絮凝处理悬浮物US2004149630

絮凝处理悬浮物 US2004149630 发明背景 本发明涉及到絮凝处理水体中的悬浮固体颗粒 特别提供了一套处理污水污泥的工艺 可以有效分离污泥中的悬浮固体颗粒 众所周知 人们经常使用高分子絮凝剂来处理水体中的悬浮体系以分离其中的固体颗 粒 例如通常的做法就是絮凝 然后对含有悬浮有机固体颗粒的悬浮体系进行脱水 高分子量的高聚物絮凝剂通常被用于上述目的 高分子絮凝剂可以是阳离子型 阴离 子型 非离子型或是两性的 选用何种絮凝剂主要取决于待处理污泥的底质 例如通常的 做法是用阳离子型高分子絮凝剂来处理含悬浮有机物的悬浮体系 如污水污泥 在絮凝工艺中还可以使用两种不同的高分子絮凝剂 它们可能带有相同的电性 例如 在污水污泥脱水中通常用到的就是相同电性的絮凝剂 在其它的工艺中一般使用电性相反 的高分子絮凝剂 这两种高分子絮凝剂可以同时投加到水体的悬浮物中 而更经常的做法 是依次投加 非离子型高分子絮凝剂应用于其它各种絮凝处理中 例如在美国专利 US4690752 中 一套分离并回收非金属矿物的工艺 特别是磷酸盐 加入一种浮选剂 并 使混合物与一种疏水高分子量的非离子高聚物接触反应 絮凝其中的细小颗粒 使其可以 满足下一步的浮选条件 GB A 1579007 描述了一种阳离子絮凝剂 是由二甲基氨基乙基丙烯酸酯的氯甲基季铵 化盐与丙烯酰胺共聚而成的 当高聚物中阳离子单元含量占至少 90 时会有最佳的处理效 果 尽管已经有了传统的处理工艺 但仍然有必要提供一种改进的工艺用来絮凝处理悬浮 体系 特别是有必要提供一种改进的方法来处理固含量较高的悬浮体系 如污泥 而且脱 水的速率和泥饼的质量也有待于进一步提高 发明详述 根据本发明 我们提供了一套方法用来对水体中的悬浮体系进行脱水处理 包括向悬 浮物中加入一系列的絮凝剂 主要有 a 一种非离子水溶性高分子絮凝剂和 b 一种特性黏度 至少 4dl g 的阳离子高分子絮凝剂 以次使固体颗粒絮凝 然后将生成的絮体与水分离 并 且组分 a 和 b 是以混合溶液的形式加入到悬浮物中 或者组分 a 是一种平均分子量低于 750000 的非离子型高聚物 组分 a 和 b 以混合溶液的形式投加到悬浮物中或者单独投加 该阳离子高聚物应具有足够高的分子量从而使其特性黏度超过 4dl g 这样的特性黏度 值表明高聚物的分子量应达到数百万 例如一般超过 5000000 并且大都在 700000 以上 一般的 该阳离子高聚物的特性黏度最好大于 6dl g 往往都在 8 或 9dl g 以上 特性黏度可 以高达 30dl g 甚至更高 在许多情况下 合适的阳离子高聚物呈现的特性黏度在 7 25dl g 范围内 特别是 10 20dl g 最好在 14dl g 或 15dl g 左右 该阳离子高聚物可以是天然的或是合成的 但最好还是合成的并且可以通过至少一种 阳离子单体单独或是与其它水溶性单体聚合反应生成 水溶性是指该单体的溶解度在 25 下至少 50g L 这样合适的阳离子单体包括含有氨基的季铵盐或是各种酸盐的单体 最好该 阳离子高聚物由一种单体或混合几种单体组成 其中含有至少一种阳离子单体 可以从以 下物质中选取 包括二甲基氨基乙基 甲基 丙烯酸酯的季铵盐或酸盐 二甲基氨基乙基 甲基 丙烯酰胺的季铵盐或酸盐 及二烯丙基甲基氯化铵 上述阳离子单体可以与其它 单体进行均聚或共聚 如丙烯酰胺 因此该阳离子高聚物可以是带有正电性的任意高聚物 只要它有足够高的分子量是特性黏度超过 4dl g 特性黏度是在 25 下 pH 7 5 时用 1mol L NaCl 作溶剂用悬浮粘度计测定的 本发明的阳离子高聚物可以制备成线型或枝状高聚物 枝状高聚物通常可以由聚乙烯 不饱和单体制备 如亚甲基双丙烯酰胺 但该高聚物最好是线型的并制备成颗粒状或粉末 状产品 