CN101973616B - 一种用于微污染原水处理的复合混凝剂制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于微污染原水处理的复合混凝剂制备方法，将凹土原矿磨细成粉状过100-300目筛得凹土粉；凹土粉在350-500℃的温度下焙烧1-5h，或在微波功率300-600W下辐照5-15min，得改性凹土；改性凹土与其重量1-20wt%的无机混凝剂在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品复合混凝剂。本发明具有成本低、操作简便、适应性广、去除效率高、沉降速度快、污泥体积小、无机药剂用量少、降低无机药剂残留、化学及生物安全性等优点，是净水厂进行传统工艺强化混凝改造的新型、环保、高效混凝剂选择。
Description
技术领域
本发明涉及给水处理技术领域，具体是涉及一种用于微污染原水处理的复合混凝剂制备方法。
背景技术
由于城市化、工业化及富营养化等因素，水源污染日趋严重，同时随着生活水平的提高，饮用水质标准也在不断提高。但是我们国家大多数的自来水厂还是采用“混凝-沉淀-过滤-消毒”的常规工艺流程来进行饮用水生产，尽管其在保证饮用水水质方面起到重要作用，但它不能有效去除水源水中微量可溶性有机污染物、消毒工艺中的氯代有机物、富营养氨氮及藻类等微污染问题。改变投药方式、投药条件和采用新型混凝剂等强化混凝工艺，是目前水厂解决微污染问题最经济、最有效的手段。目前供水处理厂净化水质应用最普遍的是以聚铝、聚铁等无机高分子混凝剂为主的混凝法；缺点是生产条件难以控制、价格较贵，且残留铝的环境效应及铁盐的残余色度和腐蚀性，会对人体健康造成影响。凹凸棒石黏土（简称凹土）是一种天然晶质水合镁铝硅酸盐非金属粘土矿物，其特殊的结构和较大的比表面积，决定了其具有良好的吸附性能和胶体性质。目前研究者对凹土作为天然廉价吸附剂在水处理中的应用进行了有益的探索，但对其在微污染原水强化处理中的应用尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种用于微污染原水处理的复合混凝剂制备方法，该制备方法将传统无机混凝净水剂与改性凹凸棒石粘土复合，制备针对微污染原水强化混凝处理的复合混凝剂，发挥其协同作用，增强水处理效果。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：以凹凸棒石粘土为原料进行预处理，预处理后的凹土与1-20wt%凹土重量的无机混凝剂在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
所述的预处理是指将凹土原矿研磨、过筛、热处理或微波处理。
所述的研磨、过筛是指将凹土原矿磨细成粉状过100-300目筛。
所述的热处理是指在350-500℃的温度下焙烧1-5h。
所述的微波处理是指在微波功率300-600W下辐照5-15min。
所述的无机混凝剂是指聚铝盐、聚铁盐其中之一。
所述的聚铝盐是指聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）其中之一。
所述的聚铁盐是指聚合硫酸铁（PFS）、聚合硫酸铝铁（PAFS）其中之一。
本发明的净水剂的制备方法包括以下具体步骤：将凹土原矿磨细成粉状过100-300目筛得凹土粉；凹土粉在350-500℃的温度下焙烧1-5h，或在微波功率300-600W下辐照5-15min，得改性凹土；改性凹土与其重量1-20wt%的无机混凝剂在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品混凝剂。
本发明的净水剂在实际使用时以粉剂状态按常规方式加至被处理的微污染原水中。
本发明具有以下优点：
1、本发明的复合混凝剂处理微污染原水，主要是依据协同增效的原理强化出水效果，同时减少传统无机混凝剂的用量，节约成本。
2、本发明的复合混凝剂的净水机理主要是利用水解缩合过程中产生的高价多核配合物的压缩双电层作用和吸附电中和作用，同时凹土具有独特的单元晶体结构，因此具有很强的物理吸附作用 ，其作为助凝剂可以充当絮凝的核心，用来加快絮凝过程和增加絮凝牢固性，增大气密度，同时改善水中的浊度，从而改善混凝沉淀效果；经焙烧改性和微波改性的凹土，脱出结构水后，孔隙率增大，表面相对疏松粗糙，纤维束部分分散，比表面积增大，有利于吸附；凹土、无机高分子混凝剂和水构成憎水溶胶物系，硅铝、硅铁之间的相互作用生成了部分新型聚合物，导致各种水解聚合形态的组成结构和分布发生了变化；水解产物中铝、铁化合物和水中带负电荷的胶体颗粒电性中和，使胶体脱稳；而硅化合物则起到了吸附架桥作用，其良好的净水效果是电性中和、吸附架桥等作用的综合结果；由于硅铝、硅铁间的相互作用，不仅减少了直接生成的聚铝盐、聚铁盐的用量，而且长链对水中的悬浮物和直接水解生成的悬浮物具有较强的吸附架桥和卷扫聚集作用，从而降低浊度和残铝量，以及因铁盐引起的出水色度。
3、常规混凝主要去除的是疏水性大分子有机物，本发明的复合混凝剂对于小分子有机物也有去除效果，天然有机污染物如水生腐殖质及人工合成有机污染物均可吸附到其表面，表面负电荷增大；凹土的投加吸附了部分有机物，有助于原水中胶体颗粒外部双电层的有效压缩，以及颗粒与水解产物间的电中和，使颗粒脱稳，从而改善了混凝效果，降低了混凝剂的消耗量；由于凹土良好的吸附性能，投加改性凹土制备复合混凝剂，还能够有效地应对季节性氨氮浓度的改变，以及富营养化引起的藻类浓度的增加；可以在不增加任何构筑物的情况下达到良好的去除氨氮、藻类的效果，且可以根据原水水质随时调整凹土粉末的投加比例。
