具体实施方式
本发明提供了一种絮凝剂组合物,包括:
1wt%~10wt%的高铁酸盐;
20wt%~50wt%的聚合氯化铝钙;
10wt%~40wt%的含铝化合物和/或含钙化合物;
5wt%~25wt%的氯化铁;
1wt%~20wt%的聚丙烯酰胺。
本发明提供的絮凝剂组合物兼具无机絮凝剂和有机絮凝剂的优点,用于废水处理时絮凝效果好、絮凝速度快、耗药量少、使用范围广,能有效降低废水的浊度、COD含量和总磷含量,而且具备杀菌、除藻功能,可用于处理各种工业废水、生活废水、重金属污染废水等。
本发明提供的絮凝剂组合物以聚合氯化铝钙为主要成份,聚合氯化铝钙为无机高分子絮凝剂,具有良好的絮凝效果。在本发明中,所述聚合氯化铝钙在所述絮凝剂组合物中的含量为20wt%~50wt%,优选为25wt%~45wt%,更优选为30wt%~40wt%。本发明对所述聚合氯化铝钙的来源没有特殊限制,可以为从市场上购买得到,也可以按照以下方法制备:
将硫酸铝和碳酸钙加热反应,得到中间产物;
将所述中间产物溶于浓盐酸中反应,蒸干后得到聚合氯化铝钙。
本发明以氧化铝和碳酸钙为原料制备聚合氯化铝钙,首先将氧化铝和碳酸钙混合,然后将得到的混合物加热,氧化铝与碳酸钙发生反应,得到中间产物。在本发明中,所述氧化铝和碳酸钙的质量比优选为(50~150)∶(3~110),更优选为(70~130)∶(10~100),最优选为(80~100)∶(30~80)。本发明优选将氧化铝和碳酸钙的混合物加热至700℃~1200℃,更优选加热至800℃~1100℃,最优选加热至900℃~1000℃;所述氧化铝和碳酸钙进行反应的时间优选为2h~5h,更优选为3h~4h。
得到中间产物后,将所述中间产物溶解于浓盐酸中,所述中间产物与所述浓盐酸发生反应,生成聚合氯化铝钙。在本发明中,所述浓盐酸优选为质量浓度为60%以上的浓盐酸,更优选为质量浓度为70%以上的浓盐酸,最优选为质量浓度为75%以上的浓盐酸。所述浓盐酸的体积与所述氧化铝的质量比优选为100mL~500mL∶50g~150g,更优选为150mL~450mL∶70g~130g,最优选为200mL~400mL∶80g~100g;所述中间产物与所述浓盐酸发生反应的时间优选为1h~3h,更优选为1.5h~2.5h。
本发明提供的絮凝剂组合物中包括高铁酸盐,所述高铁酸盐能够明显促进所述聚合氯化铝钙的絮凝效果,减少聚合氯化铝钙的使用量,降低水处理成本。另外,高铁酸盐具有优于臭氧和氯气的氧化能力,可以灭菌、除藻,具有潜在的抑制水体藻类爆发的作用。在本发明中,所述高铁酸盐优选为高铁酸钠或高铁酸钾,更优选为高铁酸钠。所述高铁酸盐在所述絮凝剂组合物中的含量为1wt%~10wt%,优选为3wt%~7wt%,更优选为4wt%~5wt%。
本发明对所述高铁酸盐的来源没有特殊限制,可以为从市场上购买得到,也可以按照以下方法制备:
将过氧化盐和水合硫酸亚铁加热反应,将得到的反应产物结晶后得到高铁酸盐。
首先将过氧化盐和水合硫酸亚铁在密闭、干燥的环境中混合,加热得到的混合物使过氧化盐和水合硫酸亚铁发生反应,得到含有高铁酸盐的混合物。
在本发明中,所述过氧化盐优选为过氧化钠或过氧化钾;所述水合硫酸亚铁优选为七水合硫酸亚铁。所述过氧化盐与所述水合硫酸亚铁的质量比优选为(0.5~8.5)∶(1~25),更优选为(1~8)∶(5~20),最优选为(3~5)∶(10~15)。
将过氧化盐和水合硫酸亚铁混合后,优选将得到的混合物加热至500℃~900℃,更优选为600℃~800℃,最优选为650℃~750℃,优选反应0.5h~2h,更优选反应1h~1.5h,得到含有高铁酸盐的混合物。
将所述含有高铁酸盐的混合物结晶,得到高铁酸盐,本发明对所述结晶方法没有特殊限制,优选按照以下方法结晶:
将所述含有高铁酸盐的混合物溶于第一氢氧化物溶液中,过滤后,向得到的滤液中加入第二氢氧化物固体至析出高铁酸盐,将析出物过滤、洗涤、真空干燥后得到高铁酸盐。
在所述结晶过程中,所述第一氢氧化物为氢氧化钠,所述第二氢氧化物为氢氧化钾;或者所述第一氢氧化物为氢氧化钾,所述第二氢氧化物为氢氧化钠。所述第一氢氧化物的浓度优选为1mol/L~5mol/L,更优选为2mol/L~4mol/L,最优选为2.5mol/L~3.5mol/L。
本发明提供的絮凝剂组合物还包括含铝化合物和/或含钙化合物,优选包括含铝化合物和含钙化合物。所述含铝化合物和/或含钙化合物在所述絮凝剂组合物中的含量为10wt%~40wt%,优选为15wt%~35wt%,更优选为20wt%~30wt%。当所述絮凝剂组合物包括含铝化合物和含钙化合物时,所述含铝化合物的含量优选为5wt%~35wt%,更优选为10wt%~30wt%,最优选为15wt%~25wt%;所述含钙化合物的含量优选为5wt%~35wt%,更优选为10wt%~30wt%,最优选为15wt%~25wt%。
