申请日2016.12.07
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F11/14; C02F101/20
摘要
一种复合高分子污泥脱水絮凝剂，其原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯、三甲基甘氨酸、四乙烯五胺、重金属离子捕集剂、木质素磺酸盐，还包括聚乙烯吡咯烷酮、活性炭粉、复合高分子聚合硫酸铁盐和乙酸乙酯。另外本发明还涉及所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的制备方法。各原料之间配伍、发挥物质之间互补协调作用使得污泥比阻大幅降低，提高了污泥脱水功效及减量化效果，有效去除有毒有害及污染物质，安全稳定无二次污染，减少后续污泥处理处置工艺;实现污泥的减量化、稳定化、无害化与资源化，一次投加，操作简单方便，且投加剂量小，适用于城市污水及工业废水所产污泥脱水处理。
权利要求书
1.一种复合高分子污泥脱水絮凝剂，其原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯、三甲基甘氨酸、四乙烯五胺、重金属离子捕集剂、木质素磺酸盐，其特征在于：还包括聚乙烯吡咯烷酮、活性炭粉、复合高分子聚合硫酸铁盐和乙酸乙酯。
2.如权利要求1所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂，其特征在于：按重量份计，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂，其原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯7-11份、三甲基甘氨酸17-21份、四乙烯五胺11-15份、重金属离子捕集剂5-8份、木质素磺酸盐5-7份、聚乙烯吡咯烷酮4-8份、活性炭粉19-25份、复合高分子聚合硫酸铁盐12-16份和乙酸乙酯3-5份。
3.如权利要求1所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂，其特征在于：按重量份计，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯8-10份、三甲基甘氨酸18-20份、四乙烯五胺12-14份、重金属离子捕集剂6-7份、木质素磺酸盐6-7份、聚乙烯吡咯烷酮5-7份、活性炭粉22-24份、复合高分子聚合硫酸铁盐13-15份和乙酸乙酯3-5份。
4.如权利要求1所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂，其特征在于：按重量份计，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯9-11份、三甲基甘氨酸19-21份、四乙烯五胺13-15份、重金属离子捕集剂6-8份、木质素磺酸盐6-7份、聚乙烯吡咯烷酮6-8份、活性炭粉19-25份、复合高分子聚合硫酸铁盐14-16份和乙酸乙酯3-5份。
5.如权利要求1-4中任一项所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂，其特征在于：所述复合高分子聚合硫酸铁盐包括聚合硫酸铁、聚合硫酸铁铝及聚合硫酸氯化铁中的一种或几种。
6.如权利要求1-4中任一项所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂，其特征在于：复合高分子聚合硫酸铁盐由聚合硫酸铁、聚合硫酸铁铝及聚合硫酸氯化铁中的两种及以上等比组成。
7.如权利要求1所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂，其特征在于：所述复合高分子聚合硫酸铁盐、活性炭粉为300-700目筛的筛下物。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的制备方法，按顺序包括以下步骤：
第一步：将原料复合高分子聚合硫酸铁盐、活性炭粉分别研磨并过300-700目的筛，并取筛下产物加入反应器;
第二步：将烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯、重金属离子捕集剂和木质素磺酸盐按照配比加入所述反应器中，并混合搅拌均匀;
