申请日 20200707
公开（公告）日 20201127
IPC分类号 C02F1/56; C02F1/52; C02F1/00; C02F103/34
摘要
本发明提供一种冶金焦化废水处理药剂及其制备方法，所述的药剂由硫酸铁、Na3PO4·10H2O粉末、硫酸、氢氧化钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液制备而得。以聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚合硫酸铁复配制备成冶金焦化废水处理药剂，能在pH0.5～14内稳定，可以克服聚合硫酸铁处理焦化废水效果不好的缺点，又能克服聚合硫酸铁用量高、产生污泥多而细、难以进行分离处理的问题。
权利要求书
1.一种冶金焦化废水处理药剂，其特征在于，由以下组分制备而得：硫酸铁、Na3PO4·10H2O粉末、硫酸、氢氧化钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液。
2.根据权利要求1所述的冶金焦化废水处理药剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取总铁浓度为167.55g/L的液体硫酸铁，置于80℃恒温水浴中，缓慢加入Na3PO4·10H2O粉末，搅拌约至完全溶解，制备成n(P):n(Fe)=0.05:1的混合溶液，然后加入硫酸或碳酸氢钠调整混合溶液的盐基度为11.31%～16.05%，即制得聚合硫酸铁溶液；
（2）取211g聚合硫酸铁溶液加热至60℃，加入10～50g的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液，恒温下搅拌1.5h形成均相溶液，即制得冶金焦化废水处理药剂。
3.根据权利要求2所述的冶金焦化废水处理药剂的制备方法，其特征在于，所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液的制备方法，包括以下步骤：
（1）取75ml体积分数为33%的二甲胺水溶液和0.5ml百里酚酞指示液混合，通过冷凝水控制反应温度为15～25℃，在搅拌速度为100r/min下，交替滴加48.94ml烯丙基氯和50ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，始终控制体系的pH值在9.5～10.5之间，反应1.5～3.5h，得到叔胺化溶液；
（2）于叔胺化溶液中补加0.5mol烯丙基氯，升高温度至45℃进行季胺化反应，控制搅拌速度为150r/min，反应6h后停止反应，冷却过滤分离氯化钠结晶，得到二甲基二烯丙基氯化铵溶液；
（3）取25ml二甲基二烯丙基氯化铵溶液，加入3～4g浓度为0.05g/ml的助剂EDTA·2Na，通入氮气25min去除溶液中的溶解氧，然后置于50～55℃恒温水浴中，100r/min下加入0.152～0.507g浓度为0.2g/ml的过硫酸铵，恒温反应8～10h，得到聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液。
4.根据权利要求3所述的冶金焦化废水处理药剂的制备方法，其特征在于：所述的叔胺化阶段，二甲胺、烯丙基氯和氢氧化钠的物质的量之比为1:1.2:1；所述的季胺化阶段，二甲胺、烯丙基氯和氢氧化钠的物质的量之比为1:2.2:1。
5.根据权利要求3所述的冶金焦化废水处理药剂的制备方法，其特征在于：所述的过硫酸铵分三次加入，首先加入过硫酸铵总量的50%，30min后再加入过硫酸铵总量的35%，反应结束前1h升温至60℃，加完剩余的15%的过硫酸铵，恒温至反应结束。
说明书
一种冶金焦化废水处理药剂及其制备方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种冶金焦化废水处理药剂及其制备方法。
背景技术
焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水，其成分复杂多变，除氨氮、氰及硫氰根等无机污染物外，还含有酚类、萘、吡啶、喹啉等杂环及多环芳香族化合物(PAHs)。由于氰化物、多环芳烃及杂环化合物很难生物降解，加之高浓度氨氮对微生物活性具有很强的抑制作用，导致废水的可生化性较差，焦化废水一直是公认的最难处理的工业废水之一。由于焦化废水成分复杂多变，含有多种难降解的长链和环状有机类物质，废水可生化性差，单靠一种处理方法难以达到理想的效果，目前大多采用的物化和生化联用技术来处理焦化废水，但在处理中存在着处理效果不理想，工艺流程复杂和运行成本较高的现状，并没有发挥各自的优点，致使处理出水水质难以满足现行排放标准。
发明内容
针对现有焦化废水处理技术存在的处理效果不理想，工艺流程复杂和运行成本高的缺陷，本发明提供一种冶金焦化废水处理药剂及其制备方法，制备的水处理药剂水溶性好，高效无毒。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种冶金焦化废水处理药剂，由硫酸铁、Na3PO4·10H2O粉末、硫酸、氢氧化钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液制备而得。
