CN101125699A

CN101125699A - 生态安全型复合絮凝剂的制备方法

Info

Publication number: CN101125699A
Application number: CNA2007100594692A
Authority: CN
Inventors: 马月珠; 华涛; 周启星
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2008-02-20

Abstract

本发明涉及污水处理领域，具体地说是一种用于工业废水或生活污水处理的生态安全型复合絮凝剂的制备方法。它以无机铁盐、羧甲基纤维素(CMC)、水和氢氧化钠(NaOH)为原料，其中：铁盐、羧甲基纤维素(CMC)是主要成分，水作为反应溶剂，氢氧化钠用于羧甲基纤维素(CMC)的改性。具体制备方法：将无机铁盐与羧甲基纤维素、羧甲基纤维素和氢氧化钠按照特定的比例加入反应体系，并根据反应进程依次调控反应温度、反应时间，进行羧甲基纤维素的改性、二者的复合反应等过程，最终得到红棕色乳状絮凝剂产品。

Description

生态安全型复合絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理，具体地说是一种用于给水处理、工业废水或生活污水处理中的生态安全复合絮凝剂的制备方法。

背景技术

水处理中广泛应用的絮凝剂大致可以分为两类：无机絮凝剂、有机絮凝剂。其中无机絮凝剂以铝盐、铁盐及其聚合物为代表，在各类絮凝剂中，无机絮凝剂具有原料易得、工艺简便、价廉和低毒的特点，始终是絮凝剂的主流；有机絮凝剂包括天然有机高分子絮凝剂和人工合成高分子絮凝剂。天然高分子絮凝剂主要包括淀粉、羧甲基纤维素等。人工合成高分子絮凝剂以聚丙烯酰胺类为代表，它们也因为絮凝效果好、投加量少在市场上很受欢迎。随着工业化程度的提高，工业生产产生的废水量呈上升趋势，絮凝剂的用量大幅增加，这些絮凝剂在处理水过程中发挥了较大的作用，但是这些类型的絮凝剂在生产、使用及后续处理中，也给环境带来了很大的压力，并对人类的健康构成了明显或潜在的危害。

现有资料表明：

1、水处理过程中，铝盐絮凝剂是饮用水中铝含量增加的主要原因。目前，以铝盐为絮凝剂对饮用水进行净化处理现象普遍，在去除天然水体中的颗粒物和其他污染物后，也残留了不同程度的铝，饮用水中铝含量大大超过了未处理水。铝对人体毒性的临床表现主要有铝性脑病、铝性骨病和铝性贫血等，这些毒性导致的疾病给人体健康带来了很大的危害。有比较充分的动物和人体资料证据表明，铝对人的神经有毒害作用，且属于高神经毒物。近年来，过量的铝通过饮用水、食品、食物链、药物、化妆品等多种途径进入人体，其产生急性中毒的可能性不大，但低剂量铝毒的长期影响不容忽视。这些接触的特点是接触机会多，剂量低和长期性，各种条件下的急性毒理学实验和大量野外调查结果显示，低剂量铝能够通过长期缓慢积累产生毒性。如何减少和防范铝毒对人类健康的影响显得尤其重要。因此，应当采取一些必要防范措施以控制铝进入人体，降低人类健康风险。

2、目前应用范围最广、使用量最大的人工合成有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺类是低毒的，有些产品可用于饮用水处理，但在合成过程中丙烯酰胺单体对人体健康危害很大。一定剂量的丙烯酰胺单体可引起人体神经系统毒性及细胞染色体畸变。丙烯酰胺单体毒性问题引起了各国的广泛关注。美国FDA规定了聚丙烯酰胺中单体含量≤0.5％，日本的质量标准为≤0.05％，并禁止在给水处理中使用。离子型，特别是阳离子型聚丙烯酰胺的毒性通常要比非离子型聚丙烯酰胺的毒性高出数十倍。

3、天然高分子絮凝剂一般来源于淀粉类、半乳甘露糖类、纤维衍生物类、动物性骨胶类的天然产物。这类物质具有无毒、易生物降解、可再生性好、分子量大、多电荷、对pH的影响不大、出水污泥少、原料来源广、价格低廉等优点。正成为研究的热点。

随着人们环保意识的提高和可持续发展的需要，现阶段的工作重点则逐渐落在新型、高效和低毒絮凝剂的研究开发上，以便更好地提高现有或新建污水处理设施的出水能力和净化效果。

本发明的目的在于提供一种应用范围广、无二次污染的生态安全型复合絮凝剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明生态安全型复合絮凝剂以铁盐、羧甲基纤维素、水、氢氧化钠为原料，其中：铁盐、羧甲基纤维素是主要成份，水作为反应溶剂，氢氧化钠用于羧甲基纤维素的改性；根据处理对象污水性质的不同，可以在适当范围内调整产品配方，如果污水中金属离子浓度高，可以提高羧甲基纤维素的比例；如果处理偏酸性污水时，适当提高铁盐的成分，这样可以使目标污染物处理效率最大化。