在本发明中,所述含铝化合物优选为铝盐,更优选为硫酸铝和/或硫酸铝钾。所述含铝化合物作为无机絮凝剂,能够提高所述絮凝剂组合物的絮凝效果。当所述含铝化合物为硫酸铝和硫酸铝钾时,所述硫酸铝的含量优选为5wt%~30wt%,更优选为10wt%~20wt%;所述硫酸铝钾的含量优选为5wt%~30wt%,更优选为10wt%~20wt%。
在本发明中,所述含钙化合物优选为氢氧化钙和/或氧化钙,所述含钙化合物能够提高所述絮凝剂组合物的絮凝效果。当所述含钙化合物为氢氧化钙和氧化钙时,所述氢氧化钙的含量优选为5wt%~30wt%,更优选为10wt%~20wt%;所述氧化钙的含量优选为5wt%~30wt%,更优选为10wt%~20wt%。
所述絮凝剂组合物还包括氯化铁,所述氯化铁能够产生胶体沉淀,从而强化所述絮凝剂组合物的絮凝效果。在本发明中,所述氯化铁在所述絮凝剂组合物中的含量为5wt%~25wt%,优选为10wt%~20wt%,更优选为12wt%~18wt%。
所述絮凝剂组合物还包括聚丙烯酰胺,所述聚丙烯酰胺具有用量少、澄清水质能力强、絮凝速度快、不易受水的pH值影响、生成的污泥量少等优点,增加了所述絮凝剂组合物的絮凝效果。在本发明中,所述聚丙烯酰胺在所述絮凝剂组合物中的含量为1wt%~20wt%,优选为5wt%~15wt%,更优选为7wt%~13wt%。本发明中聚丙烯酰胺含量少,在水中的残留少,对水体生物链的毒害作用小。
本发明对所述絮凝剂组合物的制备方法没有特殊限制,将高铁酸盐、聚合氯化铝钙、含铝化合物和/或含钙化合物、氯化铁和聚丙烯酰胺按照本领域技术人员熟知的方法混合均匀即可。
得到絮凝剂组合物后,将所述絮凝剂组合物用于污水处理:将其用于COD为300mg/L~400mg/L的生活污水中时,用量为0.6g/L即可达到良好的处理效果,浊度去除率可达93%以上,总磷去除率可达90%以上,COD的去除率可达31%以上;将其用于COD为5000mg/L~6000mg/L的屠宰废水中时,用量为1.0g/L即可达到良好的处理效果,浊度去除率可达96%以上,总磷去除率87%,COD的去除率可达36%,效果优于目前常用的聚合氯化铝(PAC)。
本发明提供的絮凝剂组合物中添加了高铁酸盐,不仅能够促进絮凝效果、降低絮凝成本,而且使得絮凝剂具有杀菌、除藻功能,能够抑制水体藻类爆发。本发明提供的絮凝剂组合物主要以铁、铝、钙为主要成份,降低了絮凝剂中铝的含量,降低了铝在出水中的残留量。本发明添加了少量聚丙烯酰胺,提高絮凝效果的同时,减少了聚丙烯酰胺在出水中的残留,减少了对水体生物链的毒害作用。本发明提供的絮凝剂组合物兼有无机絮凝剂和有机絮凝剂的优点,用于废水处理时耗药量少、絮凝效果好、絮凝速度快。另外,本发明提供的絮凝剂组合物原料来源广泛、生产工艺简单、成本较低而且对环境没有危害,可用于生活污水、工业污水、城市污水以及污泥的絮凝处理。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的絮凝剂组合物进行详细描述。
实施例1
将8g过氧化钠和20g七水合硫酸亚铁在密闭、干燥的环境中混合,将得到的混合物加热至800℃反应2h,得到含有高铁酸钠的粉末;将所述高铁酸钠粉末用4mol/L的氢氧化钠溶解,过滤后,向得到滤液中加入氢氧化钾固体饱和至析出晶体,将所述晶体过滤、洗涤、真空干燥,得到高铁酸钠。
实施例2
将100g氧化铝和100g碳酸钙混合,将得到的混合物加热至1000℃反应5h,得到中间产物;将所述中间产物溶于300mL浓盐酸中,反应3h,蒸干后得到固态聚合氯化铝钙。
实施例3
将50g实施例1制备的高铁酸钠、350g实施例2制备的聚合氯化铝钙、100g硫酸铝、100g硫酸铝钾、50g氢氧化钙、50g氧化钙、200g氯化铁和100g聚丙烯酰胺混合,搅拌均匀后得到絮凝剂组合物。
采集安徽师范大学生活区的污水,分别向所述污水中加入所述絮凝剂组合物,加入量分别为0.2g/L、0.4g/L和0.6g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量污水处理前后的浊度变化情况,结果参见表1,表1为本发明实施例3提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果。
表1本发明实施例3提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果