一种比较合适的阳离子高聚物包括丙烯酰胺与至少一种阳离子单体的共聚物 阳离子 单体可以是二甲基氨基乙基 甲基 丙烯酸酯的季铵盐或酸盐 二甲基氨基乙基 甲基 丙烯酰胺的季铵盐或酸盐 以及二烯丙基甲基氯化铵 其特性黏度值应在 4dl g 以上 该阳 离子丙烯酰胺高聚物中含有 10 90 质量分数 的丙烯酰胺及 90 10 质量分数 的阳离子单体 当组分 a 和 b 以混合水溶液的形式加到悬浮物中时 该非离子高聚物可以是合成的或 是天然的高分子 包括但不仅限于多聚糖 乙烯加成高聚物及其它合成高聚物 如聚亚烷 基醚 该高聚物最好是合成的并且是有一种或多种水溶性不饱和乙烯单体聚合而成 其分 子量最好能够达到 20000000 非离子型高聚物一种比较好的形式是选择低分子量的高聚物 其平均分子量低于 750000 并且最好可以达到 500000 另一种形式下 该非离子高聚物的特性黏度超过 4dl g 我们发现使用阳离子型与非离子型高聚物的混合物能获得特别好的处理效果 这两种 高聚物相互作用形成新的状态 以平均粒径小于 10 5m 的分散颗粒的形式存在于水中 通过 电子显微镜观察发现 上述微粒的平均粒径通常在 2 10 6 10 5m 的范围内 本发明的合成物可以通过以各种合适的方式混合上述两种高聚物制备而成 该合成物 最好可以通过混合非离子型与阳离子型高聚物的水溶液制备而成 或者可以将阳离子高聚 物与非离子高聚物的固体颗粒与水混合在一起 然后聚合物的颗粒就溶解在水中形成水溶 液混合物 颗粒可以分散在一种液体介质中 例如与水不混溶的液体像是有机溶剂等 因 此颗粒以反相乳液或反相分散系的形式转化到水中从而使高聚物溶解形成水溶液的混合物 然而更好的方案是把非离子和阳离子型的高聚物以无水混合颗粒的形式加到水中 最好该 高聚物混合颗粒的平均直径能达到至少 50 m 以 300 m 为佳 甚至大到 1 或 2mm 干燥 的高聚物混合颗粒中可以添加稀释剂以帮助溶解 但一般情况下其中只含有上述两种聚合 物的固体颗粒 该形式下 非离子型高聚物特性黏度的满意值为至少 4dl g 本发明的一种情况下 非离子型高聚物的平均分子量低于 750000 并且组分 a 和 b 以 混合水溶液的形式加到悬浮物中或分别投加 例如依次投加或完全同时投加 所以当高聚 物分别投加到悬浮物体系中时 非离子型高聚物必须是低分子量的 750000 这样才能 获得本发明较好的处理效果 我们发现当所使用的非离子高聚物的分子量在 40000 150000 范围内 特别是 80000 左右时 会获得最佳的处理效果 我们还惊奇地发现当该非离子高 聚物与阳离子高聚物分别投加时获得了极好的污泥脱水效果 通过对比发现当分别投加阳 离子高聚物与高分子量的非离子高聚物时达不到上述最佳的协同作用效果 当组分 a 和 b 以混合水溶液的形式加到悬浮物中时 非离子型高聚物可以是低分子量 的也可以是高分子量的 二者均能达到与阳离子型高聚物较好的协同作用 因此该阳离子 型高聚物 IV 4dl g 与非离子高聚物的水溶液混合物极大地改进了固液分离的速率 本 发明一种较好的形式下 该水溶液混合物是由阳离子高聚物与低分子量 750000 的非 离子高聚物组成的 另一种较好的形式是水溶液混合物中非离子高聚物的特性黏度至少为 4dl g 典型地 该非离子高聚物的分子量为几百万 特性黏度至少 8 或 9dl g 例如高达 10 或 12dl g 或更高 无论何种情况 合成物中非离子高聚物应是微电性的 一般地 非离子高聚物中含有 的带电单元不超过 10 摩尔分数 因此该高聚物只能含有最多 10 的阴离子基团或阳离 子基团 当非离子高聚物中确实含有带电基团时 这可能是非离子单体与少量离子性单体 聚合反应的结果 或者制备该高聚物时使用的非离子单体在反应过程中可以转化为离子性 单体 在这种情况下 非离子单体在聚合过程中就可能有少量转化为离子性基团 