第三步：将四乙烯五胺和乙酸乙酯加入反应器中，并搅拌直到溶解;
第四步：向所述反应器中加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，反应2-3小时;
第五步：冷却至室温，加入三甲基甘氨酸并逐步加水，并进行混合搅拌;通过控制加水量并经测量浓度，调理所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的含水量，得到所述复合高分子污泥脱水絮凝剂。
9.如权利要求8所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂制备方法，其特征在于：所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的含水量为55%以内。
10.如权利要求9所述的复合高分子污泥脱水絮凝剂制备方法，其特征在于：所述复合高分子污泥脱水絮凝剂中，各原料的有效含量为45%及以上。
说明书
复合高分子污泥脱水絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体地，涉及复合高分子污泥脱水絮凝剂及其制备方法。
背景技术
污泥是污水处理的最终产物，随着我国经济的持续快速发展和城市化步伐的加快，污水处理规模逐渐扩大，污泥产量也随之增加。污泥成分比较复杂，有机质含量较高，污染物集中度高，含有大量有害的病原体、重金属、微生物及其有机污染物。污泥的减量化日渐变得重要，而对于污泥的处理，脱水是最重要的前处理过程，是降低污泥后续处理和处置成本的一个非常关键的环节。污泥的亲水性强、比表面积大，脱水难度大，机械脱水效率低。对污泥进行浓缩、脱水，仅达到减量化的初步要求，然后进行填埋或者焚烧处理，容易产生环境二次污染。
目前在污泥减量化过程中，一般采用机械压滤脱水，并加入脱水絮凝剂，提高脱水的效果，目前脱水絮凝剂主要以无机物质为原料或简单混合组成为主，例如生石灰等，在脱水效果和去除重金属等有害污染物质等方面效果不理想、不利于后续污泥资源化处理。
总之，若实现污泥的脱水效果、减量化、无害化及资源化，需在污泥进行脱水之前，进行污泥的调理来改变污泥固相颗粒的形态特征，降低污泥比阻，增强絮凝功效，减少操作难度，脱水效果才会好;污泥调理可以分为三类：化学法、物理法、生物法，这其中化学调理法操作简单、成本低廉、工艺成熟、效果显著，是目前国内外应用最为广泛的污泥调理方法，因此污泥脱水絮凝剂作为化学调理法的重要使用药剂，将成为近几年来环保技术领域在污泥处理行业研究发展的热点方向。
目前，现有污泥脱水絮凝剂的研制上，存在着只考虑污泥脱水絮凝效果而忽略了原料功效选配、环境保护、造价成本等方面考虑，即缺乏在实现污泥脱水处理功效的同时从实现污泥的减量化、无害化、稳定化及资源化上进行整体综合考虑而研制，比如：本应用在污水处理方面的硫酸亚铁或氯化铁，将其用在污泥脱水上则效果一般，且硫酸亚铁不易于储运，导致成本升高，甲醛或苯酚类等具有较强毒性、刺激性而不利于环境保护，消石灰或石灰粉等在污泥脱水处理的同时会导致不便于利用的泥量增加而不利于污泥后续的资源化利用等等。
中国专利公布公告的现有技术中有一种“污泥脱水絮凝剂及其脱水方法”申请案所述污泥脱水絮凝剂，由A剂和B剂组成;A剂包括硫酸亚铁、重金属捕捉剂、兰炭、石灰粉、烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯、木质素磺酸盐;B剂包括甜菜碱、四亚乙基五胺、甲醛、乙醇、水。利用该污泥脱水絮凝剂对污泥进行脱水时，添加A剂1-4份、B剂2-7份，采用机械压滤机进行压滤脱水后滤饼含水率(wt%)为38-43%。但是，该污泥脱水絮凝剂及其脱水方法需要分两次添加絮凝剂，操作比较麻烦，且投加剂较高;所采用原料硫酸亚铁传统常用于污水处理方面，而用在污泥脱水处理上效果一般，且硫酸亚铁原料不易于储运，造价成本也较高;石灰粉不但没有做到污泥减量化处理反而会导致不便于利用的泥量增加，不利于污泥后续资源化利用;甲醛具有毒性、刺激性等，存在安全隐患、不利于环境保护等等。
发明内容
