申请日2016.04.21
公开(公告)日2016.06.22
IPC分类号C02F1/56; C02F9/12
摘要
本发明公开了一种基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，通过在聚丙烯酰胺聚合过程中包裹改性四氧化三铁，从而得到带有磁性的絮凝剂;通过两步分离处理，聚丙烯酰胺可以与水中的悬浮物絮凝形成矾花，在分离过程中，因为包裹有磁性四氧化三铁纳米粒子，导致处理污水时形成的矾花也具有一定的磁性，在分离过程中，利用磁选作用力使絮凝物与水迅速分离;并且整个过程可连续化运作，大大提高了污水处理效率。
权利要求书
1.一种基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤，将待处理废水注入大颗粒分离池中，废水稳定后加入第一批磁性聚丙烯酰胺，絮凝处理15～25分钟，得到预处理废水;将预处理废水过滤后注入小颗粒分离池，搅拌下，加入第二批磁性聚丙烯酰胺，絮凝处理35～55分钟，磁选分离出固体颗粒与液体即完成废水处理;
所述磁性聚丙烯酰胺的制备方法为，将硫酸铁、乙二醇单苯醚、稳定剂混合均匀，于密闭反应器中回流反应12小时，过滤反应液，得到四氧化三铁;然后将二苯甲酮、亚磷酸二乙酯加入乙醇中，搅拌10分钟，再加入四氧化三铁，室温下搅拌35分钟;然后加入硅烷偶联剂，搅拌12小时后即得到改性四氧化三铁;将丙烯酰胺与吡咯烷混合，搅拌15分钟;然后加入丙烯酸、双(2,3-环氧基环戊基)醚以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，搅拌5分钟;然后加入改性四氧化三铁与氢氧化钠水溶液，80℃反应10小时，得到磁性聚丙烯酰胺水溶液，最后干燥得到磁性聚丙烯酰胺;所述稳定剂为聚乙烯醇或者聚乙二醇。
2.根据权利要求1所述基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于：加入第一批磁性聚丙烯酰胺的量为3.5克/吨;加入第二批磁性聚丙烯酰胺的量为2克/吨。
3.根据权利要求1所述基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于：所述硫酸铁、乙二醇单苯醚、稳定剂的质量比为3～6∶25～35∶0.15～0.22。
4.根据权利要求3所述基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于：所述硫酸铁、乙二醇单苯醚、稳定剂的质量比为5∶30∶0.2。
5.根据权利要求1所述基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于：二苯甲酮、亚磷酸二乙酯、四氧化三铁、硅烷偶联剂的质量比为0.08～0.12∶0.1～0.15∶1∶0.01。
6.根据权利要求5所述基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于：二苯甲酮、亚磷酸二乙酯、四氧化三铁、硅烷偶联剂的质量比为0.1∶0.12∶1∶0.01。
7.根据权利要求1所述基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于：丙烯酰胺、吡咯烷、丙烯酸、双(2,3-环氧基环戊基)醚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、改性四氧化三铁与氢氧化钠的质量比为100∶0.15～0.22∶55～64∶10～15∶32～38∶1.5∶2.8～3.2。
8.根据权利要求7所述基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，其特征在于：丙烯酰胺、吡咯烷、丙烯酸、双(2,3-环氧基环戊基)醚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、改性四氧化三铁与氢氧化钠的质量比为100∶0.2∶60∶12∶35∶1.5∶3。
说明书
一种基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术，具体涉及一种基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，属于环保领域。
背景技术
固体污染物、有机物、细菌和病毒是水体污染物的三类，其中固体污染物废水的污染尤为严重。固体废水排入天然水体后，不仅对水生生物构成威胁，而且可能通过沉淀、吸附及食物链而不断富集，破坏生态环境，并最终危害到人类的健康。然而，传统的水处理工艺如吸附法、活性污泥法等随着时间的推移，显示出了各自的弊端，如能耗高、处理效率低、产生二次污染物等等。而近些年，随着科学技术的进步，水处理技术的革新已不单纯的是传统处理工艺技术方面的发展，很多新材料在水处理中的应用，更使得水处理技术迅速发展。絮凝作用是非常复杂的物理、化学过程，现在多数人认为絮凝作用机理是凝聚和絮凝两种作用过程。凝聚过程是胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程;而絮凝过程是所形成细小的凝聚体在絮凝剂的桥连作用下生成大体积的絮凝物的过程。
