本发明属于絮凝剂制备技术领域，特别是一种交联阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂及其制备方法。
背景技术：
污泥是污水处理过程中产生的副产物，含有大量致病菌，重金属和难降解有机物，存在污泥颗粒小、沉降性能差、含水率高等特点。若处理不当，会对水源和大气造成严重的二次污染，对环境造成长久且难以修复的破坏。有机构研究显示，预计2020年，我国污泥产量能达到6500万吨左右。根据《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》中的要求，污水处理厂以储存为目的将污泥运送出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下。目前城市污水厂的污泥的含水率在90%以上，经过浓缩或机械脱水工艺处理后，其含水率仍在80%以上，显然污泥含水率没有达到资源化和处置要求。
目前，污泥脱水调理剂分为两类：一类是无机絮凝剂，主要包括铁盐、铝盐以及聚合氯化铝，另一类是有机高分子絮凝剂，包括非离子型、阳离子型、阴离子型和两性型等有机高分子药剂，以聚丙烯酰胺(pam)最为常见。专利cn1769221a公开了一种阳离子污泥脱水剂，采用许多有机发挥成分甲醛、有机胺等，对人类不友好还不利于环境保护，而且其污泥处理效果也不明显。专利cn104261651a公开了一种改性阳离子聚丙烯酰胺污水处理剂，虽使其脱水效果优于传统的聚丙烯酰胺脱水剂，但脱水率还是在70%左右。专利cn101172748a公布一种复合型污泥脱水剂，在与别的专利产品复配后使用也只能将脱水率控制在72%左右，且过程比较繁琐；专利cn101100345a中公开的污泥脱水剂所使用的离子分散剂高达5种，滤液会造成二次污染。此外,虽然文献‘丙烯酰胺和d-果糖_丙烯酰胺衍生物的接枝共聚和絮凝性能测试’有提到可以使用mba等交联剂,但接枝时接枝率很低，很难达到理想的应用效果。
技术实现要素：
针对以上不足，本发明提供了一种使用便捷、安全环保，能有效提高污水脱水效果的交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂及其制备方法。
本发明采用的技术方案是：一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于，由以下组份制成，各组份质量份数为：去离子水30～80份；丙烯酰胺10～60份；丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵30～80份；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2～8份；硫酸铵2～6份；己二酸1～5份；活性助剂zinc0.001～0.1份；螯合剂0.005～0.1份；偶氮类引发剂0.01～0.5份；交链剂0.002～8份；链转移剂0.001～0.035份；氧化剂0.001～0.08份；还原剂0.001～0.05份。
所述螯合剂为二乙烯三胺五乙酸五钠(versenex80)、乙二胺四乙酸(edta)的一种或两种。
所述偶氮类引发剂为偶氮类，如偶氮二异丁腈(azdn)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(va044)、偶氮二异丁基脒盐酸盐(v50)、偶氮二异丙基咪唑啉(va061)、偶氮二氰基戊酸(acva)的一种或多种。
所述交链剂为n-2，2-丙烯基-2-丙烯酰胺、三烯丙基胺(taa)、n,n,n',n'-四烯丙基乙二胺(taeda)、四烯丙氧基乙烷(tae)、季戊四醇三丙烯酸酯(peta)、四烯丙基氯化铵(taac)一种或两种。优选的，n-2，2-丙烯基-2-丙烯酰胺作为主交联剂，其他用作辅助交联剂。
所述链转移剂为次磷酸钠（hypo）、甲酸钠、胺基乙醇的一种或两种。
所述氧化剂为过硫酸钠(sps)、过硫酸钾(kps)的一种或两种。
所述还原剂为焦亚硫酸钠（mbs）、亚硫酸氢钠（sbs）、硫酸亚铁胺（ms）的一种或两种。
