CN101708880A

CN101708880A - 新型环保型水处理絮凝剂及其制备方法

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Publication number: CN101708880A
Application number: CN200910110618A
Authority: CN
Inventors: 陈建湘; 杨友强; 方勇; 李帅; 宋洪利; 郭永星; 张�杰; 徐建兵
Original assignee: SHENZHEN LEOKING GROUP
Current assignee: SHENZHEN LEOKING GROUP
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2010-05-19

Abstract

本发明公开了一种新型环保型水处理絮凝剂及其制备方法，将铝交联剂按Al³⁺的含量为3.6～4.4mmol/g蒙脱石的比例滴加入钠化蒙脱石浆液中，搅拌后静置水解。本发明制备得到的絮凝剂絮凝效果好、成本低、铝离子含量少、二次污染小。

Description

新型环保型水处理絮凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种用于水处理净化水质的新型环保型絮凝剂的制备方法以及制得的絮凝剂。

背景技术

我国的水资源短缺和水环境污染已成为制约我国国民经济和社会发展的重要因素。絮凝是水处理中净化水质的常用手段和方法，但目前常用的传统絮凝剂聚合三氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)等在水处理中均易产生二次污染，PAC水解后产生的铝离子通过饮用水进入人体会导致贫血、脱发和大脑痴呆等多种疾病，PAM水解后产生的丙烯酸和有机胺等有机污染物同样危害人体健康。因此，如何研制一种二次污染小、絮凝效果好的新型环保型水处理絮凝剂是当前水处理领域急待解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述问题，提供一种成本低、铝离子含量少、二次污染小的新型环保型水处理絮凝剂的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述制备方法制备得到的新型环保型絮凝剂。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公开了一种新型环保型水处理絮凝剂的制备方法，所述方法包括

步骤a：将铝交联剂按Al³⁺的含量为3.6～4.4mmol/g蒙脱石的比例滴加入钠化蒙脱石浆液中，搅拌后静置水解。

优选的，所述方法进一步包括步骤b：将步骤a的产物与水溶性有机高分子絮凝剂PX按固体质量比100∶1～5的比例混合，所述PX为分子量30万～50万的壳聚糖。

在本发明优选的实施方式中，所述步骤b是将步骤a的产物烘干研细制得改性蒙脱石絮凝剂粉末后与PX一起先配成质量浓度20％～60％的水溶液，并使溶液颗粒物充分细化分散。

更进一步地，所述使溶液颗粒物充分细化分散后进一步包括再加水稀释为质量浓度0.3％～0.7％的水溶液，且边稀释边搅拌。

在本发明具体的实施方式中，所述钠化蒙脱石由占蒙脱石固体份质量3％～6％的多聚磷酸钠和占蒙脱石固体份质量0.3％～0.5％的碳酸钠加入到水合浆状的天然蒙脱石浆液中，搅拌均匀并经滚磨及密封陈化制备得到。

其中所述水合浆状的天然蒙脱石浆液的质量浓度范围优选为0.5％～1％。

在本发明具体的实施方式中，所述铝交联剂由氢氧化钠溶液滴加入三氯化铝溶液中，并经搅拌及陈化制备得到。

所述氢氧化钠与三氯化铝两者混合的比例优选为NaOH摩尔数∶AlCl₃摩尔数＝2.2～2.6∶1。

所述氢氧化钠溶液浓度优选为0.3～0.5mol·L^-1，三氯化铝溶液浓度优选为0.3～0.5mol·L^-1，滴加速度优选为0.5mL～2mL·min^-1。

本发明还公开了根据上述制备方法制备得到的新型环保型水处理絮凝剂。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

本发明利用价廉易得的蒙脱石作为主要原料，通过铝交联改性及并优选与有机高分子絮凝剂复合制备一种新型环保型水处理絮凝剂，制备得到的絮凝剂絮凝效果好、成本低、铝离子含量少、二次污染小。

具体实施方式

本发明的新型环保型水处理絮凝剂，是采用将铝交联剂按Al³⁺的含量为3.6～4.4mmol/g蒙脱石的比例滴加入钠化蒙脱石浆液中，搅拌后静置水解制备得到。静置水解制得改性蒙脱石，再将此改性蒙脱石烘干研细后，便得到改性蒙脱石絮凝剂粉末。

在本发明优选的实施方式中，上述制备得到的改性蒙脱石絮凝剂粉末进一步与水溶性天然有机高分子絮凝剂PX按固体质量比100∶1～5的比例进行复合，制备得到絮凝效果更优的铝交联改性蒙脱石复合絮凝剂。其中，PX为分子量30万～50万的壳聚糖，优选具有如下分子结构式：

本发明的方法具体包括：

将占蒙脱石固体份质量3％-6％的多聚磷酸钠和占蒙脱石固体份质量0.3％-0.5％的碳酸钠加入到水合浆状的天然蒙脱石浆液中，拌均匀后将其投入到陶瓷球磨机中滚磨3h，取出并密封陈化24h后得钠化蒙脱石浆液备用。其中水合浆状的蒙脱石浆液的质量浓度范围优选为0.5％-1％。

