双碳背景下有机碳源回收及资源化利用技术

深圳市深水水务咨询有限公司、深圳市佳耀生态环保科技有限公司

项目介绍

针对高浊高盐脱硫废水和高有机质生化污泥通过引入功能单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC），采用反相乳液共聚的工艺，制备出高稳定性、耐盐、溶解性能良好的速配性高分子量阳离子聚丙烯酰胺乳液产品P（AM-DAC-DMDAAC），并研究阳离子度大于40%聚丙烯酰胺乳液聚合的工艺条件、影响因素及聚合规律，以及对产品进行污泥脱水和脱硫废水絮凝除浊性能评价。

通过完成松岗、福田、滨河、固戍、福永二期等多个市政污泥的脱水实验验证；同时产品适配造纸、印染废水处理、石油开采等场景，无需专用溶解装置，稀释后可直接使用，应用便捷性优势突出。

技术/产品简介

聚丙烯酰胺乳液作为一种新型水溶性高分子化学品，与传统的固体粉状产品的生产工艺相比，乳液聚合工艺在后处理过程中省去了聚合物胶体的切割、造粒、干燥等工序，不但减少了设备投资，简化了流程，而且节能降耗效果显著，且其最大限度地减少了粉尘污染和污水排放等，对环境影响较小，具有重要的节能和环保意义。另外，其具有电荷密度可选性大，溶解速度快，存放和使用方便、适用pH值范围更广，电荷稳定性更高，絮凝效果更好，用药量更少等一系列优点，使其在石油开采、矿冶工业、造纸工业、水处理工业、纺织印染工业等领域具有较好的市场前景。

技术原理

1、高分子量高稳定性阳离子聚丙烯酰胺乳液制备工艺研究

通过对阳离子聚丙烯酰胺乳液制备过程中各个工艺参数，改性剂、分散剂、乳化剂体系等条件进行分析和研究，筛选适合工业化生产聚丙烯酰胺乳液产品的生产工艺和条件参数。

2、高分子量高稳定性阳离子聚丙烯酰胺乳液应用效果评价

根据最佳工艺参数制备的阳离子聚丙烯酰胺乳液，进行市政污水、市政污泥、餐厨发酵沼液、脱硫废水等行业的应用，评价其混凝除浊、污泥絮凝脱水性能。

3、高分子量高稳定性阳离子聚丙烯酰胺乳液中试生产

采用优化后的聚合反应条件，重点研究升温速率对乳液分子量和稳定性的影响，并进行多次重复放大试验验证工艺可行性，确保产品质量。

4、高分子量高稳定性阳离子聚丙烯酰胺乳液工程应用

针对不同市政污水水质和工况条件，优化投加量条件；研究其絮凝效果、沉降速度及脱水性能；验证其在实际工程中的稳定性、适应性和经济性，提升处理效率和经济效益。

工艺流程

1、反相乳液稳定性的测定

反相乳液的稳定性采用高速离心的方法来进行测试。将一定量反应后的乳液放入刻度离心管中，然后用离心机在3000r/min的转速下离心10min。反相乳液的稳定性可通过离心后剩余乳液体积与离心前乳液体积的比（Ｋ）来评价。F（t）越大，反相乳液的稳定性越好。反相乳液的稳定性还通过测试其存储稳定性来表征。将定量反应后的乳液放入刻度具塞玻璃管中，放置于30℃的恒温水浴槽内，隔一段时间进行观察。反相乳液的稳定性可通过剩余乳液体积与离心前乳液体积的比（Ｋ）来评价。

2、PDMDAAC的合成

以V-50为引发剂，DMDAAC为单体，通过自由基溶液聚合制备两亲性阳离子聚合物PDMDAAC。称取一定量的DMDAAC和去离子水，加入1000ml的夹套反应釜中，然后升温至预设温度，加入引发剂V-50，开始反应。反应结束后，将反应物逐滴加入大量的丙酮中，边滴加边搅拌，所得白色沉淀即为PDMDAAC，将其在50℃、真空条件下干燥至恒重，即可得产物。

3、反相乳液的聚合

将定量的乳化剂、液体溶剂油、溶有AM、DAC的水溶液加入1000ml夹套反应釜中，加入配制好的引发剂溶液，制得稳定的反相预乳液。将反相预乳液升温至预设温度，搅拌反应，可制得稳定的反相乳液。

碳减排路径分析

1、生产工艺降碳

与传统的固体粉状产品的生产工艺相比，乳液聚合工艺在后处理过程中省去了聚合物胶体的切割、造粒、干燥等工序，不但减少了设备投资，简化了流程，而且节能降耗效果显著，且其最大限度地减少了粉尘污染和污水排放等，对环境影响较小。

