CN101863541B

CN101863541B - 环保型自来水絮凝剂

Info

Publication number: CN101863541B
Application number: CN2010101995485A
Authority: CN
Inventors: 曾德芳; 翟勇
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: CN101863541A

Abstract

一种环保型自来水絮凝剂。该絮凝剂是聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液和助剂A溶液配合使用絮凝剂；其中，聚合三氯化铝溶液是质量百分比为01％-1％溶液，天然高分子多糖溶液是质量含量0.2％-2％的稀酸溶液，助剂A溶液是氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、蒙脱石和水的复配溶液，蒙脱石占复配溶液总质量为5％。其使用最佳体积配比为：聚合三氯化铝溶液∶天然高分子多糖溶液∶助剂A溶液＝0.5-5∶3-10∶5-10。用本絮凝剂，絮凝颗粒大，沉降速度快，对原水浊度的去除率达到98.09％，原水浊度在70-100NTU之间一次处理就能达到国家标准3NTU以内；出水中铝离子的含量比传统絮凝剂减少了57.5％，处理自来水用药量少，成本为0.0129元/吨原水，且本絮凝剂不含有对人体有害的成分，性能优良，质量稳定。

Description

环保型自来水絮凝剂

技术领域

本发明属于自来水处理领域，涉及一种环保型自来水絮凝剂在自来水处理中的应用。

背景技术

目前我国自来水处理最常用的絮凝剂是聚合三氯化铝(CF-PAC)，因它在自来水处理过程中不可避免地将会引入铝离子，给水体带来二次污染。自来水中的残余铝进入人体后，部分随粪便排出体外，剩余部分则在血液、肌肉、骨骼等组织和器官内富集，当体内铝的富集浓度超过某一数值时，将会引起生物体病变。长期摄入铝离子会导致诸如大脑痴呆、骨质疏松等多种疾病，危害人体健康。

因此，为了克服传统絮凝剂的一些缺点，很有必要成功研制出一种絮凝效果显著、絮凝速度快，处理后出水中铝离子含量又相对较少的新型环保型絮凝剂。为此，申请人把自然界储量丰富的天然有机高分子多糖制成溶液，与聚合三氯化铝溶液及助剂A溶液复合，得到了一种成本低、效果好、出水铝离子含量较少的复合絮凝剂。

聚合三氯化铝、天然高分子多糖和助剂A三组分之间互相复合不但产生合成互补效应，而且产生协同效应，其复合絮凝机理如下：

1、聚合三氯化铝主要起电中和作用，助剂A主要起吸附作用，而天然高分子多糖主要起吸附桥连作用，它可将细小的絮粒凝结在一起形成更大更致密的絮体，从而使其沉降速度和吸附效率大大提高；

2、天然高分子多糖与助剂A复合有助于胶体脱稳，聚沉速度加快。因为有机的阳离子型天然高分子多糖与无机的多孔矿物材料之间可形成化学架桥，中和并降低了胶体微粒的表面电荷，压缩了胶体微粒的双电层，使胶体微粒凝聚脱稳，更易絮凝沉降；

3、天然高分子多糖的螯合作用对铝离子含量的降低具有独特的作用，因天然高分子多糖分子中含有大量游离-NH₂，而且-NH₂邻位是-OH，可借氢键形成具有类似网状结构的笼形分子，从而对金属离子有着稳定的配位作用。另外，在天然高分子多糖线性分子链上含有多个羟基(-OH)和氨基(-NH₂)，这些含有剩余电子对的-OH和-NH₂可将电子提供给含有空d轨道的金属离子Mⁿ⁺(一般为非碱或非碱土金属离子)螯合成稳定的内络盐，使之可去除水中诸如Al³⁺、Zn²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺等多种有害金属离子。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服传统自来水絮凝剂的缺点，提供一种高效环保型自来水絮凝剂。该絮凝剂对长江原水的浊度去除率能够达到98.09％，成本要比传统聚铝类絮凝剂低，其出水浊度和铝离子含量分别下降8.18％和57.5％，同时药剂成本降低7.86％。

本发明的另一目的是提供上述环保型自来水絮凝剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种环保型自来水絮凝剂，该絮凝剂是聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液和助剂A溶液配合使用絮凝剂；其中，所述的聚合三氯化铝溶液(即CF-PAC溶液)是质量百分比为01％-1％溶液，所述的天然高分子多糖溶液是天然高分子多糖质量百分含量0.2％-2％的稀酸溶液，所述的助剂A溶液是将氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、蒙脱石和水按质量比为：1∶1∶1∶5∶92比例复配制成的溶液。

