5千克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(濃度為80％的工業(yè)精制溶液)配成6千克水溶液。先將6千克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨水溶液和3千克甲基丙烯酰胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)器中，開動攪拌，通氮；(2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.016千克過硫酸鈉，0.004千克亞硫酸鈉，0.028千克偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽，再加入0.04千克的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為5℃，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；(3)向釜內(nèi)反應(yīng)溶液中加入經(jīng)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為4的6千克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉水溶液和5千克甲基丙烯酰胺水溶液，反應(yīng)10小時，出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子污泥脫水劑。
實施例3三(1)用去離子水分別將3.6千克丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑)配成12千克水溶液，1.02千克丙烯酸(工業(yè)精制純?nèi)芤?配成3.4千克水溶液，2.3千克二甲基二烯丙基三甲基氯化銨(濃度為60％的工業(yè)精制溶液)配成4.6千克水溶液。先將4.6千克二甲基二烯丙基三甲基氯化銨水溶液和8千克丙烯酰胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)器中，開動攪拌，通氮；
(2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.024千克過硫酸鉀，0.006千克亞硫酸氫鈉，0.042千克偶氮雙異丁脒鹽酸鹽，再加入0.06千克的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為50℃，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；(3)向釜內(nèi)反應(yīng)溶液中加入經(jīng)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為6的3.4千克丙烯酸水溶液和4千克丙烯酰胺水溶液，反應(yīng)3小時，出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子污泥脫水劑。
實施例4四(1)用去離子水分別將6.8千克甲基丙烯酰胺(工業(yè)精制純粉劑)配成17千克水溶液，0.6千克丙烯酸鈉(工業(yè)精制純?nèi)芤?配成1.5千克水溶液，0.75千克三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨(濃度為80％的工業(yè)精制溶液)配成1.5千克水溶液。先將1.5千克三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨水溶液和17千克甲基丙烯酰胺水溶液加入帶有攪拌器和加熱夾套的搪瓷反應(yīng)器中，開動攪拌，通氮；(2)向反應(yīng)釜的溶液中分別加入0.032千克過硫酸銨，0.008千克亞硫酸鈉，0.056千克偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽，再加入0.08千克的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為35℃，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；(3)向釜內(nèi)反應(yīng)溶液中加入經(jīng)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為3的1.5千克丙烯酸鈉水溶液，反應(yīng)8小時，出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子污泥脫水劑。
將實施例1一制得的兩性離子高分子污泥脫水劑應(yīng)用于某城市生活污水處理廠待脫水污泥(含水率97～98％，pH值6.8)，結(jié)果表明用兩性離子高分子污泥脫水劑，當(dāng)投藥量為40mg/L時，污泥比阻從28.4×1012m/kg下降到7.8×1012m/kg，含水率下降到77.2％；同樣條件下，某市售CPAM處理后污泥比阻16.1×1012m/kg，含水率79.7％。將該污泥pH值調(diào)至8.5時，本專利兩性離子高分子污泥脫水劑處理后污泥比阻13.2×1012m/kg，含水率79.5％；某市售CPAM處理后污泥比阻23.5×1012m/kg，含水率84.6％；pH值調(diào)至9.5時，本專利兩性離子高分子污泥脫水劑處理后污泥比阻18.2×1012m/kg，含水率81.5％；某市售CPAM處理后污泥比阻35.5×1012m/kg，含水率87.6％.
權(quán)利要求
1.一種兩性離子高分子污泥脫水劑的制備方法，其特征在于聚合反應(yīng)的機理為通過自由基水溶液三元共聚合，采用氧化還原引發(fā)劑和偶氮引發(fā)劑復(fù)合引發(fā)制得，包括如下步驟(1)以質(zhì)量百分比計，用去離子水分別將非離子單體、陰離子單體和陽離子單體配成濃度為10％～40％質(zhì)量的水溶液，先將陽離子單體水溶液和部分非離子單體水溶液加入反應(yīng)釜中，通氮；配制的單體溶液中，非離子單體占單體總質(zhì)量的40％～85％，陰離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％，陽離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％。(2)步驟(1)制得的溶液中分別加入均相當(dāng)于單體總質(zhì)量0.1％～1％的過硫酸鹽類引發(fā)劑、亞硫酸鹽類還原劑和偶氮引發(fā)劑，再加入相當(dāng)于單體總質(zhì)量0.1％～1％的EDTA-2Na，控制反應(yīng)溫度為5℃～50℃，促發(fā)鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)；(3)步驟(2)的反應(yīng)溶液中加入步驟(1)得到的pH值調(diào)節(jié)為2～6的陰離子單體水溶液和剩余的非離子單體水溶液，反應(yīng)3～10小時，出料，得到膠體干燥、粉碎、造粒即得兩性離子高分子污泥脫水劑；步驟(1)配制的單體溶液中，非離子單體占單體總質(zhì)量的40％～85％，陰離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％，陽離子單體占單體總質(zhì)量的7.5％～30％。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所述非離子單體是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；陰離子單體是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸或丙烯酸鈉；陽離子單體是丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基三甲基氯化銨或三甲胺基丙烯酸甲酯氯化銨。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于步驟(2)中所述的過硫酸鹽類引發(fā)劑是過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀，亞硫酸鹽類還原劑是亞硫酸氫鈉或亞硫酸鈉，偶氮引發(fā)劑是偶氮雙異丁脒鹽酸鹽或偶氮雙甲基咪唑啉丙烷鹽酸鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于步驟(3)中采用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值。
5.權(quán)利要求
1-4之一所述方法制備的兩性離子高分子污泥脫水劑。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種新型兩性離子高分子污泥脫水劑及其制備方法。采用非離子單體、陰離子單體和陽離子單體自由基水溶液三元共聚合，在pH值偏酸性的條件下，以水溶性的氧化還原引發(fā)劑和偶氮引發(fā)劑復(fù)合引發(fā)，分步驟“先加入陽離子單體，再加入陰離子單體”，合成了偏陽離子性的兩性離子高分子污泥脫水劑。該污泥脫水劑用于污泥處理，具有用量小，pH值適用范圍寬，絮體粗大，處理后污泥含水率低等優(yōu)點。
文檔編號C02F11/14GK1994943SQ200610123899
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月30日
發(fā)明者胡勇有, 黃志華, 程建華 申請人:華南理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan