CN111704222B - 一种通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力的方法，具体包括以下步骤：（1）絮凝剂预水解：取适量的酯类絮凝剂AM‑g‑MPC到蒸馏水中，加入一定量的磷钨酸催化水解，混合物在40~70℃恒温水浴中搅拌水解；（2）絮凝：将水解后的AM‑g‑MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水；（3）静置：处理后的高岭土废水静置一定时间，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。该方法对高岭土废水的处理效率达到92%以上，同样条件下水解后的AM‑g‑MPC相对于未水解时去除率有所提高，所用材料易制备、高岭土废水处理效率高、处理成本较低，其具有较好的经济效益和应用潜力。

Description

一种通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力的方法。

背景技术

水资源是自然生态***正常运转、人类赖以生存的重要资源，但随着世界经济的发展，人口不断增长，城市日渐增多和扩张，各地用水量不断增多，同时随着工业生产和生活的发展，水污染也日益严重，水体污染会对生态环境、生物健康造成巨大危害，废水往往需要进行严格处理才能进入循环水体，用于日常使用。提高水环境质量，保护水环境安全是政府和公民关注的焦点，而要实现水污染控制的目标关键在于水处理剂和水处理技术的发展。水处理技术中常用的方法有吸附、絮凝、膜分离、生物法等方法，吸附法是染料废水处理中应用最多的一种方法，该种方法具有投资少、操作简便、周期短等优势，吸附法通常可以选择性吸附某些化合物，这使得该方法在废水处理中发挥着重大的作用；生物法因其不会产生二次污染，运行成本低廉等优点得到越来越多关注，但是生物法所需要的微生物等生长环境要求严格，工艺不稳定；絮凝法具有工艺简单、占地面积少、效果显著的优点，因此受到了广泛应用。絮凝剂的性能是影响絮凝法处理效果的关键因素，絮凝剂的研究在水污染控制中起着至关重要的作用，提高絮凝剂的性能一直是研究的热点。

絮凝剂主要分为无机混凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。其中，有机絮凝剂因为其水处理效率高、应用范围广、改性形式多样、易降解等优点，近年来得到了广泛关注。但是为了进一步提高有机絮凝剂的絮凝效果，除了在制备时探究新的改性方法，也需要研究能够应用于废水处理过程中的强化絮凝剂絮凝效果的方法。目前，强化絮凝剂絮凝能力的研究较少。

中国专利申请号CN201710459749.6，发明名称为“一种猪场废水强化絮凝方法”，公开了一种缓慢加入NaOH到淀粉溶液中，搅拌反应得到改性淀粉溶液；并采用硫酸调节改性淀粉溶液pH值到2.0~3.5，然后往改性淀粉溶液中加入聚硅铁，维持pH值，在50~60℃恒温振荡器中反应3.5至4.5小时，静置一晚上熟化制备强化的淀粉基复合絮凝剂的方法。其具有材料新颖、无毒无害化程度高等优点，但制备反应过程复杂，耗时长，需要缓慢反应和持续搅拌，能量消耗高。

中国专利申请号CN201910935591.4，发明名称为“一种水产养殖尾水强化絮凝的无害化处理方法”，公开了一种先对水产养殖尾水进行初步过滤，除去大颗粒杂质后，使用无机絮凝剂对初步过滤后的尾水进行初步絮凝；再使用微生物絮凝剂对初步絮凝后的尾水进行絮凝强化；之后利用生物吸附剂处理絮凝强化后的尾水，对水中存留及无机絮凝过程产生的金属离子进行吸附的处理方法。该方法具有针对性强、处理效果显著等优点，但其处理过程流程长，需要两次絮凝和吸附，操作较复杂，絮凝剂用量大，经济效益不高。

因此，研发一种反应条件简单、降解效率高、能耗低的方法强化絮凝剂絮凝能力十分必要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种反应条件温和、操作简便、处理效率高，能源损耗低的强化絮凝剂絮凝能力的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，具体包括以下步骤：

（1）絮凝剂预水解：取0.2~0.8g的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，加入一定量的磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为2:1~4:1，混合物在40~70℃恒温水浴中搅拌水解6~12h；

（2）絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水，絮凝剂的投加量为10~50mg/L。

（3）静置：处理后的高岭土废水静置一定时间，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

其中，步骤（1）中AM-g-MPC的浓度为0.2~0.8%。当AM-g-MPC浓度低于0.2%时，絮凝剂含量太低，在絮凝过程中不能够完全将高岭土的表层遮盖，导致 AM-g-MPC的电中和作用和吸附桥接作用，絮凝效果较差；当AM-g-MPC浓度高于0.8%时，大量的絮凝剂堆积在一起，电荷的排斥力增强，再加上大分子链无法伸展，吸附能力大大减弱，不利于絮凝。

步骤（1）中所述的磷钨酸是一种白色的细小晶体，具有酸性，而且具有氧化还原性，是一种多功能的新型催化剂，具有很高的催化活性，稳定性好，能溶于水，对环境无污染，是绿色催化剂。 AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为2:1~4:1，当AM-g-MPC与磷钨酸的质量比低于2:1，磷钨酸相对含量过高，溶液pH值降低，絮凝剂会因为氨基处于酸性的环境中时出现质子化而吸附能力减弱，絮凝效果较差；当AM-g-MPC与磷钨酸的质量比高于4:1时，磷钨酸相对含量过低，对絮凝剂的水解程度不高，水解效率低。

步骤（1）中恒温水浴的温度为40~70℃，搅拌水解时间为6~12h。当恒温水浴的温度低于30℃时，水解反应进行很慢，需要更长的水解时间，能耗较高；当恒温水浴的温度高于70℃时，达到部分分解产物的沸点，会导致一些产物挥发和结构的破坏。

