CN101767809B - 一种用于饮用水强化混凝的高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备方法，属于净水药剂技术领域。具体制备步骤为：按SO4 2-/Al3+摩尔比0.05-0.10向AlCl3溶液中加入Na2SO4固体，搅拌至完全溶解；然后在常温、常压和激烈搅拌条件下和Na2CO3溶液快速混合，控制OH-/Al3+摩尔比为1.2-2.2、总铝浓度为0.2-0.4mol/L，得到稳定透明的均相聚硫氯化铝溶液；将均相聚硫氯化铝溶液于95-105℃下恒温加热、搅拌、回流6-8h，经冷却陈化后得到高聚聚硫氯化铝混凝剂。本发明的高聚聚硫氯化铝具有高聚合度和强稳定性，可用于强化混凝去除饮用水中浊度和有机物，能明显提高出水水质，具有很高的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于净水药剂技术领域，具体涉及一种新型高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备方法与应用。本发明的混凝剂具有高聚合度和强稳定性，可应用于强化混凝去除饮用水中浊度和有机物，能明显提高出水水质。
技术背景
混凝是常规水处理方法之一。传统混凝的目标是有效去除水中颗粒物，降低出水浊度。近年来人们提出在不增加原有水处理设施的基础上，通过调节原水pH、增加混凝剂投量、开发和使用高性能新型混凝剂等手段来强化混凝过程，使其在去除浊度物质的同时降低水中有机物含量，从而减少后续氧化消毒过程产生的消毒副产物。强化混凝不需新增处理单元，能大大节省水处理成本，因而具有很高的推广价值。但是控制pH和增加混凝剂投量不仅会增加水处理运行成本，而且会增加污泥量和水处理剂残留，因而开发高效、低残留的混凝剂对于饮用水强化混凝尤为重要。
无机铝盐混凝剂是一种常用混凝剂。无机铝盐混凝剂经历了从简单铝盐—无机高分子铝盐—复合高分子铝盐的发展过程。大量研究结果表明，在水中发挥混凝作用的是铝的一系列水解聚合产物，已经被证实的主要有Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2 +、Al(OH)4 -、Al2(OH)4 2+、Al2(OH)2 4+、Al3(OH)4 5+、Al3(OH)8 +、Al4(OH)8 4+、Al6(OH)15 3+、Al7(OH)16 5+、Al8(OH)20 4+、Al10(OH)22 8+、Al13(OH)32 7+、Al13O4(OH)24 7+、[Al30O8(OH)56(H2O)24]18+以及[Al(OH)3]n溶胶或沉淀。Al13O4(OH)24 7+(Al13)一直被认为是聚合氯化铝混凝剂中的最佳凝聚絮凝形态；聚合度更高的聚合铝形态[(AlO4)2Al28(OH)56(H2O)26]18+(Al30)也表现出良好的去除水中浊度和有机物的效能。有研究指出，SO4 2-可通过氢键增聚和络合增聚提高聚合氯化铝的水解和聚合，从而强化混凝过程中的吸附架桥和网捕卷扫作用。制备具有高聚合度的复合型聚合铝混凝剂，提高其混凝效能，具有良好的应用前景。
发明内容
1.发明目的
本发明的目的在于提出一种用于饮用水强化混凝的高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备方法。通过引入SO4 2-强化铝离子的水解和聚合，生成高效低残留的高聚聚硫氯化铝，制备方法简单、经济、易于实现工业化生产。该混凝剂用于强化混凝去除水中的有机物，具有高效、稳定、使用范围广、残留铝低等特点。
2.技术方案
一种用于饮用水强化混凝的高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备方法，通过如下步骤实现：
(1)配制0.4-0.8mol/L的AlCl3溶液，并按SO4 2-/Al3+摩尔比0.05-0.10向AlCl3溶液中加入Na2SO4固体，搅拌至Na2SO4完全溶解。配制0.4-0.8mol/L的Na2CO3溶液，在常温、常压和激烈搅拌的条件下将Na2CO3溶液和含有Na2SO4的AlCl3溶液快速混合，控制OH-/Al3+摩尔比为1.2-2.2、总铝浓度为0.2-0.4mol/L。以200-400r/min的速度搅拌，直至获得稳定透明的均相聚硫氯化铝溶液。
(2)将均相聚硫氯化铝溶液于95-105℃下恒温加热、搅拌、回流6-8h，搅拌强度为200-300r/min。然后经自然冷却后，在室温下陈化5天得到高聚聚硫氯化铝混凝剂。该混凝剂中高聚合态的铝Alc(Ferron络合比色测定法中120min以后与Ferron试剂反应的铝水解体)可以达到50％以上。
3.本发明的有益效果
(1)本发明的高聚聚硫氯化铝混凝剂所含的高聚合形态Alc比高聚聚合氯化铝(制备方法和本发明的高聚聚硫氯化铝相同，但是在第一步骤的溶液中不添加Na2SO4)高10％以上。混凝剂放置一年以上保持透明、澄清，而在相同条件下制备的聚硫氯化铝(制备方法和本发明的高聚聚硫氯化铝制备的第一步骤相同)则产生白色凝胶物质甚至出现白色沉淀；对混凝剂溶液中的颗粒进行分析发现，高聚聚硫氯化铝中的颗粒粒径基本保持不变，而聚硫氯化铝中的颗粒粒径大幅度增大，也说明高聚聚硫氯化铝混凝剂具有良好的稳定性。该制备方法工艺简单、经济，可用于工业生产。
(2)本发明制备的高聚聚硫氯化铝混凝剂能充分发挥中和脱稳、网捕以及卷扫作用，进而提高混凝效率。用于强化混凝去除水中的有机物，适用的pH范围宽，为4-9；与传统的聚合氯化铝相比，混凝剂用量减少20％以上；不宜产生水中有机物的再稳现象；即使在高聚聚硫氯化铝大投量下，处理水中残留铝的浓度也能满足生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)的要求，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明高聚聚硫氯化铝混凝剂中铝的形态分析结果。Ala、Alb和Alc分别为络合比色测定法中0min、0-120min和120min以后与Ferron试剂反应的铝水解体。
具体实施方式
实施例1.