由表1可知,本发明实施例3提供的絮凝剂组合物对COD为300mg/L~400mg/L的生活污水中浊度和总磷的去除率较好,浊度去除率可达93%以上,总磷去除率可达90%以上;当絮凝剂使用量为0.6g/L时,对COD的去除率可达31%。由此可知,本发明提供的絮凝剂对生活污水具有较好的处理效果。
采集屠宰场的屠宰废水,分别向所述废水中加入所述絮凝剂组合物,加入量分别为0.4g/L、0.8g/L和1.0g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量废水处理前后的浊度变化情况,结果参见表2,表2为本发明实施例3提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果。
表2本发明实施例3提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果
由表2可知,本发明实施例3提供的絮凝剂组合物对COD为5000mg/L~6000mg/L的屠宰废水中浊度和总磷的去除率较好,浊度去除率可达96%以上,总磷去除率可达70%以上,最高可达87%;当絮凝剂使用量为1.0g/L时,对COD的去除率可达36%。由此可知,本发明提供的絮凝剂对屠宰废水具有较好的处理效果。
在进行絮凝过程中,废水中产生的矾花呈较大粒状,其沉降速度较快。
实施例4
将50g实施例1制备的高铁酸钠、400g实施例2制备的聚合氯化铝钙、100g硫酸铝、100g硫酸铝钾、50g氢氧化钙、50g氧化钙、150g氯化铁和100g聚丙烯酰胺混合,搅拌均匀后得到絮凝剂组合物。
采集安徽师范大学生活区的污水,分别向所述污水中加入所述絮凝剂组合物,加入量分别为0.2g/L、0.4g/L和0.6g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量污水处理前后的浊度变化情况,结果参见表3,表3为本发明实施例4提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果。
表3本发明实施例4提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果
由表3可知,本发明实施例4提供的絮凝剂组合物对COD为300mg/L~400mg/L的生活污水中浊度和总磷的去除率较好,浊度去除率可达80%以上,最高可达92%;总磷去除率可达50%以上,最高可达81%;当絮凝剂使用量为0.6g/L时,对COD的去除率可达25%。由此可知,本发明提供的絮凝剂对生活污水具有较好的处理效果。
采集屠宰场的屠宰废水,分别向所述废水中加入所述絮凝剂组合物,加入量分别为0.4g/L、0.8g/L和1.0g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量废水处理前后的浊度变化情况,结果参见表4,表4为本发明实施例4提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果。
表4本发明实施例4提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果
由表4可知,本发明实施例4提供的絮凝剂组合物对COD为5000mg/L~6000mg/L的屠宰废水中浊度和总磷的去除率较好,浊度去除率可达86%以上,最高可达94.8%;总磷去除率可达50%以上,最高可达68%;当絮凝剂使用量为1.0g/L时,对COD的去除率可达34%。由此可知,本发明提供的絮凝剂对屠宰废水具有较好的处理效果。
在进行絮凝过程中,废水中产生的矾花呈较大粒状,其沉降速度较快。
实施例5
将50g实施例1制备的高铁酸钠、550g实施例2制备的聚合氯化铝钙、50g硫酸铝钾、100g氧化钙、200g氯化铁和50g聚丙烯酰胺混合,搅拌均匀后得到絮凝剂组合物。
采集安徽师范大学生活区的污水,向所述污水中加入所述絮凝剂组合物,加入量为0.6g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量污水处理前后的浊度变化情况,结果参见表5,表5为本发明实施例5提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果。
表5本发明实施例5提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果
