CN100579913C - 聚合硫酸铁复合混凝剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚合硫酸铁复合混凝剂，通过包括如下步骤的方法制得：以铁屑为原料，用硫酸溶出铁，利用缓慢滴碱法加入Na₂CO₃溶液合成聚合硫酸铁，陈化，缓慢滴加阳离子型聚丙烯酰胺，制成硫酸铁有机高分子复合混凝剂。本发明制备的混凝剂性能优良，使用过程矾花形成迅速、结构密实、沉降性能好，除藻率高(＞95%)，有机物去除效果好，腐蚀性小，广泛适用于自来水、污废水处理，且制备工艺简洁、成本低廉、性能稳定，易于工业化实施。

Description

聚合硫酸铁复合混凝剂及其应用

技术领域：

本发明涉及水处理用混凝剂，具体属于一种聚合硫酸铁复合混凝剂及其应用。

背景技术：

水资源短缺和水质污染构成人类生存和社会发展的瓶颈，提高水处理能力和效率成为重要的解决水资源短缺，净化水质的重要途径。藻类普遍存在于天然水体中，是水体富营养化过程的重要参与者，对水质、水处理过程和效果影响深远。近年来藻类污染已成为一个全球性的问题。藻类引发臭味、某些藻类在一定的环境下会产生毒素，会引起消化道疾病，动物学实验发现藻类毒素可能有致畸、致突变的作用，藻类导致混凝剂的投加量增加，矾花轻浮，堵塞滤料等干扰水处理过程。目前国内饮用水除藻仍以预氧化和混凝、沉淀/气浮为主要手段。

聚合氯化铝(PACl)是继明矾、硫酸铝之后混凝性能较好、使用范围较广的一种高分子混凝剂，在国内外混凝剂市场上均有较高的占有率。但铝盐混凝剂形成的絮凝体沉降速度慢、除藻效率低、在低温低浊水混凝处理中易造成“跑矾花”现象；同时在处理含油废水和某些高悬浮物高浓度有机废水时，不能达到理想的处理效果；铝盐混凝剂的使用还会给环境带来溶解铝含量增高等问题。使用聚合硫酸铁(PFS)进行混凝处理，不仅避免了溶解性铝危害，而且具有混凝能力强、矾花大、沉降快、pH适用范围广的特点。但因生产工艺较复杂、成本较高和在水中的残留色度、腐蚀性等问题，尽管已有近30年的发展历史，目前其推广应用范围和市场份额仍与PACl不能抗衡。可见研究生产PFS的新方法和新工艺，开发其他聚合铁混凝剂新产品，进一步简化工艺、降低成本、提高效果、增强产品竞争力，是聚合铁混凝剂发展的重要方向。

有机高分子絮凝剂有较长的分子链，可以在两个或多个颗粒间架桥，加速粒子沉降；其上的大量基团还可起到吸附、电中和等作用。但单独使用有机高分子絮凝剂，在效果、成本等方面和无机高分子混凝剂相比缺乏竞争力；因而更多的利用途径是和无机混凝剂配合使用。

技术内容：

本发明的目的在于提供一种混凝性能优良，使用过程矾花形成迅速、结构密实、沉降性能好，除藻效率高，有机物去除效果好，腐蚀性小；且制备工艺简单、成本低廉、性能稳定的聚合硫酸铁复合混凝剂。

本发明提供的一种聚合硫酸铁复合混凝剂，通过包括如下步骤的方法制得：

1)取铁屑，用0.5～1mol/L硫酸溶出铁，溶出温度50～90度，时间2～4hr，滤去不溶物，滤液为暗黄褐色；

2)在上述滤液中加入硫酸铁溶液，使滤液pH值达到0.5～1.0，滤液中铁含量达到0.1～1.0mol/L，在搅拌G值13～150s^-1、室温条件下，利用缓慢滴碱法，加入1～2mol/LNa₂CO₃溶液合成聚合硫酸铁，使聚合硫酸铁碱化度为0.3～1.0，优选0.3～0.5；

