本发明涉及废水处理药剂，具体涉及工业废水处理中降低压滤后污泥含水率的药剂，以及合成工艺。
背景技术：
在工业废水处理过程中会产生大量污水，污水经浓缩、沉淀后形成流态污泥，约有95％～98％含水率，并且易腐败发臭，需对这些流态污泥进行脱水处理，即将流态污泥脱除水分，转化为半面态或固态泥块，才适合外运及后续处理。
我厂的工业废水处理工艺中，废水中先添加聚丙烯酰胺预处理，改善其后续脱水性能，然后经浓缩后形成流态污泥，进入板框压滤机脱水。脱水后的污泥含水率较高，达到75％左右。而污泥含水率只有降至60％以下才能较好的应用及处理。一些发达国家正逐步要求污泥的含水率降20％～30％，这样可避免因微生物作用而发霉和发臭，又能使污泥处于稳定状态。因此，研究一种有效的降低污泥含水率的方法已是当务之急。
在污水处理技术领域中，污泥脱水前的通过先化学法和物理法来改善废水中污泥颗粒的沉降，从而达到提高污泥脱水率的目的。
化学法以絮凝法为主要手段。它是通过添加适量的絮凝剂、助凝剂等化学药剂并以搅拌等外力使絮凝剂与污泥颗粒相互碰撞。污颗粒絮凝成团而发生沉淀，达到去稳定化的效果。同时污泥颗粒体积的增大使胶体表面积大幅降低，表面与内部的水分分布也发生改变，减少了水分的吸附，使污泥颗粒易于沉降和浓缩，并改变了污泥的脱水性能。
物理法以污泥浓缩为主要手段。目前污泥浓缩的方法通常有三种：重力浓缩，气浮浓缩、机械浓缩等。三种方法浓缩后的流态污泥含水率差别不大，其中气浮浓缩和机械浓缩对于废水的种类要求较高，设备复杂，能源消耗较大。重力浓缩结构简单，不适用于低浓度污泥。我厂采用絮凝重力浓缩方法预处理，后续通过板框压滤机脱水，工艺及配套设备都较成熟，难有切入点降低污泥含水率。通过相关技术检索，在此类废水处理工艺中，也没有相关降低压滤后污泥含水率的方法和技术。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种污泥处理剂的合成方法，调理后的流态污泥中大部分颗粒表面吸附的化学结合水和表面水转化为间隙水或自由水，使这部分水在板框压滤时被去除，从而大幅度减少污泥总量。从而减少固废产生量，降低了企业委外成本，并减少环境污染。
本发明要解决的另一个技术问题是提供该减水剂在降低压滤后污泥含水率的应用。
本发明的技术方案是，：将含双键醚类单体20～25重量份，脂类单体20～25重量份加入到反应釜的40～55重量份水中，边搅拌边加温至70～90℃，再加入羧酸类单体1～3重量份，搅拌2～10分钟，1～2小时后加入表面活性功能单体3～4重量份，同样搅拌2～10分钟，1～2小时后再滴加入氧化还原体系引发剂，继续搅拌0.5～1小时后完成反应；反应完成后用碱调节至ph＝6～7；
所述引发剂占以上几种单体总重量的0.1％～0.25％。
整个反应在70～90℃温度下进行，反应时间约为2.6～5.3小时。
根据本发明的一种多元酸污泥减水剂合成方法，优选的是，所述含双键醚类单体选自甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚的一种；所述脂类单体选自甲基丙烯酸聚氧乙烯脂、丙烯酸聚氧乙烯脂中的一种。
根据本发明的一种多元酸污泥减水剂合成方法，优选的是，所述羧酸类单体为不饱和羧酸单体。由于这些单体中含有强极性的羧基，可以提高减水剂的分散性和流动性。
进一步地，所述不饱和羧酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣糖酸中的一种或两种。
根据本发明的一种多元酸污泥减水剂合成方法，优选的是，所述表面活性功能单体选自丙烯酰胺或者丙烯磺酸钠中的一种。
表面活性功能单体是一种表面活性助剂，作为减水剂的一种单体，共聚后产生较好的吸附作用，使得减水剂加量降低，减水效率高。
根据本发明的一种多元酸污泥减水剂合成方法，优选的是，所述的氧化还原体系引发剂选自过硫酸胺、过硫酸钠、双氧水、硫酸亚铁、亚硫酸钠和抗坏血酸中一种或者数种。
根据本发明的一种多元酸污泥减水剂合成方法，优选的是，所述氧化还原体系引发剂为含有氧化还原体系引发剂的水溶液。可以直接添加，也可以将氧化还原体系引发剂配成溶液添加。