4、本发明通过对凹土原料进行热及微波改性后，与传统混凝剂聚铝、聚铁按一定比例协同复合，能针对微污染原水进行强化混凝处理，出水的总有机碳、氨氮及藻类含量均能显著降低；凹土的添加还能够显著降低出水浊度，保障良好的出水水质；在实际工程中，还能减小沉淀池的体积，并使污泥减量化。
5、凹凸棒石粘土资源丰富，价廉易得，热改性和微波改性后的凹土吸附性能明显增大，胶体性能增强，且具有化学稳定性和生物安全性。
6、本发明具有成本低、操作简便、适应性广、去除效率高、沉降速度快、污泥体积小、减少无机药剂用量、降低无机药剂残留、化学及生物安全性等优点，是净水厂进行传统工艺强化混凝改造的新型、环保、高效混凝剂选择。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
实施例1：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过300目筛得凹土粉；凹土粉在350℃的温度下焙烧5h，得改性凹土；改性凹土与其重量1wt%的无机混凝剂聚合氯化铝（PAC）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
实施例2：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过200目筛得凹土粉；凹土粉在425℃的温度下焙烧3h，得改性凹土；改性凹土与其重量10wt%的无机混凝剂聚合氯化铝铁（PAFC）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
实施例3：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过100目筛得凹土粉；凹土粉在500℃的温度下焙烧1h，得改性凹土；改性凹土与其重量20wt%的无机混凝剂聚合硫酸铁（PFS）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
实施例4：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过100目筛得凹土粉；凹土粉在500℃的温度下焙烧2h，得改性凹土；改性凹土与其重量5wt%的无机混凝剂聚合硫酸铝铁（PAFS）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
实施例5：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过300目筛得凹土粉；凹土粉在450W微波功率下辐照7.5min，得改性凹土；改性凹土与其重量10wt%的无机混凝剂聚合氯化铝（PAC）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
实施例6：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过200目筛得凹土粉；凹土粉在600W微波功率下辐照5min，得改性凹土；改性凹土与其重量5wt%的无机混凝剂聚合氯化铝铁（PAFC）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
实施例7：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过100目筛得凹土粉；凹土粉在300W微波功率下辐照10min，得改性凹土；改性凹土与其重量20wt%的无机混凝剂聚合硫酸铁（PFS）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
实施例8：依以下步骤制备混凝剂：
将凹土原矿磨细成粉状过100目筛得凹土粉；凹土粉在500W微波功率下辐照15min，得改性凹土；改性凹土与其重量1wt%的无机混凝剂聚合硫酸铝铁（PAFS）在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品。
依照实施例1-8制备的复合混凝剂用于微污染原水的混凝处理，同时与传统无机混凝剂做对比。原水水质指标为：pH 7-9，NH3-N 1.0-3.0 mg/L，TOC 3.5-5.0 mg/L，浊度10.6-12.2 NTU，色度18-22，Chla 13.6-16.2 μg/L, Mn 0.2-0.5 mg/L。实验结果见表1。
由表1可见，复合混凝剂能有效地对微污染原水进行混凝处理；相比于传统混凝剂，具有成本低、去除效率高、沉降速度快、污泥体积小、减少无机药剂用量、降低无机药剂残留、化学及生物安全性等优点。
表1 复合混凝剂与传统混凝剂对微污染原水处理效果的对比
上述具体实施方式用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。此复合混凝剂适用于微污染原水强化处理，能有效降低微污染原水水体中总有机碳、氨氮、色度、浊度、臭味、藻类、微量重金属等指标。
Claims (1)
1.一种用于微污染原水处理的复合混凝剂制备方法， 以凹凸棒石粘土为原料进行预处理，预处理后的凹土与1-20wt%凹土重量的无机混凝剂在水溶液中混合，搅拌使之均匀分散，烘干，磨细得成品；其特征在于：所述的凹土预处理是将凹土原矿磨细成粉状过100-300目筛得凹土粉；凹土粉在350-500℃的温度下焙烧1-5h，或在微波功率300-600W下辐照5-15min；所述的无机混凝剂是指聚铝盐、聚铁盐其中之一；所述的聚铝盐是指聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）其中之一；所述的聚铁盐是指聚合硫酸铁（PFS）、聚合硫酸铝铁（PAFS）其中之一。
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