为了解决以上现有技术中两次添加絮凝剂，操作比较麻烦的技术问题，本发明提供一种复合高分子污泥脱水絮凝剂及其制备方法，该污泥脱水絮凝剂使用简单，污泥脱水处理方法操作简单。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：一种复合高分子污泥脱水絮凝剂，其原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯、三甲基甘氨酸、四乙烯五胺、重金属离子捕集剂、木质素磺酸盐，还包括聚乙烯吡咯烷酮、活性炭粉、复合高分子聚合硫酸铁盐和乙酸乙酯。本发明的复合高分子污泥脱水絮凝剂一次投加、使用简单、脱水效果好、投加计量小。
聚乙烯吡咯烷酮(又称聚维酮)是一种非离子型高分子表面活性剂，在不同的分散体系中，可作为分散稳定剂、乳化剂、增稠剂、流平剂、粒度调节剂、抗再沉淀剂、凝聚剂、助溶剂和洗涤剂，是N-乙烯基酰胺类聚合物中最具特色，且被研究得最深、广泛的精细化学品品种，相对分子质量从数千至一百万以上的均聚物、共聚物和交联聚合物系列产品，并以其优异独特的性能获得广泛应用。尤其应用在污泥脱水处理剂原料中，较甲醛、苯酚等原料具有更好的杀菌去毒、吸湿性、分散性、增溶性、凝聚性等功效，并且具有无腐蚀、无刺激及环境友好等优点。
复合高分子聚合硫酸铁盐(如聚合硫酸铁、聚合硫酸铁铝及聚合硫酸氯化铁)是一种新型、优质、高效的铁盐类无机高分子混凝剂、高效净化剂，对被处理的原水PH值适应性更强，混凝效果更优良，絮凝矾花密实，沉降速度快，具有显著的除浊、除菌、除臭、除藻、脱色、脱油、脱水、去除水中COD、BOD及重金属离子等功效，与其他无机絮凝剂相比，除菌除臭、去除COD及重金属离子等功效显著，对高浊度污水水净化效果尤佳，并且更广泛适应于宽PH值4-11范围。尤其应用于污水污泥处理药剂的原料中，较传统制备方法采用的硫酸亚铁、氯化铁等相比，具有更好的污泥脱水效果及较好性价比等优点，且在同等条件下，复合高分子聚合硫酸铁盐较硫酸亚铁可有效节省成本20%-40%。
活性炭粉具有脱臭、脱盐、催化载体及很强的吸附性，广泛应用于污水污泥处理。在有机污水污泥处理过程中，有些有机物是难于为微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其产品、杀虫剂、合成染料、胺类化合物等，经生化处理后很难达到对排放要求较高的排放标准，也严重影响污水的回用和污泥后续利用。活性炭对有机物的吸附能力大，在污水污泥的深度处理中得到广泛的应用，并有具有以下优点：处理程度高，城市污水用活性炭进行深度处理后，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L;应用范围广，对废水中绝大多数有机物都有效，包括微生物难于降解的有机物;适应性强，对水量及有机物负荷的变动有较强的适应性能，可得到稳定的处理效果;粒状炭可进行再生重复使用，被吸附的有机物在再生过程中被能源化烧掉等不产生污泥;可回收有用物质，活性炭处理含酚废水，用碱再生吸附饱和的活性炭，可以回收酚钠盐。在工业废水处理中的应用：很多工业废水很难或不能采用生化处理，采用其他方法时，有的不能达到排放标准，或运行费用较高，或处理工业麻烦等，有些有毒的有机化合物和某些重金属及其化合物等，活性炭对这些物质有很强的吸附能力。在同等条件下，活性炭粉较传统制备所采用的兰炭粉、焦炭粉等原料的效果提升30-40%功效，综合成本节省15-30%。
并且活性炭粉和聚乙烯吡咯烷酮以其两者各自独特性能应用在污水污泥处理剂中，取代了传统常采用的消石灰、石灰粉等，具有更好的杀菌去毒性能、吸湿性能等功效，更有利于实现污泥的减量化、无害化、稳定化及资源化。
优选的是，按重量份计，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂，其原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯7-11份、三甲基甘氨酸17-21份、四乙烯五胺11-15份、重金属离子捕集剂5-8份、木质素磺酸盐5-7份、聚乙烯吡咯烷酮4-8份、活性炭粉19-25份、复合高分子聚合硫酸铁盐12-16份和乙酸乙酯3-5份。采用这样的复合高分子污泥脱水絮凝剂，与现有技术相比，在脱水率相同或接近的情况下，该复合高分子污泥脱水絮凝剂的添加量更少，所以，同时也会有效地降低成本。