2、产品应用减碳

制备的聚丙烯酰胺乳液絮凝效果好、用药量少，可降低水处理、污泥脱水等场景的药剂投加量与处理能耗；产品溶解速度快，进一步降低应用端能耗与碳排放。

性能指标

1、关键性能指标

2、测试方法及条件

（1）稳定性测试：采用3000r/min高速离心10min评价乳液离心稳定性；通过30℃恒温水浴槽静置，观测存储稳定性。

（2）已在实验室完成30~40%固含量，20%、40%、60%阳离子度聚丙烯酰胺乳液的合成条件确定，小试和放大中试制备的乳液产品，在不同类型市政污泥絮凝和脱水反面，综合处理效果与国内外同类乳液产品性能一样

（3）利用制备的40%离子度乳液产品处理松岗浓缩池污泥、福田污泥、滨河污泥、固戍污泥、福永二期污泥，烧杯小试和板框上机压滤实验结果都显示乳液产品所形成的污泥絮体颗粒较小、沉降慢、投加量大、污泥含水率高，综合成本比粉剂PAM高。

技术推广应用情况

本技术国内落地工程案例共3项，无海外应用案例，均通过长期运行验收。

本技术与现有生产技术相比，生产工艺更安全、更简单、乳液稳定性更高，可以在造纸、石油、印染、市政污水处理等行业应用。

经济性上，与传统的固体粉状产品的生产工艺相比，乳液聚合工艺在后处理过程中省去了聚合物胶体的切割、造粒、干燥等工序，不但减少了设备投资，简化了流程，而且节能降耗效果显著，且其最大限度地减少了粉尘污染和污水排放等，对环境影响较小。

技术创新点1、本项目采用反相乳液聚合技术，通过优化乳化剂和引发剂体系，选择Span80-Tween81-IE501复合乳化剂，成功制备了高稳定性的阳离子聚丙烯酰胺乳液。引入了阳离子羟甲基纤维素作为改性剂，显著提升了乳液的絮凝性能。

2、本项目在乳液制备过程中添加了高分子分散剂PDMDAAC-100，使乳液在储存8个月内不分层，分子量达到900万以上。显著提高了乳液的储存稳定性和分子量，解决了传统乳液产品易分层、稳定性差的问题。

攻克的技术难点和解决的难题

1、确定生产高阳离子度、高分子量、高稳定性聚丙烯酰胺乳液产品的聚合工艺路线；

2、产品固含量大于30%，乳化剂用量低于3%，分子量900万以上；

3、聚合反应单体转化率大于98%，活性单体残余率低于0.05%；

4、最终产品为稳定性很好的乳液体系，室温存储8个月不发生分层；

5、每吨干污泥聚丙烯酰胺用量(干重)不高于0.25%；

经济效益

该产品已在深圳市多个重点环保项目中成功应用并取得显著成效：在下坪环境园（郁南片区）污水处理厂二厂运营服务项目中，通过持续的应用验证，单吨污泥处理药剂成本下降25%；在坂雪岗水质净化厂（一期）项目中，该产品配合新型自动化设备使用，使污泥日处理能力提升15%；松岗水质净化厂（二期）运行项目中，药剂投加量降低25%，吨泥处理成本节省20%以上。经统计，三个项目两年共节约聚丙烯酰胺药剂使用成本约76.11万元，综合经济效益可观。

社会效益

首先，PAM乳液在水处理中的应用能够有效去除污水中的悬浮物和有机物，帮助污水处理厂实现达标排放，减少水体污染，改善生态环境，保障居民饮用水安全。

其次，在污泥处理中，PAM乳液通过高效脱水减少污泥体积，降低污泥处理成本，促进污泥资源化利用，如堆肥或焚烧发电，减少对土地资源的占用和环境污染。此外，在石油开采和矿物加工中，PAM乳液能够提高资源回收率，减少尾矿和废渣排放，推动资源的高效利用和矿业的绿色发展。

总体而言，PAM乳液产品通过改善环境质量、节约资源和推动可持续发展，为社会带来了广泛的环境和经济价值，促进了生态与经济的和谐发展。

技术鉴定（评估）情况

2025年5月22日，经广东省市政行业协会组织进行科技成果评价，评价结论：该成果提交的评价资料完整、齐全，符合科技成果评价要求。经专家组评定，我协会同意评价意见。

技术获奖情况

2025年8月获得2025年度广东省市政行业协会科学技术奖二等奖

技术知识产权情况

本项目已授权1项发明专利、2项实用新型专利,3个发明专利正在申请中。