一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂制备方法，先配置反应溶液，将去离子水、丙烯酰胺、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，硫酸铵、己二酸、活性助剂zinc及其他辅助交链剂混合搅拌至硫酸铵完全溶解，然后加磷酸调节整体溶液的ph为3-6；降温到-5℃，随后注入到反应装置中通氮排氧，加入偶氮类引发剂、螯合剂、链转移剂、氧化剂及还原剂，反应引发后，关闭通氮阀，反应1-4小时后，再保温1-3小时，得到絮凝剂胶体；然后将胶体进行粉碎，60-80℃高温干燥后，再将其进行粉碎过筛，得到絮凝剂粉末。
所述粉末粒径小于0.5mm。
本发明通过选用两种交链剂交联得到阳离子聚丙烯酰胺产品，使其分子链上可以携带更多的电荷，能更好的中和污泥颗粒所带电荷，使污泥颗粒与水分子分离，从而提高其脱水性能；被中和的污泥絮体与絮体之间碰撞的几率也变大，污泥因此容易聚集成团，迅速沉降。因此，还能提高污泥的沉降性能。最后再通过机械的作用，可以使污泥的脱水率达到最低。
本发明提供的交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂在反应过程中加入了己二酸与活性助剂硫酸锌。己二酸有很强的配位作用，能与氧化还原反应产生的还原剂中fe3 形成可溶性的配合物，可以增加产品的溶解性；加入硫酸锌则可以促进聚合反应的进行使反应更彻底，同时还能减少残留单体含量。
本发明采用水溶液内交联快速聚合方法制备，反应过程容易控制、操作简单，产品质量稳定，生产和烘干过程耗能低，对环境无污染。
本发明提供的交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂在进行污泥脱水处理时，污泥沉降速率快，脱水性能好，过滤性强、脱水率高；操作简单，无其他有害药剂添加，不存在二次污染，能弥补常规污泥脱水剂的不足。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例
一种交链型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂及其制备方法，按以下步骤进行：
1、先配置反应溶液,各组实施例成分如下表所示:
2、将各组实施例的成分分别混匀，然后使用磷酸调节整体溶液的ph为3-6；降温到-5℃
3、将步骤（2）中降温后的溶液倒入保温反应装置，再通氮排氧，先加入800mg的偶氮类引发剂和60mg的螯合剂,5min后加入10mg的链转移剂，继续间隔5min后40mg加氧化剂和20mg的还原剂；反应引发后，关闭通氮阀，反应4小时后，再保温2小时，得到絮凝剂胶体；其中，偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐va044；螯合剂为二乙烯三胺五乙酸五钠versenex80；链转移剂为次磷酸钠hypo；氧化剂为过硫酸钠sps；还原剂为硫酸亚铁胺ms；
4、最后将步骤（3）中胶体进行粉碎，高温干燥后，再将其进行粉碎过筛，得到絮凝剂粉末，将其编号为cpam1-5。
对比例1
制备常规阳离子絮凝剂按以下步骤进行：
(1)先配置反应溶液，各组实施例成分如下表所示:
(2)将各组对比例的成分分别混匀，然后使用磷酸调节整体溶液的ph为3-6；降温到-5℃
(3)将步骤（2）中降温后的溶液倒入保温反应装置，再通氮排氧，先加入800mg的偶氮类引发剂和60mg的螯合剂，5min后加入10mg的链转移剂，继续间隔5min后40mg加氧化剂和20mg的还原剂；反应引发后，关闭通氮阀，反应4小时后，再保温2小时，得到絮凝剂胶体；其中，偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐va044；螯合剂为二乙烯三胺五乙酸五钠versenex80；活性助剂为zinc；链转移剂为次磷酸钠hypo；氧化剂为过硫酸钠sps；还原剂为硫酸亚铁胺ms；
(4)最后将步骤（3）中胶体进行粉碎，高温干燥后，再将其进行粉碎过筛，得到絮凝剂粉末，将其编号为contrast1-5。
污泥采用某化工厂水处理池的活化污泥样，取泥水样量均为200ml。其特征如表1：
表1污泥的基本特性
将实施例1、2、3、4、5制备的交链型阳离子絮凝剂与对比例1、2、3及4制备的常规阳离子絮凝剂等进行污泥脱水性能评价。本实验中絮凝程序如下：pac添加量为5ppm，pam添加量为2ppm；首先取泥水样量200ml,先加pac快速搅拌30s（200r/min），然后再加pam,慢速搅拌60s（40r/min），搅拌结束后，将样到入相应装置，测其必要的参数：过滤速度(30s内的过滤液体质量)，污泥上清液余浊（rts），污泥含水率（fcmc）和污泥比阻（srf）,结果如表2：