生态安全型复合絮凝剂的制备方法为：

1)羧甲基纤维素(CMC)的改性：按质量比1∶10～10∶1取羧甲基纤维素和无机铁盐混合后溶解于水至完全溶解，再缓慢加入所述羧甲基纤维素(CMC)质量的0.1～4倍的20％的NaOH溶液充分混合；

2)复合反应：将改性后的羧甲基纤维素和无机铁盐的混合溶液在反应温度20～90℃温度条件下改性反应0.5～10小时，得红棕色乳状物生态安全型复合絮凝剂。

所述步骤2)将改性后的羧甲基纤维素和无机铁盐的混合溶液在反应温度20～90℃温度条件下改性反应0.5～10小时，得红棕色乳状物生态安全型复合絮凝剂；

所述复合反应时间为5～6小时，复合反应温度控制在40～50℃；

所述无机铁盐为三氯化铁、硫酸铁或经预处理的铁工业生产中含铁的废液、废弃物等；

所述羧甲基纤维素为农作物羧甲基纤维素、纸类羧甲基纤维素、或其他经预处理的工农业废弃物中含有的羧甲基纤维素；

为了使铁盐中铁成份准确，所述铁盐可以自制，取铁粉，按常规方法加入盐酸、硫酸或硝酸至完全溶解。

本发明原理如下：

本发明在国外先进絮凝剂研究的基础上，根据污染生态化学和污染控制化学原理，应用生态毒理学方法，通过复合反应，改进了絮凝剂产品生态安全性能，以廉价天然高分子羧甲基纤维素和铁盐为原料，通过羧甲基纤维素中特有的多羟基经改性后与无机铁盐复合(络合)，形成复合(络合)物，改变铁离子的化学形态。本发明中天然高分子羧甲基纤维素与铁盐形成的复合高分子絮凝剂絮凝机理是：在絮凝初期，铁盐通过所带电荷形成电中和作用(压缩双电层)，随后高分子复合物发挥网捕和架桥(絮凝过程中起主要作用)特性使水体中微小颗粒和污染物聚集形成絮凝体。

本发明具有以下优点：

1.具有生态安全性。本发明由天然高分子羧甲基纤维素和无机高分子铁盐通过上述配方和制作工艺合成，羧甲基纤维素中特有的多羟基经改性后与无机铁盐复合，改变铁离子的结合形式，使活性铁的浓度大大降低，最大限度的降低甚至消除了铁盐毒性。

2.絮凝性能好。本发明产品为天然高分子羧甲基纤维素与铁盐形成的高分子絮凝剂，在絮凝初期铁盐通过所带电荷形成电中和作用(压缩双电层)，随后高分子复合物发挥网捕和架桥特性使水体中微小颗粒和污染物聚集形成絮凝体(絮凝过程中起主要作用)，形成的絮凝体很快沉降，因此具有良好的絮凝效果。

3.适用范围广。通过调整配方比例，可以用于各种形式的污水处理，包括各种工业污水、生活污水，还可用于给水处理。

4.无二次污染。本发明采用天然高分子羧甲基纤维素为原料，絮凝剂残留物很容易被环境中的微生物降解，不存在二次污染问题。

5.具有首创性，本发明是首次利用天然高分子羧甲基纤维素和无机铁盐复合研制絮凝剂，目前尚未发现有同类产品的研制和应用。

6.变废为宝，资源再利用。配方中的原料来源广，价格低，无机铁盐可以利用各种含铁的废液或者废渣进行制备或者直接利用，羧甲基纤维素可以利用各种形式的农作物秸秆、废纸、豆渣、玉米皮等进行无害化、资源化循环利用。

6.生产条件要求不高，过程简单，可实施产业化。本发明对设备及反应条件要求不高，制作过程简单，根据处理对象和污水性质的不同，可以在所述范围内适当调整其配方，以最大效率地处理目标污染物；并且可操作性强，易于实行产业化。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1

本发明以铁盐、羧甲基纤维素、水、氢氧化钠(NaOH)为原料，其中：铁盐(FeCl₃)、羧甲基纤维素(CMC)是主要成份，水作为反应溶剂，NaOH用于羧甲基纤维素的改性；FeCl₃与羧甲基纤维素的质量比为1∶1；

其制备方法为：

1)羧甲基纤维素的改性：按质量比取1克FeCl₃和1克羧甲基纤维素固体倒入同一个烧杯，用玻璃棒搅拌使它们充分混合，加入20ml的水充分溶解，再缓慢加入5ml 20％NaOH，搅拌20分钟直到混合均匀。

