一種絮凝劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種污水及膜系統進水處理用高效絮凝劑及其制備工藝，屬于精細化 工領域。
【背景技術】
[0002] 我國平均年水資源總量28124億m3,其中河川平均年徑流量27115億m 3,地下水 8288億m3,居世界第六位，低于巴西、俄羅斯、加拿大、美國和印度尼西亞。我國是一個水資 源短缺的國家，水資源總量居世界第六位，按人均水資源量計量，人均占有量為2500立方 米，為世界人均水量的1 / 4,世界排名第110位，被聯合國列為13個貧水國家之一。
[0003] 與水資源短缺伴隨而來的是我國經濟的高速發展，對水資源需求越來越大，特別 是工業用水量逐年上升，且更嚴重的是水污染現象與日俱增，大量工業廢水、生活廢水等流 入河流，造成可用潔凈水資源愈發短缺。
[0004] 針對污染水體，目前可通過各種手段來進行凈化處理，包括物理、化學、生物手段， 其中最被廣泛使用的是化學法中的絮凝沉淀法，通過加入高效絮凝劑來處理污水。目前，市 面上常見的絮凝劑主要有無機類絮凝、有機高分子絮凝劑、生物絮凝劑。其中，最常用的是 無機絮凝劑中的聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵，以及有機高分子類的聚丙烯酰胺絮凝劑。這幾 類絮凝劑在處理污水中顯示了較強的處理效果，但是也存在難以回避的缺點，包括用量大、 絮體沉降慢、使用不方便、殘留毒性大等等。
[0005] 另外，隨著膜系統越來越廣泛用于各類凈水處理過程，對膜系統本身的保護顯得 日益重要。對膜有潛在危害的其中一個因素便是水體中的懸浮物顆粒，其會造成前端各類 過濾器污堵頻繁，工作效率降低。另外，嚴重時會使后端保安過濾器工作壓力過大，甚至污 堵、擊穿保安過濾器，達到膜表面，造成保安過濾器與反滲透膜被顆粒物堵塞及永久損壞。 因此，對進水水體進行有效去除懸浮物顆粒顯得非常重要，需要一種高效、水溶性好、抗擊 穿性能好的絮凝劑產品。目前來看，市面上用于膜系統的絮凝劑產品很少，性能優異的更 少，通常使用無機類絮凝劑進行處理，但存在用量大、絮體沉降慢、使用不方便等不足。
[0006]目前，涉及用于膜系統的絮凝劑的相關專利比較少。用于污水處理中的絮 凝劑，有一些專利報道，比如：201010535478. 6,201210562171. 4,201210123810. 7， 201110426145.4,201110407597.8,201010568482.2,201010560433.4,201010555800.1, 200510043802. 1等，其介紹了各類關于陽離子型復合絮凝劑的制備方法，得到了效果較佳 的絮凝劑產品。但仍然存在一些問題，包括：產品可能適用于污水，但由于產品設計問題不 適用于膜系統；聚合物部分分子量不高，聚合物效果與穩定性存在問題；產品用于膜系統 進水處理時對膜本身有安全風險；產品外觀不夠清澈，不適用于膜系統。
[0007] 因此，針對現有絮凝劑的缺點，需要開發一種性能更加優異的高效絮凝劑。
【發明內容】
[0008] 本發明提供的一種制備工藝簡單、安全環保、低毒、高效的絮凝劑，能廣泛用于污 水處理、膜系統進水處理等各類過程，特別對于膜系統，能大大降低前端進水懸浮物含量， 減輕膜運行負擔，提高膜體系運行效率及使用壽命。
[0009] 本發明提供了一種高效絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)將烯基季銨鹽、乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸鹽加入到反應器中，加水進行溶 解，溶解后進行氮氣預處理，在一定的反應溫度下，加入偶氮化合物，經過聚合反應，然后加 水稀釋，得到中間產物A ;
[0011] (2)將聚鋁化合物與水以I : 1~1 : 5的比例加入到反應器中，進行攪拌，并升 溫至一定溫度進行反應，得到中間產物B ;
[0012] (3)將步驟⑴中制得的中間產物A加入到步驟⑵制得的中間產物B中，反應完 成后，冷卻得到絮凝劑。
[0013] 本發明的絮凝劑的制備方法中，烯基季銨鹽選自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、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰胺基丙基三甲 基氯化銨、烯丙基三甲基氯化銨、二烯丙基二甲基氯化銨和2,3_環氧丙基三甲基氯化銨中 的至少一種，但不限于這些化合物。