将0.3～0.5mol·L^-1的氢氧化钠溶液滴加至0.3～0.5mol·L^-1的三氯化铝溶液中，滴加速度控制在0.5mL～2mL·min^-1，二者混合的相对量按NaOH摩尔数∶AlCl₃摩尔数＝2.2～2.6∶1的摩尔比进行控制，即溶液的OH_/Al₃₊摩尔比(n)为2.2～2.6，将所得溶液在转速为200r·min^-1的搅拌机上搅拌3小时，再陈化2天，即制成铝交联剂。

将上述铝交联剂按3.6～4.4mmol/(g蒙脱石)(即混合比按3.6～4.4mmolAlCl₃与1g天然蒙脱石定量混合)的投料比滴加入到上述钠化蒙脱石悬浊液中，滴加完毕，在转速为200r·min^-1的搅拌机上搅拌2小时，再静置水解1天，即制得改性蒙脱石，再将此改性蒙脱石烘干研细后，便得到改性蒙脱石絮凝剂粉末。

将上述制得的改性蒙脱石絮凝剂粉料进一步与水溶性天然有机高分子絮凝剂PX按100∶1～5的比例(质量比)先配成20％～60％高浓度水溶液，并在500～1000转/分的高速搅拌下分散2h，使溶液中颗粒物尽量细化分散均匀，然后再在500转/分的搅拌下慢慢加入水，最终配制成质量浓度为0.3％～0.7％的水溶液，即为铝交联改性蒙脱石复合絮凝剂的工作液。

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

改性蒙脱石的制备

将占蒙脱石固体份质量5％的多聚磷酸钠和占蒙脱石固体份质量0.5％的碳酸钠加入到水合浆状的天然蒙脱石浆液中，搅拌均匀后将其投入到陶瓷球磨机中滚磨3h，取出并密封陈化24h后得钠化蒙脱石浆液备用，其中水合浆状的蒙脱石浆液的质量浓度范围为0.5％。

将0.4mol·L^-1的氢氧化钠溶液滴加至0.4mol·L^-1的三氯化铝溶液中，滴加速度控制在0.5mL～2mL·min^-1，二者混合的相对量按NaOH摩尔数∶AlCl₃摩尔数＝2.4∶1的摩尔比进行控制，即溶液的OH^-/Al³⁺摩尔比(n)为2.4，将所得溶液在转速为200r·min^-1的搅拌机上搅拌3小时，再陈化2天，即制成铝交联剂。

最后将铝交联剂按4.0mmol/(g蒙脱石)(即混合比按4mmolAlCl₃与1g天然蒙脱石定量混合)的投料比滴加入到蒙脱石悬浊液中，滴加完毕，在转速为200r·min^-1的搅拌机上搅拌2小时，再静置水解1天，即制得改性蒙脱石，再将此改性蒙脱石烘干研细后，便得到改性蒙脱石絮凝剂粉末。

实施例2

用于自来水处理的复合絮凝剂的制备

将实施例1制得的改性蒙脱石絮凝剂粉料与水溶性天然有机高分子絮凝剂PX按100∶1的比例(质量比)先配成40％高浓度水溶液，并在500-1000转/分的高速搅拌下分散2h，使溶液中颗粒物尽量细化分散均匀，然后再在500转/分的搅拌下慢慢加入水，最终配制成质量浓度为0.5％的水溶液，即为改性蒙脱石复合絮凝剂的工作液，供以下自来水絮凝实验用。

其中，PX为分子量40万左右的壳聚糖，并具有如下分子结构式

实验例

自来水絮凝实验

(1)处理水样

取自中国武汉市余家头自来水厂长江取水口的长江水样：浊度95NTU，总碱度105mg/L(以CaCO₃计)，水温24℃-25℃。

(2)本絮凝剂用于自来水的处理实验

共做两组混凝实验，一组是用传统絮凝剂聚合三氯化铝(PAC)(0.5％工作液)对原水进行混凝试验，找出絮凝后出水浊度相对较低且性价比最好的聚合三氯化铝(PAC)絮凝剂投加量；另一组是用实施例2制备得到的改性蒙脱石复合絮凝剂(0.5％工作液)在相同条件下对同一原水进行混凝试验，确定絮凝后出水浊度相对较低且性价比最好的改性蒙脱石复合絮凝剂的投加量；二者操作过程基本相同，即在每组实验中分别将6个盛有1000mL长江原水的烧杯放置在ZR4-6混凝试验搅拌机上，然后按不同的絮凝剂投加加量对这6个水样进行同比混凝沉降试验，沉淀完全后，用2100/W型MACH牌自动浊度仪分别对每个水样中的上清液进行浊度测定，再用FLAN6000电感耦合等离子体质谱仪和铝的单元素标准溶液等对这两组水样上清液中的铝离子含量进行测试分析，得到此两组水样浊度及相应铝离子含量的比较值。