高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备：先将AlCl3·6H2O配制成0.4mol/L的AlCl3溶液，按SO4 2-/Al3+摩尔比0.06向AlCl3溶液中加入Na2SO4固体，并搅拌至Na2SO4完全溶解。在常温、常压和激烈搅拌的条件下，将0.4mol/L的Na2CO3溶液和含有Na2SO4的0.4mol/L AlCl3溶液快速混合，控制OH-/Al3+摩尔比为2.0、总铝浓度为0.2mol/L。以200r/min的速度搅拌，至溶液变为稳定、透明的均相溶液。将获得的均相溶液于95℃下恒温加热、搅拌、回流8h，控制搅拌强度为200r/min。经自然冷却并在室温下陈化5天后，得到高聚聚硫氯化铝混凝剂。该混凝剂中铝的形态分布(Ala、Alb和Alc分别为Ferron络合比色测定法中0min、0-120min和120min以后与Ferron试剂反应的铝水解体)如图1所示。
混凝剂应用：应用上述方法制备的高聚聚硫氯化铝混凝剂处理实验室配制的含天然有机物腐殖酸的水样，原水pH为7.0，腐殖酸含量为10mg/L。不调节pH直接投加0.04mmol/L高聚聚硫氯化铝混凝剂(以Al计)，先经200r/min快速搅拌2min，再以30r/min慢速搅拌15min，静置沉降30min后取上清液检测。以254nm处紫外吸光度UV254表示天然有机物腐殖酸浓度，残留铝浓度采用生活饮用水标准检验方法(GB 5750-2006)中的铬天青S分光光度法测定。检测结果(如表1所示)表明高聚聚硫氯化铝混凝剂在去除水中天然有机物过程中发挥了优良的混凝效能，且出水残留铝浓度低。
表1 高聚聚硫氯化铝混凝剂处理配制腐殖酸水样的结果
注：对照组聚合氯化铝采用与高聚聚硫氯化铝制备相同的AlCl3和Na2CO3比例和浓度，不加入Na2SO4，按本发明的步骤(1)制备；聚硫氯化铝采用与高聚聚硫氯化铝制备相同的AlCl3、Na2SO4和Na2CO3比例和浓度，按本发明的步骤(1)制备。
实施例2.
高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备：本实施例与实施例1不同的是OH-/Al3+摩尔比控制在1.6，SO4 2-/Al3+摩尔比控制在0.08，其它步骤及参数与实施例1相同。
混凝剂应用：应用上述方法制备的高聚聚硫氯化铝混凝剂处理南方某自来水厂高浊度进水原水，处理过程不调节pH，直接投加0.1mmol/L高聚聚硫氯化铝(以Al计)，先经200r/min快速搅拌2min，再以30r/min慢速搅拌15min，静置沉降30min后取上清液检测。天然有机物以254nm处紫外吸光度UV254表示，DOC和浊度分别采用欧陆1010型总碳分析仪和WTW公司Turb550浊度仪测定，残留铝浓度采用生活饮用水标准检验方法(GB 5750-2006)中的铬天青S分光光度法测定测定。检测结果(如表2所示)表明高聚聚硫氯化铝在饮用水强化混凝处理过程中发挥了优良的混凝效能，对原水UV254、DOC、浊度去除率高，且出水残留铝浓度低。
表1高聚聚硫氯化铝混凝剂处理南方某自来水厂进水原水结果
注：对照组为普通市售聚合氯化铝和聚硫氯化铝。聚硫氯化铝采用与高聚聚硫氯化铝制备相同的AlCl3、Na2SO4和Na2CO3比例和浓度，按本发明的步骤(1)制备。
Claims (2)
1.一种用于饮用水强化混凝的高聚聚硫氯化铝混凝剂的制备方法，其特征在于制备方法由下列步骤完成：
(1)配制0.4-0.8mol/L的AlCl3溶液，并按SO4 2-/Al3+摩尔比0.05-0.10向AlCl3溶液中加入Na2SO4固体，搅拌至Na2SO4完全溶解；配制0.4-0.8mol/L的Na2CO3溶液，在常温、常压和激烈搅拌的条件下将Na2CO3溶液和含有Na2SO4的AlCl3溶液快速混合，控制OH-/Al3+摩尔比为1.2-2.2、总铝浓度为0.2-0.4mol/L；以200-400r/min的速度搅拌，直至得到稳定透明的均相聚硫氯化铝溶液；
(2)将均相聚硫氯化铝溶液于95-105℃下恒温加热、搅拌、回流6-8h，搅拌强度为200-300r/min；然后经自然冷却后，在室温下陈化5天得到高聚聚硫氯化铝混凝剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，该高聚聚硫氯化铝混凝剂中高聚合态的铝Alc含量占总铝含量的50％以上，其中高聚合态的铝Alc是Ferron络合比色测定法中120min以后与Ferron试剂反应的铝水解体。
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