[0014] 本發明的絮凝劑的制備方法中，偶氮化合物選自偶氮二異丁脒鹽酸鹽（AIBA)、偶 氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（AIBI)和偶氮二氰基戊酸（ACVA)中的至少一種，但不限于這些化 合物。
[0015] 本發明的絮凝劑的制備方法中，乙二胺四乙酸鹽選自乙二胺四乙酸鈉、乙二胺四 乙酸二鈉、乙二胺四乙酸三鈉和乙二胺四乙酸四鈉中的至少一種。
[0016] 本發明的絮凝劑的制備方法中，聚鋁化合物選自聚合硫酸鋁鐵、聚合氯化鋁鐵、聚 硅氯化鋁、聚硅硫酸鋁、聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁中的至少一種，但不限于這些化合物。
[0017] 根據本發明的絮凝劑的制備方法，步驟（1)中反應物溶解后對其進行氮氣預處 理，可以將溶液中的空氣或氧氣排除，減少其對反應的影響。
[0018] 步驟⑴中烯基季銨鹽與水的添加比例為10 : 5~15 : 1。步驟⑴中乙二胺 四乙酸或乙二胺四乙酸鹽與烯基季銨鹽的添加比例為1 : 1000~1 : 10000,優選乙二胺 四乙酸或乙二胺四乙酸鹽與烯基季銨鹽的添加比例為1 : 5000~1 : 10000。
[0019] 步驟⑴中烯基季銨鹽與水的添加比例為10 : 5~15 : 1，攪拌溶解后加入與烯 基季銨鹽比例為1 : 1000~1 : 10000的乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸鹽，通氮氣進行預 處理，處理時間為15~60min ;升溫至40~60°C后，加入偶氮化合物進行聚合反應，加入后 在55~65°C下保溫1~5h ;隨后升溫至大約70°C，并保溫1~5h ;再次加入一定量的偶氮 化合物進行強化反應，并再次升溫至大約80°C，保溫1~3h后，加入去離子水稀釋并降溫， 得到粘稠狀中間產物A。
[0020] 根據本發明的實施方式，步驟（1)的反應過程中，反應溫度控制在30~80°C。
[0021] 根據本發明的絮凝劑的制備方法，中間產物A為一種粘稠狀高分子聚合物，固含 量在10~40%。
[0022] 步驟（2)中，聚鋁化合物與水的添加比例I : 1~1 : 5,攪拌均勻后，升溫至25~ 50°C進行反應，反應1~3h，得到透明中間產物B。
[0023] 步驟（3)中，將中間產物A以I : 1~1 : 5的比例加入到中間產物B中，控制溫 度在25~50°C，繼續攪拌反應1~3h，降溫后得絮凝劑產品。
[0024] 本發明還提供了一種根據上述方法制備的絮凝劑，該絮凝劑特別適用于污水處理 及膜系統用水處理過程。根據本發明的絮凝劑的制備方法，制得的絮凝劑產品的固含量為 10~40%，Al2O3含量為6~8%。該絮凝劑粘度適中，通常為淡黃色透明液體。
[0025] 根據本發明的實施方式，在中間產物A的合成工藝中采用先較高濃度下聚合反 應，并控制聚合放熱，然后加水降溫及稀釋的過程，有助于產品性能的提高。
[0026] 根據本發明的方法制備的絮凝劑，對于去除水體中膠體物質有較佳的效果，對于 處理常見用于膜系統的進水水質處理效果好，能有效吸附、架橋、包圍懸浮物顆粒機膠體物 質，并快速沉降下來，得到上清液澄清度高、絮體結實的合格水質。
【具體實施方式】
[0027] 以下的具體實施例對本發明進行了詳細的描述，然而本發明并不限制于以下實施 例。
[0028] 實施例1 :
[0029] 將原料丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨與去離子水按比例10 : 5加入到四口反應瓶 中，攪拌溶解完全后加入與單體比例為1 : 5000的乙二胺四乙酸，隨后進行氮氣預處理15 分鐘；并升溫至40°C后，開始滴加偶氮化合物（按產品量的0. 05% )，滴加完成后保溫反應 5h ;隨后提高溫度至70°C，并反應Ih ;加入一定量的偶氮化合物（按產品量的0. 01% )進 行反應，并再次升溫至80°C，保溫Ih后，按與反應瓶內產物比例為1 : 2加入去離子水稀釋 粘度并降溫，得到粘稠狀中間產物A。
[0030] 將聚合硫酸鋁與水以1 : 2的比例加入到另一個四口反應瓶中，開啟攪拌，并升溫 至35°C，反應Ih，得到中間產物B ;隨后將前面制