步骤（2）中絮凝剂的投加量为10~50mg/L。当絮凝剂投加量低于10 mg/L时，絮凝剂浓度较小，AM-g-MPC中正电荷的电中和作用无法全部中和高岭土浓度较高的带负电的悬浮颗粒，仍然有一部分高岭土悬浮颗粒处于稳定状态，因此颗粒的絮凝沉降速度较缓慢；同时，投加量较低时，形成的絮体较小，且结构松散易于破碎，处理效果较差；而絮凝剂投加量大于 50mg/L 时，过量的絮凝剂所带的阳离子单元使脱稳后的胶体颗粒重新带上正电荷，胶体颗粒电性发生反转，因其静电斥力作用而重新达到稳定状态，出现“返混”现象；同时，由于过多絮凝剂的空间位阻效应也不利于胶体颗粒的凝结沉降。

步骤（3）中静置时长为20~30min。在20~30min内絮体沉降效果达到最优；当静置时长小于20min时，絮体并未完全沉降；当静置时长大于30min时，并不能显著提高处理性能，且增长处理时间可能导致实际处理时处理构筑物需要的体积增大。

相比于现有的技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明使用的单体2-(甲基丙烯酰氧基)乙基-2-(三甲基氨基)乙基磷酸酯（MPC）具有良好的生物相容性，与丙烯酰胺接枝共聚效率高，生物降解效果优异，对环境无害化程度高。

2、本发明在溶解絮凝剂待用的过程进行水解，节省了水解时间，而且通过水解提高了絮凝剂的絮凝能力，对于高岭土悬浮液的去除效率能达到92%以上。

3、本发明的预水解强化絮凝方法工艺简单，能耗低，成本较低，而且无二次污染，因此，该方法对于各种工业悬浮废液的实际应用具有良好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中如无特殊说明，采用的原料即为普通市售产品。

实施例1：

采用以下方式通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力：

1）絮凝剂预水解：取0.2g的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，制成浓度为0.2%的混合液，加入磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为2:1，混合物在40℃恒温水浴中搅拌水解6h。

2）絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水，絮凝剂的投加量为20mg/L。

3）静置：处理后的高岭土废水静置20min，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

实施例2：

采用以下方式通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力：

1）絮凝剂预水解：取0.4g的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，制成浓度为0.4%的混合液，加入磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为2:1，混合物在60℃恒温水浴中搅拌水解7h。

2）絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水，絮凝剂的投加量为20mg/L。

3）静置：处理后的高岭土废水静置20min，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

实施例3：

采用以下方式通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力：

1）絮凝剂预水解：取0.6g的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，制成浓度为0.6%的混合液，加入磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为2:1，混合物在50℃恒温水浴中搅拌水解8h。

2）絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水，絮凝剂的投加量为30mg/L。

3）静置：处理后的高岭土废水静置30min，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

实施例4：

采用以下方式通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力：

1）絮凝剂预水解：取0.2g的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，制成浓度为0.2%的混合液，加入磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为3:1，混合物在40℃恒温水浴中搅拌水解6h。

2）絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水，絮凝剂的投加量为40mg/L。

3）静置：处理后的高岭土废水静置30min，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

实施例5：

采用以下方式通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力：

1）絮凝剂预水解：取0.6g的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，制成浓度为0.6%的混合液，加入磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为4:1，混合物在70℃恒温水浴中搅拌水解9h。

2）絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水，絮凝剂的投加量为30mg/L。

3）静置：处理后的高岭土废水静置20min，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

实施例6：

采用以下方式通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力：

1）絮凝剂预水解：取0.8g的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，制成浓度为0.8%的混合液，加入磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为2:1，混合物在80℃恒温水浴中搅拌水解7h。

2）絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU左右的高岭土废水，絮凝剂的投加量为50mg/L。

3）静置：处理后的高岭土废水静置30min，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

分别测定实施例1~5所述的方法对高岭土悬浮颗粒的去除效率，详细数据详见表1。

表1 高岭土悬浮颗粒的去除效率

方法	去除效率
		实施例1	93.4%
实施例2	95.2%
		实施例3	93.3%
实施例4	95.5%
		实施例5	96.2%
实施例6	94.7%

由上表1可以看出，本发明所述的通过预水解强化絮凝剂絮凝能力的方法对于高岭土悬浮废水具有优异的处理效果，去除率均在92%以上，而且该处理方法操作简单，经济效益高，为工业悬浮废液的实际处理提供了思路，是一种高效可行且能推广发展的水处理方法。

本发明的上述实施例只是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出很多不同形式的变化。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)絮凝剂预水解：取0.2～0.8g由丙烯酰胺(AM)和2-(甲基丙烯酰氧基)乙基-2-(三甲基氨基)乙基磷酸酯(MPC)接枝共聚合成的酯类絮凝剂AM-g-MPC到蒸馏水中，加入一定量的磷钨酸催化水解，AM-g-MPC与磷钨酸的质量比为2:1～4:1，混合物在40～70℃恒温水浴中搅拌水解6～12h；

(2)絮凝：将水解后的AM-g-MPC用于絮凝处理浊度为60NTU的高岭土废水，絮凝剂的投加量为10～50mg/L；

(3)静置：处理后的高岭土废水静置一定时间，实现固液分离，即可有效去除水体中的高岭土悬浮颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力的方法，其特征在于，步骤(1)中AM-g-MPC的浓度为0.2～0.8％。

3.根据权利要求1所述的一种通过预水解强化酯类絮凝剂絮凝能力的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的静置时长为20～30min。