CN101264964A - 一种高a113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种高Al13含量高浓度的聚合铝的制备方法，属于水处理高效絮凝剂的生产和应用技术领域。本发明按制备产品的要求，将AlCl₃配成浓度为0.5－3mol/l、NaOH浓度为0.5－5mol/l溶液，NaOH与三氯化铝摩尔比值为0.2－3.5，反应温度为40－100℃，反应时间1－10小时，熟化时间5－24小时；即可制成聚合氯化铝的水溶液。本发明生产工艺参数容易控制，反应时间短，产品浓度高，絮凝效果好。该产品有效絮凝成份Al13可达70％－82％。适用于各种污染严重的工业废水和生活污水的处理。絮凝试验显示：本发明制备的聚合铝的絮凝效果明显优于市售聚合铝，用量可比一般聚合铝降低。

Description

一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法及装置

技术领域：

本发明属于环保领域，特别涉及一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法及装置，适用于各种污染严重的工业废水和生活污水的处理。

背景技术：

在废水处理中，混凝技术是其中得到最为广泛应用的技术之一。混凝剂是混凝技术的关键。按其化学性质可以大致区分为两大类，即无机与有机混凝剂。由于有机高分子絮凝剂存在毒性问题，且价格高昂。无机混凝剂具有无毒(或低毒)、价廉、原料易得等多方面的优点，在混凝技术中占据极其重要的地位，一直来得到广泛的应用。在传统无机盐基础上发展起来的无机高分子絮凝剂，作为一类新型水处理药剂，经历了近四十多年的研制开发逐渐形成了铝系、铁系以及多类复合型品种。但存在着较多的问题，且质量参差不齐，多数产品稳定性较差。聚合铝作为一种新型高效水处理药剂，在国内外已得到迅速发展并成为目前产量最大，应用范围最广的主流水处理药剂。但是无论哪种类型的无机高分子絮凝剂，其主体成分仍然是具有高价态的羟基聚合铝离子。其中起主要决定作用的成分为Al13形态。现行主流聚合铝产品质量参差不齐，Al13的含量仍然很低(仅在15一50％)。常见的以三氯化铝为原料的生产方法主要有以下两种：(1)中和法。在三氯化铝溶液中加入氢氧化钠、石灰、石灰石、碳酸钠等固体碱性物质，不同的加碱量可以得到不同碱化度的聚合铝产品，这种方法的实际生产不易控制，产品质量不够稳定。

(2)电渗析法(日本公开特许昭和49一24353；昭和49一24355)。这种方法利用了水的电解和离子交换膜的选择性透过原理，以三氯化铝为原料制取聚合氯化铝，这种方法工艺复杂，制造的产品质量完全于依赖于离子交换膜的质量。

(3)热分解法日本专利昭和49一43477；德国专利10271311，公开了三氯化铝晶体在加热条件下，发生分解反应，可以生成聚合氯化铝的方法，这种方法的生成设备庞大，分解温度也不宜过高，否则易产生三氧化二铝，所以成品的碱化度一般在50％以下，分解效率也较低。

实验室中以微量滴碱或缓慢加碱方式可制备出高Al13含量的PAC。但使用传统的方式进行反应时，常规的加碱速度往往使反应体系中局部碱浓度过大，由于Al的水解速度极快，在这种条件下所形成的反应产物非目标产物Al13；通过缓慢加碱配合强烈混合以减小局部碱浓度过大，效率太低。微量加碱法可得到Al₁₃含量较高(80％以上)的聚合氯化铝(PAC)，且有较好的可重复性，但该法采用较低浓度的AlCl₃和NaOH溶液和极慢的加碱速度，存在反应时间长(20h以上)，总铝浓度低(≤0.1mol/L)等缺点。由于不同碱化度的PAC所需碱量不同，采取恒定加碱速率的方法合成不同指标的PAC也存在一些不确定影响因素。因此，有必要对该方法进行改进，提高反应速度，缩短反应时间，并提高其总铝浓度。

发明内容

本发明的目的是要克服以微量滴碱或缓慢加碱方式耗时太长、效率低，电渗析法工艺复杂，中和法产品质量不稳定的缺点。提供一种高碱化度、高Al13含量并具有优异絮凝性能的聚合氯化铝合成方法及产品。

一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法，其中按制备产品的要求，将AlCl₃配成浓度为0.5-3mol/L、NaOH配成浓度为0.5-5mol/L的溶液，在AlCl₃溶液中不断加入NaOH进行混合反应，最终AlCl₃与NaOH原料当中NaOH与三氯化铝摩尔比值为0.2-3.5，反应温度为40-100℃，反应时间1-10小时，熟化时间5-24小时。

具体工艺为用泵将AlCl₃溶液从反应釜抽出，在静态混合器和混合阀前注入NaOH溶液，调节混合阀开度，使混合压差0.01-0.1Mpa，使AlCl₃溶液和NaOH充分混合，然后进入超声波混合器，超声波混合器超声强度为0.5-5W/cm2，进一步混合反应后进入带搅拌的反应釜，再将反应釜中的反应产物用泵抽入混合阀前与NaOH溶液混合反应，再进入超声混合器后入反应釜，到了预定反应时间后可从釜底放出，反应后的溶液常温熟化5-24小时即可。