表2污泥脱水性能评价表
上述的实例应用结果显示，实施例二中采用交链剂n-2，2-丙烯基-2-丙烯酰胺和n、n、n'、n'-四烯丙基乙二胺taeda的组合最佳选择。在所有产品中，效果最好，可使30s内的过滤液体质量提高为常规阳离子絮凝剂脱水剂的3倍，污泥含水率可降低到60.13%左右，远低于常规阳离子絮凝剂脱水剂的93.66%，性能提升优异。
1.一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于，由以下组份制成，各组份质量份数为：去离子水30～80份；丙烯酰胺10～60份；丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵30～80份；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2～8份；硫酸铵2～6份；己二酸1～5份；活性助剂zinc0.001～0.1份；螯合剂0.005～0.1份；偶氮类引发剂0.01～0.5份；交链剂0.002～8份；链转移剂0.001～0.035份；氧化剂0.001～0.08份；还原剂0.001～0.05份。
2.根据权利要求1所述一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于：所述螯合剂为二乙烯三胺五乙酸五钠(versenex80)、乙二胺四乙酸(edta)的一种或两种。
3.根据权利要求1所述一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于：所述偶氮类引发剂为偶氮类，如偶氮二异丁腈(azdn)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(va044)、偶氮二异丁基脒盐酸盐(v50)、偶氮二异丙基咪唑啉(va061)、偶氮二氰基戊酸(acva)的一种或多种。
4.根据权利要求1所述一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于：所述交链剂为n-2，2-丙烯基-2-丙烯酰胺、三烯丙基胺(taa)、n,n,n',n'-四烯丙基乙二胺(taeda)、四烯丙氧基乙烷(tae)、季戊四醇三丙烯酸酯(peta)、四烯丙基氯化铵(taac)一种或两种，
优选的，n-2，2-丙烯基-2-丙烯酰胺作为主交联剂，其他用作辅助交联剂。
5.根据权利要求1所述一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于：所述链转移剂为次磷酸钠(hypo)、甲酸钠、胺基乙醇的一种或两种。
6.根据权利要求1所述一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于：所述氧化剂为过硫酸钠(sps)、过硫酸钾(kps)的一种或两种。
7.根据权利要求1所述一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂，其特征在于：所述还原剂为焦亚硫酸钠(mbs)、亚硫酸氢钠(sbs)、硫酸亚铁胺(ms)的一种或两种。
8.一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂制备方法，其特征在于：先配置反应溶液，将去离子水、丙烯酰胺、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，n-2，2-丙烯基-2-丙烯酰胺、硫酸铵、己二酸、活性助剂zinc及其他辅助交链剂混合搅拌至硫酸铵完全溶解，然后加磷酸调节整体溶液的ph为3-6；降温到-5℃，随后注入到反应装置中通氮排氧，加入偶氮类引发剂、螯合剂、链转移剂、氧化剂及还原剂，反应引发后，关闭通氮阀，反应1-4小时后，再保温1-3小时，得到絮凝剂胶体；然后将胶体进行粉碎，60-80℃高温干燥后，再将其进行粉碎过筛，得到絮凝剂粉末。
9.根据权利要求8所述一种交联型阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水剂制备方法，其特征在于：所述粉末粒径小于0.5mm。
技术总结