根据本发明的一种多元酸污泥减水剂合成方法，优选的是，所述碱是一价或二价金属的氢氧化物、氨水或有机胺类。如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨水、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺等。
根据本发明的一种多元酸污泥减水剂合成方法，优选的是，所述的水为蒸馏水、脱盐水或纯净的城市自来水。
同时还提供了上述合成方法制得的减水剂在降低压滤后污泥含水率方面的应用。
本发明的技术原理是：在废水处理工艺中，污泥在添加聚丙烯酰胺后，搅拌混合形成絮凝结构，污泥颗粒带有同种电荷，在静电斥力的作用下，根据同性相斥原理，污泥颗粒能够呈现悬浮状态。
在污泥中加入减水剂以后，减水剂中主链上的憎水基团(c-h键)会使污泥间的静电斥力作用将会增大，从而能够使污泥颗粒分散，使的初期产生的絮凝体结构慢慢解体，从而释放出颗粒表面吸附的部分表面水。
然后，减水剂中支链上的亲水基团(-so3-、-coo-、-oh等)，在分散的污泥颗粒表面形成定向的吸附作用，使得污泥颗粒表面会带上电性相同的电荷，产生一种相斥的作用力，阻止了粒子间凝聚现象的产生，同释放出团聚的颗粒里面包裹的部分化学结合水。
并且这些亲水基团通过氢键与水分子缔合，从而能够定向吸附在污泥颗粒表面形成一层水化膜，并使污泥颗粒之间的间距增加，使水分子的溢出，便于后续的脱水工艺分离水份。
从现有的技术和分析可知，板框压滤机压滤前的流态污泥中水份主要有自由水、间隙水(毛细水)、表面水(吸附水)和化学结合水(内部水)。结合强度由小到大的顺序为自由水＜间隙水＜表面水＜化学结合水，结合强度越大，分离就越困难。化学絮凝、重力浓缩及板框压滤等脱水工艺只能去除部分自由水和间隙水，因此板框压滤后的污泥含水量仍较高，其含有全部的化学结合水、表面水、部分间隙水和自由水。如果通过某种污泥处理剂将流态污泥中的化学结合水和表面水在脱水前转化为自由水和间隙水，那么就可以大大的降低脱水污泥的含水率。
在流态污泥中添加多元酸污泥减水剂，使流态污泥中大部分颗粒表面吸附的化学结合水和表面水转化为间隙水或自由水，使这部分水在板框压滤时能被去除，达到降低压滤后污泥含水率的目的。
本发明的多元酸污泥减水剂合成工艺是先将含双键醚类和脂类，羧酸类，功能类单体，用氧化还原体系作引发剂，进行自由基共聚反应，生成带支链的聚合物，然后对聚合物进行磺化反应。本发明的多元酸污泥减水剂合成工艺是一种单体直接共聚合成法，先将各类单体聚合得到分子主链，之后通过其他方法在分子支链上引入功能基团。
有益效果：
..本发明的多元酸污泥减水剂根据各组分的特性，选取合适的品种进行复配，制备温度较低，方法简便，对各种无机有良好的适应性。并且与一定量的聚丙烯酰胺混合使用，其20％溶液，当掺量为0.8％水泥量时，减水率20％以上；对各种有机污泥有一定的效果。
本发明一种在较低温度下合成的污泥减水剂，目前国内外仅采用聚丙烯酰胺处理污泥，其主要目的改善污泥的可滤性，加快污泥压滤效率，但无降低污泥含水的作用，该减水剂可以大幅度减少压滤后污泥含水率。本项发明是国内外首次研究污泥减水剂，具有首创性和先进性。
具体实施方式
注：含铬污泥为镀锡机组产生的含铬废水，经含铬废水处理装置处理后产生的含铬污泥。
实施例1
为确定实际铬泥含水率，进行相应试验：
试验条件：取南区含铬废水处理装置铬泥浓缩池中污泥，聚丙烯胺的浓度为0.1％。聚丙烯酰胺溶液的加量固定位湿泥量的1％。
取1000克流态污泥，共5份样，分别放置于烧杯中，加入规定量的聚丙烯酰胺，搅拌3分钟后静止10分钟，撇除上清液后，将下层浓缩污泥进行压滤，后测定压滤后污泥的含水率，试验结果如下：
铬泥含水率
上述试验结果显示，铬泥压滤后的含水率在72％左右，数据没有太大的起伏和误差，可滤性不佳。
实施例2
多元酸污泥减水剂的合成(以重量记)：