上述任一方案优选的是，按重量份计，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯8-10份、三甲基甘氨酸18-20份、四乙烯五胺12-14份、重金属离子捕集剂6-7份、木质素磺酸盐6-7份、聚乙烯吡咯烷酮5-7份、活性炭粉22-24份、复合高分子聚合硫酸铁盐13-15份和乙酸乙酯3-5份。
上述任一方案优选的是，按重量份计，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的原料包括烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯9-11份、三甲基甘氨酸19-21份、四乙烯五胺13-15份、重金属离子捕集剂6-8份、木质素磺酸盐6-7份、聚乙烯吡咯烷酮6-8份、活性炭粉19-25份、复合高分子聚合硫酸铁盐14-16份和乙酸乙酯3-5份。
上述任一方案优选的是，复合高分子聚合硫酸铁盐包括聚合硫酸铁、聚合硫酸铁铝及聚合硫酸氯化铁中的一种或几种。
上述任一方案优选的是，复合高分子聚合硫酸铁盐由聚合硫酸铁、聚合硫酸铁铝及聚合硫酸氯化铁中的两种及以上等比组成。所谓等比组成，就是由其中两种或以上组成所述复合高分子聚合硫酸铁盐时，其中的每种占的份数相同，如，如果所述复合高分子聚合硫酸铁盐的添加份数是15份，那么就可以设成其中两种的混合使用，每种7.5份;也可以是三种一起使用，每种5份;当然，也可以事先将其中的两种或以上以相同的份数混合均匀，然后作为一个整体用作所述复合高分子聚合硫酸铁盐加入。以上复合高分子硫酸铁盐的混组使用更能发挥强大效果，具有一定市场前景，将广泛应用于各种水净化处理及污水污泥等处理，实际上，两种及以上复合高分子聚合硫酸铁盐也可以是不等比而以任意比例混合，等比混合只是为了操作简单、方便。
上述任一方案优选的是，所述复合高分子聚合硫酸铁盐、活性炭粉细度小于300-700目范围均可。
本发明提供的复合高分子污泥脱水絮凝剂一次投加，使用简单，且成本低廉，毒害物质去除率高、污泥增量少、脱水效果好、投加剂量小。
本发明提供的复合高分子污泥脱水絮凝剂，是以合成高分子有机物为主的新型污泥脱水剂，充分利用复合高分子材料增强了絮凝性能。各原料之间配伍、发挥物质之间互补协调作用及化学反应使得污泥比阻大幅降低，提高了污泥脱水功效及减量化效果，有效去除重金属离子等有毒有害及污染物质，无毒害单体残留，安全稳定无二次污染，减少后续污泥处理工艺;可广泛应用于城市污水和工业废水污泥脱水处理，实现污泥的减量化、稳定化、无害化与资源化，一次投加，操作简单方便，且投加剂量小。
另一方面，本发明还提供一种如上述所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的制备方法，按顺序包括以下步骤：
第一步：将原料复合高分子聚合硫酸铁盐、活性炭粉分别研磨并过300-700目范围均可的筛，并取筛下产物加入反应器;
第二步：将烷基胺聚氧乙烯醚磷酸酯、重金属离子捕集剂和木质素磺酸盐按照配比加入所述反应器中，并混合搅拌均匀;
第三步：将四乙烯五胺和乙酸乙酯加入反应器中，并搅拌均匀;
第四步：向所述反应器中加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，反应2-3小时;
第五步：冷却至室温，加入三甲基甘氨酸并逐步加水，并进行混合搅拌;通过控制加水量并经测量浓度，调理所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的含水量，得到所述复合高分子污泥脱水絮凝剂。
优选的是，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂的含水量为55%以内。
上述任一方案优选的是，所述复合高分子污泥脱水絮凝剂中，各原料的有效含量总和为45%及以上。
上述任一方案优选的是，所述制备方法中涉及到的搅拌中的一处或几处均加热到40-55℃，并以每分钟100转左右的速度搅拌。
污泥脱水处理时，先采用本发明提供的污泥脱水絮凝剂对污泥进行絮凝调理处理，再将其进行絮凝处理，药剂投加量少，絮凝效果佳，脱水效果好，污泥比阻大幅降低，提高了污泥脱水功效及减量化效果，有效去除重金属离子等有毒有害及污染物质，无毒害单体残留，安全稳定无二次污染，减少后续污泥处理工艺;可广泛应用于城市污水和工业废水污泥脱水处理，实现污泥的减量化、稳定化、无害化与资源化。