3)将上述聚合硫酸铁在室温下陈化2～8小时，优选3小时，得到稳定的聚合硫酸铁；

4)取经陈化的聚合硫酸铁，在搅拌G值50～150s^-1、室温条件下，缓慢滴加质量浓度为0.1～1.0％、分子量在300-1000万和离子度在20-50％的阳离子型聚丙烯酰胺，加入聚丙烯酰胺的量与聚合硫酸铁中的铁的质量比为1∶23～200，反应1～2小时，制成硫酸铁复合混凝剂，该产品为棕红色透明液体。

所述的铁屑可以用含铁丰富的工业废料如铁尾矿等代替。

本发明硫酸铁复合混凝剂可用于水的混凝处理，特别是水中除藻。

一种利用硫酸铁复合混凝剂在水中混凝除藻的方法，包括如下步骤：

(1)臭氧预氧化：臭氧剂量0.5～2,0mg/L，接触时间4～15min；

(2)采用硫酸铁复合混凝剂混凝处理：混凝剂剂量根据烧杯试验法确定，混凝水力条件：快速混合G值100～300s^-1、时间0.5～2.0min；慢速反应G值10～30s^-1、时间15～40min，慢速反应开始5～10min时投入石灰，调节pH值到7.0～7.5；

(3)静置沉淀：沉淀时间大于15min。藻类去除率达到95.0％以上。

与现有技术相比本发明具有以下优点和效果：本发明在充分研究水处理过程混凝机理和混凝剂生产原理的基础上，采用原料溶出、聚合、陈化和复合制备得到的聚合硫酸铁有机高分子复合混凝剂，混凝效果好，混凝过程中矾花形成速度快，所形成的矾花粒度大、密实性好，沉降性能优异，藻类去除率达到95.0％以上，色度去除率达到90～95％，出水色度低，＜5度；并且铁残余少，对水体pH影响小，腐蚀性小，污泥稳定、体积小，适用于饮用水处理和污水处理；复合混凝剂制备工艺简单，投资省，原料成本低、能耗低，有利于推广。

具体实施方式：

实施例1：

取铁屑，用1mol/L硫酸溶出铁，溶出温度60度，时间3hr，滤去不溶物，滤液为暗黄褐色；

在上述滤液中加入硫酸铁溶液，使滤液pH值达到1.0，滤液中铁含量达到0.4mol/L，在搅拌G值50s^-1、室温条件下，利用缓慢滴碱法，加入2mol/L Na₂CO₃溶液合成聚合硫酸铁，使聚合硫酸铁碱化度为0.5；

将上述聚合硫酸铁在室温下陈化3小时，得到稳定的聚合硫酸铁；

取经陈化的聚合硫酸铁，在搅拌G值135s^-1、室温条件下，缓慢滴加质量浓度为0.2％的阳离子型聚丙烯酰胺(C5015，北京希涛技术开发有限公司)，加入聚丙烯酰胺的量与聚合硫酸铁中的铁的质量比为1∶25，反应1小时，得到棕红色透明液体即硫酸铁复合混凝剂。

实施例2

以高岭土、腐殖酸、自来水配置水样，水样指标为浊度8.2NTU、COD_Mn3.597mg/L、450nm处吸光度值(Abs₄₅₀)0.179、pH7.23；采用实施例1的混凝剂，混凝条件：250rpm(转/分钟，相当于G值145s^-1)1min、40rpm(相当于G值15s^-1)20min、静置沉淀20min处理。混凝过程可见絮体矾花形成快，且均匀密实，易于沉淀；水样沉后水残余浊度可达到0.641～0.827NTU，COD_Mn1.538mg/L、450nm处吸光度值(Abs₄₅₀)0.0165、pH6.6～7.03。