例如当 该非离子单体为丙烯酰胺时 反应过程中可能有少量水解为丙烯酸单体 虽然非离子高聚物可以允许为微电性的 但最好使其电性基团含量低于 5 并已完全 非电性为最佳或者其中电性单元不超过 2 该非离子单体最好是由非离子水溶性乙烯类不饱和单体制备而成 这种高聚物可以由 制备高聚物的任意标准工业化工艺制成 如水溶液聚合 反相悬浮聚合或反相乳液聚合 该高聚物可以是粉末状 颗粒状或乳液形式的 典型地 该非离子高聚物可以从以下物质 中选取 包括丙烯酰胺聚合物 聚乙烯吡咯烷酮 及聚环氧乙烷 最好该非离子高聚物是 一种丙烯酰胺的均聚物 本发明的合成物有上述阳离子高聚物与上述非离子高聚物以合适比例配成 阳离子高 聚物与非离子高聚物的质量比为 10 90 75 25 时可以获得较好的效果 当二者的使用量比 较接近时 质量比 60 40 40 60 可以得到更好的处理效果 因此最佳的配比为 50 50 本发明适用于各种涉及絮凝及脱水处理的工艺 相关的工艺包括污水污泥脱水 造纸 废水污泥脱水 造纸黑液污泥脱水 选矿等 本发明尤其适用于污水污泥脱水 所以当所用的非离子高聚物为低分子量高聚物时 阳离子高聚物与非离子高聚物应分 别投加 两种高聚物一般是以水溶液的形式计量加入到悬浮体系中 所以这两种高聚物的 水溶液既可以依次计量投加到悬浮物中 也可以同时计量加入到悬浮物中 同时加入是指 这两种溶液初始投加时的计量点相同 如果这两种高聚物溶液分别单独投加到悬浮物中 那么投加次序可以是人意的 例如如果首先投加阳离子高聚物溶液 那么非离子高聚物荣 也可以在絮凝反应开始后投加 但必须是在脱水阶段前以及任何的对污泥有高剪切力的步 骤之前 或者 也可以先投加非离子高聚物溶液 再加入阳离子高聚物溶液 当阳离子和 非离子高聚物分别投加时 可以在投加过程中对水体进行一定程度的搅拌 这样可以使投 加的高聚物散布到所有悬浮固体上 例如可以将待处理污泥沿管道流过一定距离 管道内 设有弯管 扰流器 缩颈或其它能够产生平缓紊流的设备 当分别投加时 阳离子和非离子高聚物溶液最好依次投加 更为合适的是阳离子和非离子高聚物以水溶液混合物的形式加入到悬浮物中 非离子 高聚物与阳离子高聚物可以以独立组分存在 但最好是这两种高聚物相互作用形成一种合 成物 并且阳离子和非离子高聚物在这种合成物中紧密分布 我们发现本方法明显改善了絮凝效果及 过滤速率 特别是对污水污泥的处理 而且 本方法有效加药量的范围较广 因此本方法可以更有效地进行脱水处理且降低了过量投加 带来的风险 下面的实例阐述了本发明在污泥脱水处理中的优良性能 例 1 试验 1 浓度 0 25 的丙烯酰胺与二甲基氨基乙基丙烯酸酯的阳离子共聚物的水溶液 特性黏度 9 9dl g 以不同的剂量投加到 500mL 试样中 试样取自 Rotherham DP A 污水污泥 然后以 2 3 的比率用水稀释 处理后的污泥以 1000r min 的速度搅拌 15s 絮凝后的污泥通过一个 固定在带式压滤机滤布上的直径 8 0cm 的滤网进行脱水 记录 5s 内滤过液的量 实验结果 见表 1 试验 2 重复实验 1 除了在加入阳离子高聚物后对污泥以 1000r min 的速度搅拌 5s 然后加入 一种浓度 0 25 的分子量 80100 的丙烯酰胺均聚物水溶液 接着以 1000r min 的速度搅拌 15s 其中阳离子与非离子高聚物的质量比为 50 50 实验结果列于表 1 试验 3 重复试验 2 但转换阳离子与非离子高聚物的投加次序 实验结果列于表 1 实验 4 重复试验 1 但投加的不是单一的阳离子高聚物 而是质量比 50 50 的阳离子高聚物与 非离子高聚物的混合物 是通过混合这两种高聚物的浓度 0 25 水溶液而制成的 然后用力 振摇 将混合的高聚物以相同的方式加入到污泥中 实验结果列于表 1 记录脱水 