由表5可知,本发明实施例5提供的絮凝剂组合物对COD为300mg/L~400mg/L的生活污水中浊度、COD和总磷的去除率较好,浊度去除率可达93.5%;总磷去除率可达81%;COD去除率可达74%。由此可知,本发明提供的絮凝剂对生活污水具有较好的处理效果。
采集屠宰场的屠宰废水,向所述废水中加入所述絮凝剂组合物,加入量为1.0g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量废水处理前后的浊度变化情况,结果参见表6,表6为本发明实施例5提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果。
表6本发明实施例5提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果
由表6可知,本发明实施例5提供的絮凝剂组合物对COD为5000mg/L~6000mg/L的屠宰废水中浊度和总磷的去除率较好,浊度去除率可达91%;总磷去除率可达80%;COD去除率为27%。由此可知,本发明提供的絮凝剂对屠宰废水具有较好的处理效果。
在进行絮凝过程中,废水中产生的矾花呈较大粒状,其沉降速度较快。
实施例6
将50g实施例1制备的高铁酸钠、500g实施例2制备的聚合氯化铝钙、50g硫酸铝、50g硫酸铝钾、50g氢氧化钙、50g氧化钙、150g氯化铁和100g聚丙烯酰胺混合,搅拌均匀后得到絮凝剂组合物。
比较例1
将500g实施例2制备的聚合氯化铝钙、50g硫酸铝、100g硫酸铝钾、50g氢氧化钙、50g氧化钙、150g氯化铁和100g聚丙烯酰胺混合,搅拌均匀后得到絮凝剂组合物。
采集安徽师范大学生活区的污水,分别向所述污水中加入实施例6和比较例1制备的絮凝剂组合物,加入量为0.6g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量污水处理前后的浊度变化情况,结果参见表7,表7为本发明实施例6及比较例1提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果。
表7本发明实施例6及比较例1提供的絮凝剂组合物对生活污水的处理效果
由表7可知,与未添加高铁酸钠的絮凝剂相比,添加了高铁酸钠的絮凝剂对生活污水的絮凝效果较好,其对浊度的去除率提高了15.3%,对总磷的去除率提高了14.8%,对COD的去除率提高了3%,说明高铁酸钠具有明显的助凝效果。
采集屠宰场的屠宰废水,分别向所述污水中加入实施例6和比较例1制备的絮凝剂组合物,加入量为1.0g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量废水处理前后的浊度变化情况,结果参见表8,表8为本发明实施例6及比较例1提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果。
表8本发明实施例6及比较例提供的絮凝剂组合物对屠宰废水的处理效果
由表8可知,与未添加高铁酸钠的絮凝剂相比,添加了高铁酸钠的絮凝剂对生活污水的絮凝效果较好,其对浊度的去除率提高了3.2%,对总磷的去除率提高了3.7%,对COD的去除率提高了1.3%,说明高铁酸钠具有明显的助凝效果。
实施例7
将50g实施例1制备的高铁酸钠、450g实施例2制备的聚合氯化铝钙、50g硫酸铝、100g硫酸铝钾、50g氢氧化钙、50g氧化钙、150g氯化铁和100g聚丙烯酰胺混合,搅拌均匀后得到絮凝剂组合物。
比较例2
以河南省华泉自来水材料总厂生产的聚合氯化铝为絮凝剂。
采集安徽师范大学生活区的污水,分别向所述污水中加入实施例7和比较例2提供的絮凝剂,加入量为0.6g/L,将得到的混合物在六联搅拌器上依次以300r/min的速度搅拌30s,100r/min搅拌1min,60r/min搅拌5min后,静置30min,过滤。
分别测量污水处理前后的浊度变化情况,结果参见表9,表9为本发明实施例7及比较例2提供的絮凝剂对生活污水的处理效果。
表9本发明实施例7及比较例2提供的絮凝剂对生活污水的处理效果
由表9可知,与聚合氯化铝相比,本发明提供的絮凝剂对生活污水中浊度的去除率和COD的去除率具有明显提高,总磷的去除率略逊于聚合氯化铝,但是相差不大,说明本发明提供的絮凝剂具有更好的水处理效果。
另外,在水处理过程中,本发明实施例7提供的絮凝剂产生的矾花较细,而且沉降速度快;比较例2提供的絮凝剂产生的矾花为块状,沉降速度较慢。处理完毕后,肉眼观察处理后的污水,经过实施例7提供的絮凝剂处理后的污水比比较例2提供的絮凝剂处理后的污水明亮、清澈。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。