将20份甲基烯丙醇聚氧乙烯醚，20份甲基丙烯酸聚氧乙烯脂及53份水加入烧杯中，边搅拌边加温至80℃，再加入3份丙烯酸和1份甲基丙烯酸，搅拌5分钟，1小时后加入3份丙烯酰胺，同样搅拌5分钟，1小时后再滴加入0.1份的过硫酸胺，继续搅拌0.5小时后完成反应。检查ph值，用氢氧化钠调节至ph＝7，得最后成品。
为确定减水剂添加量与铬泥含水率的影响，进行相应试验：
试验条件：取南区含铬废水处理装置铬泥浓缩池中污泥，减水剂的配置浓度为20％，聚丙烯胺的浓度为0.1％。聚丙烯酰胺溶液的加量固定位湿泥量的1％。
取1000克流态污泥，放置于烧杯中，先加入规定量的聚丙烯酰胺，搅拌3分钟后，在加入不同量的减水剂，搅拌3分钟后静止10分钟，撇除上清液后，将下层浓缩污泥进行压滤，后测定压滤后污泥的含水率。减水剂加量范围在为0.3％～1.2％之间，共取10个样。
实施例3
多元酸污泥减水剂的合成(以重量记)：
将20份异戊烯醇聚氧乙烯醚，20份丙烯酸聚氧乙烯脂及53份水加入烧杯中，边搅拌边加温至80℃，再加入1份马来酸和3份甲基丙烯酸，搅拌5分钟，1小时后加入3份丙烯磺酸钠，同样搅拌5分钟，1小时后再滴加入0.1份的过硫酸钠，继续搅拌0.5小时后完成反应。检查ph值，用氢氧化钠调节至ph＝7，得最后成品。
试验用污泥和试验过程参照实施例2。
实施例4
多元酸污泥减水剂的合成(以重量记)：
将25份甲基烯丙醇聚氧乙烯醚，25份甲基丙烯酸聚氧乙烯脂及42份水加入烧杯中，边搅拌边加温至80℃，再加入2份丙烯酸和2份甲基丙烯酸，搅拌5分钟，1小时后加入4份丙烯酰胺，同样搅拌5分钟，1小时后再滴加入0.1份的过硫酸胺，继续搅拌1小时后完成反应。检查ph值，用氢氧化钠调节至ph＝7，得最后成品。
试验用污泥和试验过程参照实施例2。
实施例5
多元酸污泥减水剂的合成(以重量记)：
将25份异戊烯醇聚氧乙烯醚，25份丙烯酸聚氧乙烯脂及42份水加入烧杯中，边搅拌边加温至80℃，再加入2份马来酸和2份甲基丙烯酸，搅拌5分钟，1小时后加入4份丙烯磺酸钠，同样搅拌5分钟，1小时后再滴加入0.1份的过硫酸钠，继续搅拌1小时后完成反应。检查ph值，用氢氧化钠调节至ph＝7，得最后成品。
试验用污泥和试验过程参照实施例2。
实施例6
多元酸污泥减水剂的合成(以重量记)：
将20份甲基烯丙醇聚氧乙烯醚，25份甲基丙烯酸聚氧乙烯脂及48份水加入烧杯中，边搅拌边加温至80℃，再加入3份丙烯酸和1份甲基丙烯酸，搅拌5分钟，1小时后加入3份丙烯酰胺，同样搅拌5分钟，1小时后再滴加入0.05份的双氧水和0.05份硫酸亚铁，继续搅拌0.5小时后完成反应。检查ph值，用氢氧化钠调节至ph＝7，得最后成品。
试验用污泥和试验过程参照实施例2。
试验结果：
铬减水剂添加量对铬泥含水率影响
与实施例1的结果进行对比，上述试验结果显示，在相同条件下，添加以上实施例的减水剂后，铬泥压滤后含水率明显下降。并且，随着铬泥减水剂添加量增加，铬泥含水率减小，主要因为铬泥处理剂将铬泥的化学结合水和表面水转化为间隙水或自由水，在压滤时被去除，当铬泥处理剂添加量低于0.8％时，随着铬泥处理剂添加量增加时，压滤后铬泥含水率急剧减少。当铬泥处理剂添加量大于0.8％，继续增加添加量，压滤后铬泥含水率缓慢减少，因此铬泥处理剂的最佳添加量为0.8％。同时，发现实施例2减水剂的效果较好。
实施例7
为确定污泥减水剂添加后不同沉淀时间对铬泥含水率的影响。
试验条件：取南区含铬废水处理装置铬泥浓缩池中污泥，采用实施例2的减水剂，配置浓度为20％，佳添加量为0.8％，聚丙烯胺的浓度为0.1％。聚丙烯酰胺溶液的加量固定位湿泥量的1％。
取1000克流态污泥，放置于烧杯中，加入规定量的聚丙烯酰胺，搅拌3分钟后，先加入规定量的实施例2的减水剂，搅拌3分钟后静止一定时间，撇除上清液后，将下层浓缩污泥进行压滤，后测定压滤后污泥的含水率，试验结果如下：
沉淀时间对铬泥含水率和可滤性影响
上述试验结果显示，在相同条件下，随着沉淀时间的增加，铬泥含水率逐渐减小。当沉淀时间大于60分钟时，压滤后铬泥含水率减少较为明显，因此铬泥处理剂的最佳沉淀时间为60分钟。
本发明的污泥减水剂，大幅度减少压滤后污泥含水率。目前国内外仅采用聚丙烯酰胺处理污泥，其主要目的改善污泥的可滤性，加快污泥压滤效率，但无降低污泥含水的作用。