5s 内的 滤过液的体积 mL 表 1 高聚物的投加量 mg L 试验 序号4050607080100 115 125 150175185200225250 1194254278304 290 2 194 256 290 323359371364347 3 260 321354 364347 4 脱水 5s 内 的滤过液 的体积 mL 263309 347369369 例 2 把本发明的絮凝体系加入到污水处理厂的浓缩机中的活性污泥里 评价其絮凝效果 本发明的絮凝体系包括丙烯酰胺 40 质量份 与二甲基氨基乙基丙烯酸酯的氯甲基季 化物 60 质量份 的阳离子均聚物 浓度 0 25 IV 8dl g 水溶液 和浓度 0 25 分子 量 80100 的丙烯酰胺均聚物水溶液 二者以质量比 40 60 组成水溶液混合物 在比较例中 与上述相同的浓度 0 25 的阳离子共聚物水溶液被单独测试 测定泥饼的浓缩率 表 2 的结果表明本发明的阳离子高聚物与低分子量非离子高聚物的混合物改进了泥饼 的质量 处理效果好于单独使用阳离子高聚物 表 2 单独使用阳离子高聚物处理 后污泥的浓缩率 使用本发明的复合高聚物处 理后污泥的浓缩率 31 9 3 52 0 42 02 6 54 4 63 5 例 3 重复例 1 但既要使用阳离子高聚物进行处理 也要用质量比 50 50 的阳离子与非离子 高聚物的水溶液混合物进行处理 测定脱水 5s 后滤过液的体积 实验条件 250mL Rotherham 污水污泥 DP A 以 2000r min 的速度搅拌 15s 将浓度 0 25 的高聚物浓缩剂溶 液注射到污泥中 滤网直径 8cm 下面是试验中用到的高聚物 高聚物 A 二甲基氨基乙基丙烯酸酯的氯甲基季化物与丙烯酰胺的共聚物 二者质量 比为 60 40 特性黏度 12dl g 阳离子高聚物 高聚物 B 二甲基氨基乙基丙烯酸酯的氯甲基季化物与丙烯酰胺的共聚物 质量比为 60 40 特性黏度 8dl g 阳离子高聚物 高聚物 W 分子量约为 80000 的丙烯酰胺均聚物 非离子高聚物 高聚物 X 特性黏度 13dl g 丙烯酰胺均聚物 非离子高聚物 高聚物 Y 非离子淀粉 非离子型 高聚物 Z 阳离子淀粉 不超过 10 的阳离子单元 非离子型 实验结果列于表 3 表 3 投加量 mg L ABA WA YA ZA X 14050 1609860 18013011630504050 2001401306611096110 220146146100144146150 240136146138160162168 260144168170170170 280140170170166166 300166166 结果表明使用阳离子与非离子高聚物的混合物改善了污泥脱水性能 例 4 重复例 3 但在处理过程中额外使用一下高聚物 高聚物 P 丙烯酸钠与丙烯酰胺的共聚物 质量比 10 90 特性黏度 18dl g 非离子型 高聚物 Q 丙烯酸钠与丙烯酰胺的共聚物 质量比 2 98 特性黏度 15dl g 非离子型 高聚物 R 二甲基氨基乙基丙烯酸酯的氯甲基季化物与丙烯酰胺的共聚物 质量比 15 85 特性黏度 15dl g 非离子型 高聚物 S 二甲基氨基乙基丙烯酸酯的氯甲基季化物与丙烯酰胺的共聚物 质量比 40 60 特性黏度 8dl g 比较例 高聚物 T 二甲基氨基乙基丙烯酸酯的氯甲基季化物与丙烯酰胺的共聚物 质量比 80 20 特性黏度 8 1dl g 比较例 脱水结果列于表 4 表 4 投加量 mg L ABA WA XA PA QA RA SA TA V 140505060 1609860407050106116 18013011630504098130118136138 2001401306611096130160146148140 220146