CN1446851A

CN1446851A - 特高分子聚丙烯酰胺净水剂及其生产方法

Info

Publication number: CN1446851A
Application number: CN 02116214
Authority: CN
Inventors: 陈强; 兰国政
Original assignee: Institute Of Animal Science And Technology Fujian Agricultural And Forestry University; Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Current assignee: Institute Of Animal Science And Technology Fujian Agricultural And Forestry University; Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-10-08

Abstract

本发明公开一种特高分子聚丙烯酰胺净水剂及其生产方法，所述的特高分子聚丙烯酰胺净水剂，其主要成分为特高分子聚丙烯酰胺，其特点为特高分子聚丙烯酰胺的阳离子度高达45～70％，分子量为2000万～5000万。所述的生产方法，依序包括如下步骤：取一定摩尔比DADMA与已经过预处理的单体AM于容器内，加入去离子水，调节pH，吹N₂除氧气，加入少量引发剂，控制反应温度30～50℃，反应时间8～10h，反应结束后，加入通用的添加剂，将聚合物干燥、粉碎，即得产品。本发明的使用量仅为一般阳离子聚丙烯酰胺的1/3－1/2，是无机净水剂的1/10－1/30，具有普通有机及无机净水剂不可比拟的水处理质量。

Description

特高分子聚丙烯酰胺净水剂及其生产方法

技术领域：

本发明涉及一种特高分子聚丙烯酰胺净水剂及其生产方法。

背景技术：

目前国内自来水厂使用的无机絮凝剂(如明矾、聚合氯化铝、聚合氯化铁等)，投药量大，产生的污泥数量多、体积大，难以处理，且净水效果也不尽如意。有机高分子聚丙烯酰胺(PAM)优良的助凝效果早已为人们熟知，但受其品种、单体毒性、投加量及投加方式优化等问题的影响，国内自来水厂较少使用。欧洲、美国已经有相当数量的给水厂选用有机高分子絮凝剂作为给水处理的净水剂。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种其阳离子度高达60％，分子量达2300万以上，可在水中快速溶解的新型高效无毒高分子净水剂。本发明的目的是这样实现的，所述的空气制水方法，依序包括如下步骤：

取一定摩尔比二烯丙基二甲基氯化铵与已经过预处理的丙烯酰胺单体于容器内，加入去离子水，调节pH，吹N₂除氧气，加入少量引发剂，控制反应温度30～50℃，反应时间8～10h，反应结束后，加入通用的添加剂，将此混合物干燥、粉碎，即得产品。

本发明的特高分子聚丙烯酰胺净水剂，其主要成分为特高分子聚丙烯酰胺，特高分子聚丙烯酰胺的阳离子度高达45～70％，分子量达2000万～5000万，快速溶解于水中，产品符合国际标准。是目前国际上先进的水处理剂。通过化学合成的办法开发成功了特高分子聚丙烯酰胺(SPAM)净水剂原料，其阳离子度高达60％，分子量达2300万(而一般的阳离子聚丙烯酰胺的分子量在100-1000万，阳离子度为15％-45％，在水中溶解缓慢，达4-6小时)，本发明的特高分子聚丙烯酰胺净水剂可在水中快速溶解为无色或淡黄色透明液体，是一种新型高效无毒高分子净水剂，其主要性能指标为：

外观：无色或类白色固体

分子量： ≥2300万

溶解性：全溶(小于0.5小时)

残余单体： ≤0.2％

固含量： ≥95％

可广泛用于地表水源饮用水、工业用水及污水和废水的处理。该产品以丙烯酰胺与甲基丙烯酸酯两种单体为原料，在一定压力、温度下经催化、共聚、共沸脱水、加醇、除烃等步骤，而得到的。产品作用机理，在含有悬浮固体粒子的水体中加入SPAM絮凝剂时，絮凝剂分子的极性基团与固体粒子的表面通过产生氢键的形式相吸附。絮凝剂的长链分子的侧链酰胺基(-CONH₂)是活性基团，数以万计的可被吸附的活性基团将固体粒子粘结起来，形成网架，成为粗大而结构很好的固粒而沉降下来。使之克服原来的分子内缔合作用，充分发挥絮凝效果。