一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备装置，由1搅拌器、2反应釜、3碱储罐、4碱液泵、5碱液泵、6静态混合器、7混合阀、8超声波混合器、9超声发生器、10超声发生器构成。用泵5将AlCl₃溶液从带搅拌器1的反应釜2抽出，NaOH溶液由碱液泵4从碱储罐3中抽出，进入在静态混合器6和混合阀7，调节混合阀7开度，然后进入超声波混合器8在超声发生器9、10作用下使超声强度达到0.5-5W/cm2，进一步混合反应后进入带搅拌的反应釜2。

发明的原理如下：

在AlCl₃溶液NaOH液进入静态混合器和混合阀后，二者可以通过静态混合器中的流向不断改变得到充分混合反应，超声波作为一种能量，可以强化分子接触反应，从而提高了反应速度，缩短了反应时间，并提高了AlCl₃和NaOH的允许浓度以及产品的总铝浓度。

本发明生产工艺参数容易控制，反应时间短，产品浓度高，絮凝效果好。该产品有效絮凝成份Al13可达70％-82％。适用于各种污染严重的工业废水和生活污水的处理。絮凝试验显示：本发明制备的聚合铝的絮凝效果明显优于市售聚合铝，用量可比一般聚合铝降低。

附图说明

图1为高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备装置结构图

具体实施方式

实施例1：将AlCl₃配成浓度为0.5mol/L、NaOH浓度为0.5mol/L溶液，NaOH与三氯化铝摩尔比值为0.2∶1，反应温度为50℃，混合压差0.01Mpa，超声强度为0.5W/cm2，反应时间1.5小时，熟化时间5小时。熟化后的产品Al₁₃含量81％。某炼油厂工业污水，其处理前水质为：油110mg/l，C0D1011mg/l，将上述絮凝剂用泵加入气浮装置，加入量为30mg/l。处理后水质状况为COD430mg/l，去除率56％，油31mg/l，去除率达72％。而用市售聚合铝(Al₂O₃含量28％)30mg/l处理后COD仅除率26％，油除率36％。

实施例2：

将AlCl₃配成浓度为3mol/L、NaOH浓度为5mol/L溶液，NaOH与三氯化铝摩尔比值为3∶1，反应温度为95℃，混合压差0.1Mpa，超声强度为5W/cm2，反应时间10小时，熟化时间24小时。熟化后的产品Al₁₃含量76％。

用本产品处理某炼油厂电脱盐装置排出的含油污水，处理前油510mg/l，COD3210mg/l，悬浮物330mg/l，用泵加入排水管线，加入量为30mg/l.经沉降分离装置，处理后水质状况为：油28mg/l，去除率94％，COD530mg/l，去除率80％，悬浮物18mg/l，去除率达94.6％。

用本产品处理某钢厂循环水，处理前循环水透光率30％，加30mg/l实施实例2所制产品，分离后透光率达到90％。

用本产品处理某油田电脱水排出的含油污水，处理前油810mg/l，COD 3120mg/l，悬浮物330mg/l，加入量为实施实例2所制的产品20mg/l，经沉降分离装置，处理后水质状况为：油28mg/l，去除率97％，COD 540mg/l，去除率81％，悬浮物15mg/l去除率达96％。

Claims (3)

1、一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法，其特征在于按制备产品的要求，将AlCl₃配成浓度为0.5-3mol/L、NaOH配成浓度为0.5-5mol/L的溶液，在AlCl₃溶液中不断加入NaOH进行混合反应，最终AlCl₃与NaOH原料当中NaOH与三氯化铝摩尔比值为0.2-3.5，反应温度为40-100℃，反应时间1-10小时，熟化时间5-24小时。

2、根据权利要求1所述的高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法，其特征在于具体工艺为用泵将AlCl₃溶液从反应釜抽出，在静态混合器和混合阀前注入NaOH溶液，调节混合阀开度，混合压差0.01-0.1Mpa，让AlCl₃溶液和NaOH混合后进入超声波混合器，超声波混合器超声强度为0.5-5W/cm2，进一步混合反应后进入带搅拌的反应釜，再将反应釜中的反应产物用泵抽入混合阀前与NaOH溶液混合反应，再进入超声混合器后入反应釜，到了预定反应时间后从釜底放出。

3、一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备装置，其特征在于制备装置由(1)搅拌器、(2)反应釜、(3)碱储罐、(4)碱液泵、(5)碱液泵、(6)静态混合器、(7)混合阀、(8)超声波混合器、(9)超声发生器、(10)超声发生器构成；用泵(5)将AlCl₃溶液从带搅拌器(1)的反应釜(2)抽出，NaOH溶液由碱液泵(4)从碱储罐(3)中抽出，进入在静态混合器(6)和混合阀(7)，调节混合阀(7)开度，然后进入超声波混合器(8)在超声发生器(9)、(10)作用下使超声强度达到0.5-5W/cm2，进一步混合反应后进入带搅拌的反应釜(2)。