本发明的环保型自来水絮凝剂中，聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液、助剂A溶液三者配合使用体积比为0.5-5∶3-10∶5-10。

本发明中聚合氯化铝溶液的配制：在1000mL蒸馏水中加入1-10g的聚合三氯化铝(CF-PAC)，在常温下混合均匀。

所述的天然高分子多糖溶液的组成，按质量百分含量计：

天然高分子多糖 0.2-2％；

稀酸 98-99.8％；

所述的稀酸为甲酸、乙酸，乙二酸、丙酸、盐酸中的一种或几种，其稀酸的质量分数为1％-5％。

本发明的技术方案中，所述的天然高分子多糖是从红龙虾壳中提取的一种胶质状高分子几丁聚糖，分子量为30-50万、粘度为10-50mPa·S。国内各大化工市场均可购得。

天然高分子多糖溶液的生产工艺过程为：将天然高分子多糖与稀酸按化学计算量混合均匀，使最终高分子几丁聚糖溶液浓度在0.2wt％-2wt％之间，反应温度控制在15-30℃之间，搅拌反应时间3-5小时，所述的稀酸为甲酸、乙酸，乙二酸、丙酸、盐酸中的一种或几种，其稀酸的质量分数为1％-5％。

本发明的环保型自来水絮凝剂的应用方法，取长江原水，在搅拌下依次加入聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液和助剂A溶液，聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液、助剂A溶液与长江原水体积比为0.5-5∶3-10∶5-10∶1000，充分搅拌后，静置20min以上，得到清澈透明的水，经测其浊度在3NTU以下，达到国家GB5749-85标准，经过过滤后达到浊度1NTU以下的自来水。

本发明的环保型自来水絮凝剂的应用工艺流程为：在250mL烧杯中加入200mL长江原水，在250r/min的搅拌速度下依次加入所述的聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液、助剂A溶液，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min得到清澈透明的水，经测其浊度在3NTU以下，达到国家GB5749-85标准。经过过滤后能达到浊度为1NTU以下的自来水。应用本发明的环保型自来水絮凝剂处理长江原水时，所述的聚合氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液、助剂A溶液与长江原水体积比为0.5-5∶3-10∶5-10∶1000。

本发明的环保型自来水絮凝剂的优点是：

1、本发明的环保型自来水絮凝剂，由于加入的CF-PAC的量只有传统絮凝剂的一半，加上另外两种成分的吸附作用，使得自来水出水中铝离子的含量比传统絮凝剂减少了57.5％，从而大大优化了出水指标；

2、本发明的环保型自来水絮凝剂，絮凝颗粒大，沉降速度快，对原水浊度的去除率达到98.09％，略高于传统絮凝剂，原水浊度在70-100NTU之间一次处理就能达到国家标准3NTU以内。

3、本发明的环保型自来水絮凝剂，其原料来源广泛，价格便宜，处理自来水用量少，药品成本低，使用本发明的自来水絮凝剂对长江原水的浊度去除率能够达到98.09％，处理自来水的药剂成本为0.0129元/吨原水，而目前武汉市自来水处理厂的最低药剂成本为0.014元/吨原水。与传统聚铝类絮凝剂相比，其出水浊度和铝离子含量分别下降8.18％和57.5％，同时药剂成本降低7.86％，可见该自来水絮凝剂性价比优势明显，而且该絮凝剂不含有对人体有害的成分，能够得到普遍推广。

4、本发明的环保型自来水絮凝剂，对自来水的絮凝效果显著，性能优良，质量稳定。

具体实施方式

实施例1

首先称取99.6g质量浓度为2％的甲酸，加入反应器，在不断搅拌的情况下，加入0.4g天然高分子多糖，在15℃下搅拌3.5小时，配成天然高分子多糖质量含量0.4％的稀酸溶液；

然后在1000mL蒸馏水中加入2g的聚合三氯化铝(CF-PAC)，在常温下混合均匀，配成质量含量0.2％的聚合三氯化铝溶液；

助剂A溶液按质量比为氢氧化钠∶碳酸氢钠∶氯化铝∶蒙脱石∶水＝1∶1∶1∶5∶92的比例混合均匀后制得；

取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为70NTU，在250r/min的搅拌速度下依次加入以上配置的聚合氯化铝溶液0.4mL、天然高分子多糖溶液0.8mL、助剂A溶液1mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min。取其上清液测得其浊度＜3NTU，其中重要金属含量均达到国家GB5749-85标准。