实施例3

采用春季某湖水作原水，水质指标为浊度8.72NTU、COD_Mn2.78mg/L、藻类2.16*10⁷个/L、pH6.93。混凝条件：250rpm(转/分钟，相当于G值145s^-1)1min、40rpm(相当于G值15s^-1)20min、静置沉淀20min；分别使用商品PACl(碱化度60％)、AlCl₃、Fe₂(SO₄)₃、实施例1制备的混凝剂，混凝剂中以Al/Fe摩尔浓度为0.1mol/L，混凝剂投量均为0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、8.0×10^-5mol/L等。混凝沉淀后结果如表1：

表1不同混凝剂混凝效果对比表

混凝剂	浊度低于1NTU的混凝剂投量范围(mmol/L)	最佳COD<sub>Mn</sub>投药量(mmol/L)	最佳COD<sub>Mn</sub>(mg/L)	最佳除藻投药量(mmol/L)	最佳除藻率
						PACl	0.024～0.078	0.056	1.658	0.051	87.3％
AlCl<sub>3</sub>	0.031～0.069	0.062	1.767	0.066	83.2％
						Fe<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>	0.028～0.088	0.045	1.593	0.051	90.1％
实施例1混凝剂	0.021～0.084	0.040	1.479	0.040	95.1％

同时，实施例1混凝剂出水中铁离子含量低于0.03mg/L，色度小于5度。

实施例4：

某湖水除藻，水质指标为浊度12.2NTU、TOC/DOC 2.373mg/L、藻类3.48*10⁷个/L、pH7.06。处理过程：

(1)臭氧预氧化(剂量0.8mg/L，接触时间10min)；

(2)采用聚合硫酸铁有机高分子复合混凝剂混凝处理，混凝剂剂量根据烧杯试验法确定为3.5mg/L，水力条件快速混合G值150s^-1、时间1.0min，慢速反应G值13.5s^-1、时间20min，慢速反应开始10min时投入石灰，调节pH值到7.5；

(3)静置沉淀15min后，于液面下2厘米处小心取样测定浊度、色度、藻类、DOC等指标。

结果表明：沉淀出水中浊度降为0.656NTU、色度为4度、藻类3.18*10⁵个/L，藻类去除率达到99.1％，DOC1.59mg/L，去除率达33％；并且甲醛含量小于0.04mg/L。

Claims (5)

1、一种聚合硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，通过包括如下步骤的方法制得：

1)取铁屑，用0.5～1mol/L硫酸溶出铁，溶出温度50～90度，时间2～4hr，滤去不溶物；

2)在上述滤液中加入硫酸铁溶液，使滤液pH值达到0.5～1.0，滤液中铁含量达到0.1～1.0mol/L，在搅拌G值13～150s^-1、室温条件下，利用缓慢滴碱法，加入1～2mol/LNa₂CO₃溶液合成聚合硫酸铁，使聚合硫酸铁碱化度为0.3～1.0；

3)将上述聚合硫酸铁在室温下陈化2～8小时；

4)取经陈化的聚合硫酸铁，在搅拌G值50～150s^-1、室温条件下，缓慢滴加质量浓度为0.1～1.0％、分子量在300-1000万和离子度在20-50％的阳离子型聚丙烯酰胺，加入聚丙烯酰胺的量与聚合硫酸铁中的铁的质量比为1∶23～200，反应1～2小时，制成硫酸铁复合混凝剂。

2、如权利要求1所述的聚合硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，所述的铁屑用铁尾矿代替。

3、如权利要求1所述的聚合硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，所述的聚合硫酸铁碱化度为0.3～0.5。

4、如权利要求1所述的聚合硫酸铁复合混凝剂，用于水的混凝处理。

5、一种利用权利要求1所述的硫酸铁复合混凝剂在水中混凝除藻的方法，包括如下步骤：

(1)臭氧预氧化：臭氧剂量0.5～2.0mg/L，接触时间4～15min；

(2)采用硫酸铁复合混凝剂混凝处理：混凝剂剂量根据烧杯试验法确定，混凝水力条件：快速混合G值100～300s^-1、时间0.5～2.0min；慢速反应G值10～30s^-1、时间15～40min，慢速反应开始5～10min时投入石灰，调节pH值到7.0～7.5；

(3)静置沉淀：沉淀时间大于15min。