2)复合反应：将改性后的羧甲基纤维素和FeCl₃溶液置于温度控制在50℃的水浴中，复合反应3小时，得红棕色乳状物，即产品絮凝剂。

实施例2

本发明以铁盐、羧甲基纤维素、水、氢氧化钠(NaOH)为原料，其中：铁盐(FeCl₃)、羧甲基纤维素(CMC)是主要成份，水作为反应溶剂，NaOH用于羧甲基纤维素的改性；FeCl₃与羧甲基的质量比为1∶2；

其制备方法为：

1)羧甲基纤维素的改性：按质量比取1克FeCl₃和2克羧甲基纤维素固体倒入同一个烧杯，用玻璃棒搅拌使它们充分混合，加入20ml的水充分溶解，再缓慢加入20ml 20％NaOH，搅拌20分钟直到混合均匀。

2)复合反应：将改性后的羧甲基纤维素和FeCl₃溶液置于温度控制在40℃的水浴中，复合反应5小时，得红棕色乳状物，即产品絮凝剂。

实施例3

本发明以铁盐、羧甲基纤维素、水、氢氧化钠(NaOH)为原料，其中：铁盐(FeCl₃)、羧甲基纤维素(CMC)是主要成份，水作为反应溶剂，NaOH用于羧甲基纤维素的改性；FeCl₃与羧甲基的质量比为2∶1；

其制备方法为：

1)羧甲基纤维素的改性：按质量比取2克FeCl₃和1克羧甲基纤维素固体倒入同一个烧杯，用玻璃棒搅拌使它们充分混合，加入10ml的水充分溶解，再缓慢加入10ml 20％NaOH，搅拌20分钟直到混合均匀。

2)复合反应：将改性后的羧甲基纤维素和FeCl₃溶液置于温度控制在60℃的水浴中，复合反应4小时，得红棕色乳状物，即产品絮凝剂。

实施例4

本发明以铁盐、羧甲基纤维素、水、氢氧化钠(NaOH)为原料，其中：铁盐(FeCl₃)、羧甲基纤维素(CMC)是主要成份，水作为反应溶剂，NaOH用于羧甲基纤维素的改性；FeCl₃与羧甲基的质量比为1∶3；

其制备方法为：

1)羧甲基纤维素的改性：按质量比取1克FeCl₃和3克羧甲基纤维素固体倒入同一个烧杯，用玻璃棒搅拌使它们充分混合，加入20ml的水充分溶解，再缓慢加入5ml 20％NaOH，搅拌20分钟直到混合均匀。

2)复合反应：将改性后的羧甲基纤维素和FeCl₃溶液置于温度控制在30℃的水浴中，复合反应6小时，得红棕色乳状物，即产品絮凝剂。

实施例5

与之前实例不同之处在于：本实施例原料中铁盐为自制溶液。

具体制备方法为：

1)铁盐的制备：1克铁粉用20％HCl至完全溶解配成FeCl₃。

2)羧甲基纤维素的改性：按质量比取1克FeCl₃和3克羧甲基纤维素固体倒入同一个烧杯，用玻璃棒搅拌使它们充分混合，加入20ml的水充分溶解，再缓慢加入5ml 20％NaOH，搅拌20分钟直到混合均匀。

3)复合反应：将改性后的羧甲基纤维素和FeCl₃溶液置于温度控制在30℃的水浴中，复合反应6小时，得红棕色乳状物，即产品絮凝剂。

Claims

1.一种生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于：以无机铁盐、羧甲基纤维素、水和NaOH为原料，按如下方法制备：

1)羧甲基纤维素(CMC)的改性：按质量比10∶1～10∶100取无机铁盐和羧甲基纤维素混合后溶解于水至完全溶解，再缓慢加入所述羧甲基纤维素(CMC)质量的0.1～4倍的20％的NaOH溶液充分混合；

2.按照权利要求1所述生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于所述无机铁盐为三氯化铁、硫酸铁或经预处理的铁工业生产中含三价铁离子的废液、废弃物。

3.按照权利要求1或2所述生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于所述羧甲基纤维素为农作物羧甲基纤维素、纸类羧甲基纤维素、或其他经预处理的工农业废弃物中含有的羧甲基纤维素。

4.按照权利要求1所述生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述铁盐与羧甲基纤维素的质量比范围为1∶1～1∶3。

5.按照权利要求1所述生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述用于羧甲基纤维素与NaOH的质量比范围为2∶1～1∶2。

6.按照权利要求1所述生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述复合反应时间为5～6小时。

7.按照权利要求1所述生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述复合反应温度控制在40～50℃。

8.按照权利要求1所述生态安全型复合絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述铁盐可以自制，取铁粉，按常规方法加入盐酸、硫酸或硝酸至完全溶解。