使用方法：

1、给水：在有预沉池的给水厂，可将本产品配制成0.1％的浓度直接加入预沉池的进水口，本使用方法可节约剂费用20～40％。

2、污水：对污水处理，将本品与微生物活菌净水剂复配使用(净水剂系列产品)，加量与源水浊度高低成正比。

本发明的特高分子聚丙烯酰胺(SPAM)高效絮凝剂，其阳离子度高达60％，分子量达2300万，残余单体含量低，可在水中快速溶解为无色或淡黄色透明液体，是一种新型高效无毒高分子净水剂，可广泛用于地表水源饮用水、工业用水及各类污水和废水的处理。由于本品具有优异的水溶性和极高的阳离密度，一般情况下，其使用量仅为一般阳离子聚丙烯酰胺的1/3-1/2，是无机净水剂的1/10-1/30。因此具有普通有机及无机净水剂不可比拟的水处理质量和水处理成本。本产品作为一种新型强阳离子性高分子净水剂，除具备常用高分子混凝剂的物有的强烈吸附、架桥能力外，还具有普通合成高分子不可比拟的强电中和作用，比无机净水剂的絮凝效果高几十倍至几百倍，并大量减少了污泥量。另外，本产品具有极强的除浊、除色、除臭及消除一些有害物质的能力，尤其对高浊度及高污染水体效果更为显著，是一种提高水处理质量，减少水处理成本的理想药剂。与目前国内普遍使用的聚丙烯酰胺比较，不仅分子量大，达2300万，符合国际标准，而且无毒，是目前较先进的水处理药剂。本发明具有结构简单，使用方便等优点。我们研究成功的SPAM原料，结合本公司已有的微生态活菌剂，根据作用对象不同，开发研制了净水系列产品。该系列产品消除水中有害微生物强力强，可调节和恢复水体的生态平衡。广泛应用于水产养殖业，尤其是在遇到高温、多雨、灾后水质处理、预防鱼病的水质处理等，效果显著。其具体实施方式，结合以下实施例子，对本发明进行详细说明：

根据废水的不同成分和性质，制备了一系列阳离子型高分子净水剂。试验采用水溶液聚合法，共聚反应式如下：

取一定摩尔比二烯丙基二甲基氯化铵与已经过预处理的丙烯酰胺单体于容器内，加入去离子水，调节pH，吹N₂除氧气，加入少量引发剂，控制反应温度30～50℃，反应时间8～10h，经共聚、共沸脱水、加醇、除烃等过程，待反应结束，加入通用的添加剂，将此混合物干燥、粉碎，即得产品。其物性参数如表1所示。

表1 高分子净水剂物性参数

物性参数	净水剂-I	净水剂-II	净水剂-III
物性参数	净水剂-I	净水剂-II	净水剂-III	形态	白、类白或淡黄色粉末	白、类白或淡黄色粉末	白色粉末
固含量(％)	80～90	90～95	95～97	形态	白、类白或淡黄色粉末	白、类白或淡黄色粉末	白色粉末
固含量(％)	80～90	90～95	95～97	适用pH范围	1～10	1～10	1～10
残余单体(％)	≤0.2	≤0.2	≤0.2	适用pH范围	1～10	1～10	1～10
残余单体(％)	≤0.2	≤0.2	≤0.2	相对分子质量	500～1000万	1000～2000万	2000～2500万
可溶性	0.5％溶液0.5h基本全溶			相对分子质量	500～1000万	1000～2000万	2000～2500万

本试验制备的高分子净水剂相对分子质量较高，可达到2000～2500万，易溶于水，在任何pH范围内都带正电，絮凝能力强，无腐蚀性和刺激性，不污染环境，在常温下能长时间保存。1试验1.1试验仪器与试剂

6组搅拌叶片的混凝搅拌机；浊度计和pH计；聚丙烯酰胺；氢氧化钠；硫酸铝或聚合氯化铝；1L烧杯；各种刻度吸管。1.2试验条件及方法

按《给水处理》和《水处理工程理论与应用》中介绍的凝聚试验方法，模拟净水生产工艺的混合搅拌条件为：搅拌转速150r/min，搅拌时间3min；絮凝反应搅拌条件为搅拌转速50r/min，搅拌时间10min。观察并记录矾花形成情况，静止沉淀10min，同时观察并记录矾花沉淀情况和检测上清液浊度及pH值。当出现常用净水方法不能净化处理原水时，首先应进行最优投矾量试验选出最佳投矾量，然后进行模拟净水生产的助凝沉降试验，最后将助凝试验结果运用到净水生产实际中。1.3试验结果1.3.1聚丙烯酰胺最佳投量