(3)实验结果

①传统絮凝剂PAC处理自来水试验结果

在100转/min转速的搅拌下分别向6个1000mL自来水原水水样中投加不同量的0.5％PAC传统絮凝剂(粉末状PAC价格为2.1元/kg)，药剂加毕继续搅拌5min后静置沉降，待它们完全沉降后分别测出它们的出水浊度(NTU)，浊度下降率、铝离子含量及相应的药剂成本等，并从中确定性价比最好的絮凝剂投加量的相应成本，其结果如下表1所示。

表1传统絮凝剂PAC处理自来水试验结果

从以上表1可以看出，随着絮凝剂PAC投加量的增加，自来水浊度的下降率和铝离子含量也随之增加，但当0.5％PAC投加量超过1.2ml·L^-1时，其浊度下降率增加不明显，而药剂成本和铝离子含量增加明显，故综合经济技术指标，最终性价比最好的PAC投加量应是4号样的1.2ml·L^-1，此时的出水浊度、浊度下降率、铝离子含量和药剂成本等分别为4.2NTU、95.0％、0.32mg·L^-1和0.0126元·吨^-1，并作为传统絮凝剂处理自来水的最佳经济技术指标而确定下来。

②改性蒙脱石复合絮凝剂处理自来水试验结果

根据粉末状改性蒙脱石复合絮凝剂价格1.8元/kg和絮凝剂药剂成本应低于上述PAC最佳投加量之成本0.0126元·吨-1的成本控制原则，设计出质量浓度为0.5％的改性蒙脱石复合絮凝剂之加量都低于1.4ml·L^-1的6个不同加量配方，并在100转/min转速的搅拌下分别向6个1000ml自来水原水水样中投加不同量的0.5％改性蒙脱石复合絮凝剂，药剂加毕继续搅拌5min后静置沉降，待它们完全沉降后分别测出它们的出水浊度(NTU)，浊度下降率、铝离子含量及相应的药剂成本等，并从中确定达到最佳性价比时的浊度下降率、铝离子含量及相应的絮凝剂成本等，其结果如下表2所示，且表2中“FHRP”为“改性蒙脱石复合絮凝剂”的简称。

表2改性蒙脱石复合絮凝剂处理自来水试验结果

从以上表2可以看出，随着改性蒙脱石复合絮凝剂FHRP投加量的增加，自来水浊度的下降率和铝离子含量也随之增加，但当0.5％改性蒙脱石复合絮凝剂投加量超过1.2ml·L^-1时，浊度下降率增加不明显，而药剂成本和铝离子含量增加明显，故综合经济技术指标，最终性价比最好的0.5％改性蒙脱石复合絮凝剂的投加量应是5号样的1.2ml·L^-1，此时的出水浊度、浊度下降率、铝离子含量和药剂成本等分别为3.8NTU、96.0％、0.15mg·L^-1和0.0114元·吨^-1，并作为改性蒙脱石复合絮凝剂处理自来水的最佳经济技术指标而确定下来。

③两种絮凝剂处理自来水结果的比较

将上述表1、表2中絮凝剂最佳投加量所对应水样的主要经济与技术指标进行比较，如下表3所示，其中PAC为传统絮凝剂，FHRP为改性蒙脱石复合絮凝剂。

表3两种絮凝剂处理自来水结果的比较

从以上表3可以看出，本发明的改性蒙脱石复合絮凝剂(FHRP)它与传统的聚铝絮凝剂(PAC)相比，出水浊度下降了9.5％，药剂成本下降了9.5％，出水中铝离子含量下降了53.1％(仅为0.15mg/L)，达到我国饮用水铝离子含量标准，具有明显的经济与环境效益。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型环保型水处理絮凝剂的制备方法，所述方法包括

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述方法进一步包括步骤b：将步骤a的产物与水溶性有机高分子絮凝剂PX按固体质量比100∶1～5的比例混合，所述PX为分子量30万～50万的壳聚糖。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤b是将步骤a的产物烘干研细制得改性蒙脱石絮凝剂粉末后与PX一起先配成质量浓度20％～60％的水溶液，并使溶液颗粒物充分细化分散。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述使溶液颗粒物充分细化分散后进一步包括再加水稀释为质量浓度0.3％～0.7％的水溶液，且边稀释边搅拌。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述钠化蒙脱石由占蒙脱石固体份质量3％～6％的多聚磷酸钠和占蒙脱石固体份质量0.3％～0.5％的碳酸钠加入到水合浆状的天然蒙脱石浆液中，搅拌均匀并经滚磨及密封陈化制备得到。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述水合浆状的天然蒙脱石浆液的质量浓度范围为0.5％～1％。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述铝交联剂由氢氧化钠溶液滴加入三氯化铝溶液中，并经搅拌及陈化制备得到。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠与三氯化铝两者混合的比例为NaOH摩尔数∶AlCl₃摩尔数＝2.2～2.6∶1。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液浓度为0.3～0.5mol·L^-1，三氯化铝溶液浓度为0.3～0.5mol·L^-1，滴加速度为0.5mL～2mL·min^-1。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到的新型环保型水处理絮凝剂。