所述的冶金焦化废水处理药剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取总铁浓度为167.55g/L的液体硫酸铁，置于80℃恒温水浴中，缓慢加入Na3PO4·10H2O粉末，搅拌约至完全溶解，制备成n(P):n(Fe)=0.05:1的混合溶液，然后加入硫酸或碳酸氢钠调整混合溶液的盐基度为11.31%～16.05%，即制得聚合硫酸铁溶液；
（2）取211g聚合硫酸铁溶液加热至60℃，加入10～50g的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液，恒温下搅拌1.5h形成均相溶液，即制得冶金焦化废水处理药剂。
本发明以聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚合硫酸铁复配制备成冶金焦化废水处理药剂，前者在pH0.5～14内稳定，分子带正电荷，其水溶液导电机理为离子迁移导电，是一种毒性极低的高分子化合物，以聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚合硫酸铁复配制备而得的污水处理药剂，可以克服聚合硫酸铁处理焦化废水效果不好的缺点，又能克服聚合硫酸铁用量高、产生污泥多而细、难以进行分离处理的问题。
聚合硫酸铁的盐基度对废水处理后污泥的比阻有较大的影响，盐基度为11.31%～16.05%时污泥比阻为最低值0.5×1012m/kg，此时脱水率为93.05%，因为活性污泥是大量结构疏松、带负电的粒子群，聚合硫酸铁分子量越大，越有利于活性污泥粒子群之间的吸附架桥。另一方面。污泥比阻随着聚二甲基二烯丙基氯化铵用量的增加先降低后升高，因为聚二甲基二烯丙基氯化铵用量过多导致制备的水处理药剂粘度过大，导致污泥脱水时体系粘度较大，使污泥难以过滤，但是聚二甲基二烯丙基氯化铵用量过少，就会导致絮体太小，污泥沉降速度缓慢，为了使制备的水处理药剂对污泥的脱水率达到95%以上，聚二甲基二烯丙基氯化铵的用量不宜过多。
作为本发明冶金焦化废水处理药剂制备方法的进一步改进，所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液的制备方法，包括以下步骤：
（1）取75ml体积分数为33%的二甲胺水溶液和0.5ml百里酚酞指示液混合，通过冷凝水控制反应温度为15～25℃，在搅拌速度为100r/min下，交替滴加48.94ml烯丙基氯和50ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，始终控制体系的pH值在9.5～10.5之间，反应1.5～3.5h，得到叔胺化溶液；
（2）于叔胺化溶液中补加0.5mol烯丙基氯，升高温度至45℃进行季胺化反应，控制搅拌速度为150r/min，反应6h后停止反应，冷却过滤分离氯化钠结晶，得到二甲基二烯丙基氯化铵溶液；
（3）取25ml二甲基二烯丙基氯化铵溶液，加入3～4g浓度为0.05g/ml的助剂EDTA·2Na，通入氮气25min去除溶液中的溶解氧，然后置于50～55℃恒温水浴中，100r/min下加入0.152～0.507g浓度为0.2g/ml的过硫酸铵，恒温反应8～10h，得到聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液。
本发明采用一步法合成聚二甲基二烯丙基氯化铵，工艺简单，产率高，但是产品纯度稍差，电中和性能略有下降，通过后期与聚合硫酸铁复配后弥补了该缺项。反应过程中，烯丙基氯用量增大，叔胺化反应时间明显缩短，而产率变化不大，烯丙基氯浓度增大，反应速度加快，二甲基二烯丙基氯化铵产率随烯丙基氯用量增加而增加，纯度也有所提高；二甲基二烯丙基氯化铵产率随叔胺化反应温度升高而下降，由于反应物烯丙基氯、二甲胺和中间产物二甲基烯丙基胺沸点分别为45℃、7℃和64℃，其沸点低，易挥发，因此，叔胺化反应温度高于25℃时，由于二甲胺和氯丙烯挥发严重，原料损失大，且烯丙基氯水解副反应加剧，导致二甲基二烯丙基氯化铵产率随温度升高而降低，因此叔胺化应温度为15～25℃最佳。
作为本发明冶金焦化废水处理药剂制备方法的进一步改进，所述的叔胺化阶段，二甲胺、烯丙基氯和氢氧化钠的物质的量之比为1:1.2:1；所述的季胺化阶段，二甲胺、烯丙基氯和氢氧化钠的物质的量之比为1:2.2:1。
作为本发明冶金焦化废水处理药剂制备方法的进一步改进，所述的过硫酸铵分三次加入，首先加入过硫酸铵总量的50%，30min后再加入过硫酸铵总量的35%，反应结束前1h升温至60℃，加完剩余的15%的过硫酸铵，恒温至反应结束。
本发明的有益效果：
1、本发明以聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚合硫酸铁复配制备成冶金焦化水处理药剂，通过聚合硫酸铁的架桥能力，弥补了一步法合成二甲基二烯丙基氯化铵纯度低导致其絮凝能力差的缺陷。
2、本发明以聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚合硫酸铁复配制备而得的污水处理药剂，可以克服聚合硫酸铁处理焦化废水效果不好的缺点，又能克服聚合硫酸铁用量高、产生污泥多而细、难以进行分离处理的问题。
发明人 （韦明）