表1的结果表明：聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，其最佳投量是0.03～0.4mg/L。在净水生产中也证明了投加量少于0.03mg/L时它的助凝效果不显著；超过0.4mg/L时它的助凝作用过快，形成的矾花颗粒很大，易造成大量的污泥沉积在反应池的后部和沉淀池的前部，沉淀池的长度和面积不能充分利用，影响反应沉淀效果。1.3.2助凝剂最佳投加点

聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，其投入点是决定助凝沉淀效果好坏的关键。表2的试验结果和在净水生产中应用结果表明：在絮凝反应总时间的1/2～2/3间加入聚丙烯酰胺可获得最佳的助凝沉淀效果。如果和混凝剂同时投加则毫无助凝效果；如果在絮凝反应总时间的前或后1/3的时间里加入，其助凝效果都不显著。过早加入，细小的矾花未形成；过迟加入其聚合网捕作用时间不充分，助凝效果无法发挥。2聚丙烯酰胺水解(碱化)

在溶解聚丙烯酰胺的同时加入一定比例的氢氧化钠，溶解后放置8h左右使之充分水解(碱化)，经水解后可使聚丙烯酰胺卷曲的高分子链充分伸展开，大大地增加了它和细小矾花颗粒相碰和吸附的机会，使聚丙烯酰胺的吸附架桥网捕作用得到充分的发挥，从而进一步提高助凝效果。实际应用经验表明，现配现用的水解比(碱化比)要大一些，一般选用1∶0.2为宜，即1g聚丙烯酰胺加入0.2g氢氧化钠。如果水解时间能满足8h，水解比应选用1∶0.01～1∶0.05。水解比越大所需水解时间就越短，但水解比过大会造成净化后的水质pH值升高。如果使用水解度为30％以上的阴离子型聚丙烯酰胺，即可免去水解步骤。3生产应用

自1991年初采用聚丙烯酰胺作为净水助凝剂以来，无论原水水质情况如何均可获得令人满意的助凝沉淀效果，超负荷35％左右生产供水也是如此。由于采用聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，石湾水厂1991年多供水675.66×10⁴t，1992年多供水2 500.72×10⁴t，1993年多供水4 376.98×10⁴t。目前公司全部水厂已经将聚丙烯酰胺作为净水助凝剂经常性投加使用，不但能够保量优质供水，而且为净水生产管理带来了方便，制水成本也不会增加，同时大大提高了絮凝沉淀效果，减少一半左右的混凝剂用量，提高了沉淀池的制水能力。因此直接和间接降低了制水总成本。2净水剂应用试验

选择几个不同类型工厂的印染、洗煤、啤酒废水和造纸中段废水，测定了各种废水的成分，印染废水主要是色度、COD、BOD₅含量高；洗煤废水主要是浊度，SS高；造纸废水色度、COD含量高。根据各种废水的水质特征，经理论分析后选择阳离子净水剂作废水净化处理实验，对净水剂进行配方筛选，以达到对各种废水处理的最佳效果。2.1印染废水处理

印染废水分为亲水性染料废水(直接、酸性、不溶性偶氮染料)和疏水性染料废水(还原、硫化、分散染料)两大类。水质变化十分复杂，生成源较多，各生成源水的成分又有差异。由试验得出，用净水剂-I、II对酸性、活性、不溶性偶氮印染废水净化效果较好，去除率一般在85％～90％之间。对硫化还原印染废水使用净水剂-III效果较好，去除率在90％左右。出现上述差别，与废水中所含基团的性质有密切关系。在亲水性染料的分子结构中，含有大量的SO₃H、SO₃Na、COOH等基团，这些基团由于在水中离解度大小不同，影响胶体粒子与净水剂之间的絮凝反应。在疏水性染料中，常含有吸电子基C＝O、C＝NH、-NH₂等基团，在酸性介质中，这些基团获得电子，转变成阳离子基团(-NH⁺ ₃)，增强了吸电子的能力。在这类反应中，净水剂所带电荷与胶体粒子所带电荷符号相同，它们之间的絮凝反应以桥连-吸附作用为主。表2是通过正交试验得出的废水处理结果。

