[发明专利]一种磁性污泥深度脱水复合改性剂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效污泥脱水改性剂及其制备方法，具体为一种可回收利用的磁性微球状污泥脱水改性剂。

背景技术

目前,污泥脱水已成为污泥处理及处置流程中一个非常重要的环节,通过减少污泥体积来节省后续运输、填埋、焚烧等处理成本具有重大意义。由于污泥中含有大量的蛋白质、脂肪及其它碳水化合物等高浓度有机物，导致污泥的粘度较大、含水率较高、固液分离性能差，进而影响到污泥堆肥、焚烧或填埋等后续处理处置。污泥中的束缚水是被固体颗粒吸附或被包裹在细胞内部，所谓“束缚”的水分子其外围被十分强大的负电荷紧固着，它与水核内的正电荷取得平衡。而化学改性剂以比表面大很多、具有足够的阳离子能与其置换，通过破坏了原水核的正负平衡而导致介脱束缚形成“自由”，使机械压滤出水成为可能。

在污泥处理过程中, 常通过投加化学药剂来改善污泥的脱水性能,但常用的无机混凝剂(Fe³⁺)和有机高分子絮凝剂( PAM ),只能提高污泥的脱水速度,而不能提高污泥的脱水程度。表面活性剂凭借其特殊的亲水性和疏水性的两亲结构,可以改变污泥絮体结构和絮体的表面性质,使污泥中更多的结合水转化为易被脱除的自由水,从而达到改善污泥脱水性能的目的。化学改性剂是一种具有纳米级的比表面积，具有足够的阳离子置换特性，并具有疏水亲油及疏油、亲水的双亲性。要实现高效改性，还要匹配偶联桥架辅以助滤，共同形成最佳表面活性。改性剂是一种无机与有机数种药剂的复合体，由于不同污泥其性质各异，因此要达到有效改性，需要有针对性的复合配方。

目前存在的污泥改性剂，绝大多数具有针对性，且效果一般，制造成本较高，不利于大规模推广。本发明提供了一种应用广泛的污泥深度脱水改性剂，并可回收再利用。

发明内容

针对上述问题，本发明以纳米磁性Fe₃O₄、阴离子聚丙烯酰胺（PAM）和二甲基二烯丙基氯化铵（DADMAC）为原料制造了一种可回收利用的污泥深度脱水改性剂。

本发明可通过以下方法实现：

（1）纳米磁性Fe₃O₄的制备

采用共沉淀法制备磁性Fe₃O₄，反应如下：

Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O

首先将Fe²⁺和Fe³⁺按1:1溶于水，50℃下水浴搅拌30min，然后加入过量的NaOH溶液，使pH为11，保持30min；在磁力搅拌器上搅拌2h，进而在强磁场下静置冷却24h，倒掉上清液，然后再烘箱中80℃干燥，得到纳米Fe₃O₄磁性粒子。

（2）DADMAC的制备

取500mL二甲胺加于四口瓶中,每5min通过滴液漏斗滴加氯丙烯,再过30s 后立即滴加质量百分数为40%~50%的NaOH, 5h内滴完,将反应产物倒入分液漏斗,静置 20min 后, 取上层油相倒入烧杯,称量,再取固体NaOH放入烧杯吸水纯化叔胺, 然后把丙酮与叔胺按体积比2:1加入四口瓶中,一次性加入氯丙烯,反应4～6h,温度控制为50～60℃,得到晶状DADMAC，然后配成80%的溶液。

（3）磁性污泥深度脱水改性剂的制备

取质量百分数为0.02%的阴离子聚丙烯酰胺250～300mL于三口烧瓶中，30℃下边搅拌边加入80～100g纳米磁性Fe₃O₄，反应1～1.5h，然后加入200～250mL质量百分数为80%的DADMAC溶液，反应1~2h，在强磁场下静置冷却，得到磁性污泥脱水改性剂微球。

一般水溶液中，铁氧化物的表面呈现正电荷，而阴离子聚丙烯酰胺带负电荷，因此在库仑力的作用下两者相互吸引，使得阴离子PAM附着在Fe₃O₄表面，完成第一次包裹。由于阴离子PAM包裹Fe₃O₄的过程中两者发生配体交换，从而使其具有水溶性。第二次包裹是通过DADMAC来完成的，主要是为了使磁性颗粒具有深度污泥改性的能力。DADMAC为高电荷密度的阳离子单体，具有良好的亲水性，在水中电离后能跟磁性颗粒很好地吸附,形成稳定的DADMAC离子的单分子吸附层，这样就形成了具有深度脱水功能的磁性污泥改性剂。