实施例2

首先称取99.2g质量浓度为3％的甲酸，加入反应器，在不断搅拌的情况下，加入0.8g天然高分子多糖，在20℃下搅拌4.0小时，配成天然高分子多糖质量含量0.8％的稀酸溶液；

然后在1000mL蒸馏水中加入4g的聚合三氯化铝(CF-PAC)，在常温下混合均匀，配成质量含量0.4％的聚合三氯化铝溶液；

助剂A溶液按实施例1相同的方法制得；

取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为80NTU，在250r/min的搅拌速度下依次加入以上配置聚合氯化铝溶液0.5mL、天然高分子多糖溶液1.2mL、助剂A溶液1.2mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min。取其上清液测得其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。

实施例3

首先称取98.8g质量浓度为4％的甲酸，加入反应器，在不断搅拌的情况下，加入1.2g天然高分子多糖，在25℃下搅拌4.5小时，配成天然高分子多糖质量含量1.2％的稀酸溶液；

然后在1000mL蒸馏水中加入6g的聚合三氯化铝(CF-PAC)，在常温下混合均匀，配成质量含量0.6％的聚合三氯化铝溶液；

助剂A溶液按实施例1相同的方法制得；

取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为90NTU，在250r/min的搅拌速度下依次加入以上配置聚合氯化铝溶液0.6mL、天然高分子多糖溶液1.6mL、助剂A溶液1.4mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min。取其上清液测得其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。

实施例4

首先称取98.4g质量浓度为5％的甲酸，加入反应器，在不断搅拌的情况下，加入1.6g天然高分子多糖，在30℃下搅拌5.0小时，配成天然高分子多糖质量含量1.6％的稀酸溶液；

然后在1000mL蒸馏水中加入8g的聚合三氯化铝(CF-PAC)，在常温下混合均匀，配成质量含量0.8％的聚合三氯化铝溶液；

助剂A溶液按实施例1相同的方法制得；

取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为100NTU，在250r/min的搅拌速度下依次加入以上配置聚合氯化铝溶液0.7mL、天然高分子多糖溶液2.0mL、助剂A溶液1.6mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min。取其上清液测得其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。

Claims

1.一种环保型自来水絮凝剂，其特征在于：该絮凝剂是聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液和助剂A溶液配合使用絮凝剂；其中，所述的聚合三氯化铝溶液的配制：在1000mL蒸馏水中加入1-10g的聚合三氯化铝，在常温下混合均匀，所述的天然高分子多糖溶液是天然高分子多糖质量百分含量0.2％-2％的稀酸溶液，所述的助剂A溶液是将氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、蒙脱石和水按质量比为：1∶1∶1∶5∶92比例复配制成的溶液。

2.根据权利要求1所述的环保型自来水絮凝剂，其特征在于：聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液、助剂A溶液三者配合使用体积比为0.5-5∶3-10∶5-10。

3.根据权利要求1所述的环保型自来水絮凝剂，其特征在于：所述的天然高分子多糖溶液的组成，按质量百分含量计：

天然高分子多糖 0.2-2％

稀酸 98-99.8％

4.根据权利要求3所述的环保型自来水絮凝剂，其特征在于：所述的天然高分子多糖是从红龙虾壳中提取的一种胶质状高分子几丁聚糖，分子量为30-50万、粘度为10-50mPa·S。

5.根据权利要求3所述的环保型自来水絮凝剂，其特征在于，所述的天然高分子多糖溶液的生产工艺过程为：将天然高分子多糖与稀酸按化学计算量混合均匀，使最终高分子几丁聚糖溶液浓度在0.2wt％-2wt％之间，反应温度控制在15-30℃之间，搅拌反应时间3-5小时，其中，所述的稀酸为甲酸、乙酸，乙二酸、丙酸、盐酸中的一种或几种，其稀酸的质量分数为1％-5％。

6.权利要求1所述的环保型自来水絮凝剂的应用方法，其特征是：取长江原水，在搅拌下依次加入聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液和助剂A溶液，聚合三氯化铝溶液、天然高分子多糖溶液、助剂A溶液与长江原水体积比为0.5-5∶3-10∶5-10∶1000，充分搅拌后，静置20min以上，得到清澈透明的水，经测其浊度在3NTU以下，达到国家GB5749-85标准，经过过滤后达到浊度1NTU以下的自来水。