聚丙烯酰胺的分子链很长，它的酰胺基可与许多物质亲和、吸附形成氢键，这就使它能在吸附的粒子之间架桥，使数个甚至数十个粒子连接在一起，生成絮团，加速粒子下沉。这同一般絮凝机理类似，即一个分子能同时吸附几个粒子，使它们拉在一起，迅速沉降。基于此，聚丙烯酰胺可以作为絮凝剂使用。聚丙烯酰胺类絮凝剂以其优异的性能和环境友好而广泛应用于污水处理。但是常规的聚丙烯酰胺在使用过程中，都是先絮凝形成矾花，然后沉淀分离，该过程耗时长，且工艺复杂，导致处理效率非常低;并且现有水处理絮凝材料对污染物基本是以物理作用为主，这导致了其絮凝容量小，吸附达饱和时间慢的缺点，而无法满足工业应用的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，此方法中，聚丙烯酰胺絮凝剂具有可磁性分离性，大大提高了污水处理效率。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于磁性聚丙烯酰胺的废水处理方法，包括以下步骤，将待处理废水注入大颗粒分离池中，废水稳定后加入第一批磁性聚丙烯酰胺，絮凝处理15～25分钟，得到预处理废水;将预处理废水过滤后注入小颗粒分离池，搅拌下，加入第二批磁性聚丙烯酰胺，絮凝处理35～55分钟，磁选分离出固体颗粒与液体即完成废水处理;
所述磁性聚丙烯酰胺的制备方法为，将硫酸铁、乙二醇单苯醚、稳定剂混合均匀，于密闭反应器中回流反应12小时，过滤反应液，得到四氧化三铁;然后将二苯甲酮、亚磷酸二乙酯加入乙醇中，搅拌10分钟，再加入四氧化三铁，室温下搅拌35分钟;然后加入硅烷偶联剂，搅拌12小时后即得到改性四氧化三铁;将丙烯酰胺与吡咯烷混合，搅拌15分钟;然后加入丙烯酸、双(2,3-环氧基环戊基)醚以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，搅拌5分钟;然后加入改性四氧化三铁与氢氧化钠水溶液，80℃反应10小时，得到磁性聚丙烯酰胺水溶液，最后干燥得到磁性聚丙烯酰胺;所述稳定剂为聚乙烯醇或者聚乙二醇。
本发明中，加入第一批磁性聚丙烯酰胺的量为3.5克/吨;加入第二批磁性聚丙烯酰胺的量为2克/吨;废水稳定为本领域技术人员知晓的常规状态，首先在稳定下处理废水，有利于大颗粒污染物的去除，再加入搅拌，有利于增加絮凝剂与废水小颗粒的接触机会;本发明创造性的分两次处理废水，第一次去除较大颗粒，过滤后在第二次处理时加入搅拌，可以有效去除废水污染物;搅拌的速度以及磁选的强度，可以根据实际废水处理量选择。本发明的稳定剂可以为聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799或者分子量为600～6000的聚乙二醇;所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH580、KH590、KH602或者KH792等。
本发明中，磁性聚丙烯酰胺制备时，所述硫酸铁、乙二醇单苯醚、稳定剂的质量比为3～6∶25～35∶0.15～0.22，优选为5∶30∶0.2;二苯甲酮、亚磷酸二乙酯、四氧化三铁、硅烷偶联剂的质量比为0.08～0.12∶0.1～0.15∶1∶0.01，优选为0.1∶0.12∶1∶0.01;本发明利用铁催化制备磷酸酯化合物，同时该化合物又可以与硅烷偶联剂共同作用，接枝到四氧化三铁表面，增加了四氧化三铁的分散性，特别改善了四氧化三铁在聚丙烯酰胺聚合中的活性，利于聚合物与四氧化三铁的界面稳定性，从而提供了性能优异稳定的磁性聚丙烯酰胺，为废水处理打下良好的基础。
本发明中，丙烯酰胺、吡咯烷、丙烯酸、双(2,3-环氧基环戊基)醚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、改性四氧化三铁与氢氧化钠的质量比为100∶0.15～0.22∶55～64∶10～15∶32～38∶1.5∶2.8～3.2，优选为100∶0.2∶60∶12∶35∶1.5∶3。
本发明公开的磁性聚丙烯酰胺在使用过程中，聚丙烯酰胺前期可以与废水固体物絮凝形成矾花;后期分离时，因为包裹有磁性四氧化三铁纳米粒子，导致处理污水时形成的矾花也具有一定的磁性，在分离过程中，利用外加磁场的磁选使絮凝物与水迅速分离;整个过程可连续化运作，大大提高了污水处理效率。本发明首次公开了一种可磁性分离的废水处理方法，解决了现有技术中矾花沉淀时间长、分离率低、工艺复杂的问题，矾花分离率超过90%，提高了污水处理效率;并且絮凝剂制备方法简单，易于操作，制备时间短，适合工业化生产，四氧化三铁与聚丙烯酰胺结合稳定，适合污浊水体的净化，悬浮物去除率超过90%。