表2 贵阳棉纺厂印染废水处理结果

测定项目	处理前	处理后	去除率(％)
测定项目	处理前	处理后	去除率(％)	pH	10.8	6.6
COD(mg/l)	5246	387	93	pH	10.8	6.6
COD(mg/l)	5246	387	93	BOD₅(mg/l)	618	96	84
色度(倍)	255	30	88	BOD₅(mg/l)	618	96	84

试验还选择了目前常用的几种高分子絮凝剂处理印染废水，并与本方法的净水剂进行了比较。由实验得出，其COD、色度去除率及絮凝效果都是净水剂-I优于其它几种高分子絮凝剂(见表3)。

表3 不同絮凝剂处理印染废水净化效果比较

絮凝剂种类	进水		出水
	进水		出水					COD(mg/l)	色度(倍)	COD(mg/l)	去除率(％)	色度(倍)	去除率(％)	絮凝效果
	阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)	4802	140	2204	54	100	28.6	COD(mg/l)	色度(倍)	COD(mg/l)	去除率(％)	色度(倍)	去除率(％)	絮凝效果	中等矾花
阴离子型聚丙烯酰胺(PHPAM)	阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)	4802	140	2204	54	100	28.6	4802	140	3857	19.7	130	7.1	无矾花生成	中等矾花
阴离子型聚丙烯酰胺(PHPAM)	非离子型聚丙烯酰胺(PAM)	4802	140	3670	23.0	130	7.1	4802	140	3857	19.7	130	7.1	无矾花生成	无矾花生成
净水剂-I	非离子型聚丙烯酰胺(PAM)	4802	140	3670	23.0	130	7.1	4802	140	472	90.2	20	85.7	大矾花	无矾花生成

2.2造纸废水处理

造纸工业是环境污染最严重的部门之一，废水具有浓度高、色度深，污染水量大，含纤维悬浮物多的特点。选择凯里造纸厂和遵义新舟造纸厂排出的造纸废水为试验用水。前者颜色浅，浊度高、有机物含量较低。后者色度深、呈褐色，有机物含量高。通过试验，净水剂-I对凯里造纸厂废水的处理效果好，净水剂-III对新舟造纸厂废水的处理效果较好，处理效果见表4和表5。

表4 凯里造纸厂废水处理结果

测定项目	处理前	处理后	去除率(％)
测定项目	处理前	处理后	去除率(％)	pH	11.6	7
COD(mg/l)	250	75	70	pH	11.6	7
COD(mg/l)	250	75	70	浊度(度)	600	20	96

表5 遵义新舟造纸厂废水处理结果

测定项目	处理前	处理后	去除率(％)
测定项目	处理前	处理后	去除率(％)	pH	13.2	6.4
COD(mg/l)	6021	1068	82	pH	13.2	6.4
COD(mg/l)	6021	1068	82	浊度(倍)	100	20	80

工业废水由于所生产的产品不同，废水中所含的成分其性质、结构各异。本发明研究开发的阳离子型高分子净水剂其化学性质稳定，适用于较宽的pH范围，且净化效果都在80％以上。与废水进行絮凝反应时，形成的絮体大，链与链之间联结紧密，色度去除率高。另外，该净水剂使用成本低，用量少，一般为5～15mg/l(废水)。因此，该净水剂具有良好的应用前景。

Claims

1、一种特高分子聚丙烯酰胺净水剂，其主要成分为特高分子聚丙烯酰胺，其特征在于特高分子聚丙烯酰胺的阳离子度高达45～70％，分子量为2000万～2500万。

2、权利要求1所述的特高分子聚丙烯酰胺净水剂的生产方法，依序包括如下步骤：取一定摩尔比二烯丙基二甲基氯化铵与已经过预处理的丙烯酰胺单体于容器内，加入去离子水，调节pH，吹N₂除氧气，加入少量引发剂，控制反应温度30～50℃，反应时间8～10h，反应结束后，加入通用的添加剂，将此混合物干燥、粉碎，即得产品。