CN102491474A

CN102491474A - 一种给水原水处理絮凝剂及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN102491474A
Application number: CN2011104075963A
Authority: CN
Inventors: 郑春明
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明涉及给水原水的治理技术，具体为一种壳聚糖天然复配絮凝剂及其制备方法与应用。采用廉价的含有硅酸盐类的天然物质，按一定比例与次序与壳聚糖和助剂复配，对给水原水进行有效的絮凝处理。本方法工艺简单，能耗低，絮凝出水效果稳定，成本低廉。其中，含硅酸盐类的天然材料主要为水玻璃，同时在复配中加入一定比例的天然壳聚糖为辅助成分，并加入酸性物质进行酸碱调节，经过本复配絮凝剂处理后的给水原水中浊度去除率可高达90％以上。此方法对工业中其他给水原水及废水也具有很好的推广应用价值。

Description

一种给水原水处理絮凝剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种含水絮凝剂、特别是用于低温低浊度给水原水应用的絮凝剂，本发明还涉及制备该絮凝剂的方法及该絮凝剂的应用领域。

背景技术

目前对给水原水的处理，常用的无机高分子絮凝剂如聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)在絮凝过程中各有其优点。但是用这些药剂来处理含有复杂污染物的给水原水，不仅用量大，不经济实用，而且处理效果也不好，出水的各项指标难以达标。

聚硅系列絮凝剂是一类将聚硅酸引入到高价金属离子中而制成的新型无机高分子复合絮凝剂，可看成是上述传统絮凝剂的改性品种。这类絮凝剂集合了聚合氯化铝和聚合硫酸铁的优点，不仅具有电中和作用，还具有吸附架桥作用，其絮凝性能优于单独使用聚合氯化铝和聚合硫酸铁。该类絮凝剂具有沉降速度快，产品无毒无害，处理后水中残余量低等特点，成为符合絮凝剂中的一个研究热点，能够处理含油污水、低温低浊水、印染废水、造纸废水等，目前加拿大、日本、英国等国均有生产。

目前常见的聚铝硅类絮凝剂主要有聚合氯化铝硅(Polyaluminum Silicate Chloride)和聚合硫酸铝硅(Polyaluminium Silicate Sulphate)。研究表明这类絮凝剂中反应性铝的含量较多，因此在处理水应用中具有生成的絮体密度高、沉降快、出水残留铝量低、pH适用范围广(4-11)、处理低温低浊水有特效等特点，十分适宜饮用水的处理。但这类絮凝剂也存在药剂用量大，达400mg/L，处理技术成本高，工艺也复杂，不便于操作的特点。

针对以上优缺点，为了提高絮凝剂的稳定性和处理效果，降低经生化处理后出水质量，制备一种新型絮凝剂，使之在使用剂量小，单一操作环节下就能将出水的絮凝效果达到国家使用标准的要求。

发明内容

为实现本发明所提供的技术方案是：

一种由多种无机物混合而成的给水原水处理剂的生产方法，其特征在于采用水玻璃与含有壳聚糖的硫酸溶液相混合，聚合为阴离子有机-无机胶体絮凝剂，混合为具有各种官能团的集合体，对多种污染物絮凝聚集。

本方法采用具有各种官能团的集合体，对多种污染物絮凝聚集，适宜多种原水水质的处理，其处理污染物范围广，效果好，生产原料来源广，成本低，性能稳定，不产生任何环境污染，有较好的经济和社会效益。

其中所述的阴离子无机胶体絮凝剂为改性聚硅酸微凝胶絮凝剂：其制备方法为：在高速搅拌条件下，将模数为3.2、二氧化硅浓度为5～15％的水玻璃用10～30％重量百分比浓度的稀硫酸酸化至溶液pH为9～11，制备成聚硅酸微凝胶；用1～3％浓度的醋酸溶解脱乙酰度为85～95％的壳聚糖，配制成1～3％重量百分比浓度的壳聚糖醋酸溶液，将溶液按壳聚糖占二氧化硅质量比0.2～1％加入聚硅酸微凝胶中，充分搅拌2～10min后，将溶液用水稀释至二氧化硅浓度为0.5～2％，再充分搅拌10～30min，真空干燥或自然晾干，所得固体粉末即为制备出壳聚糖改性聚硅酸微凝胶絮凝剂。

在处理给水原水过程中，原水的温度为5℃～85℃，最好是15℃～35℃。在这样的温度下，有利于加速下一步处理过程中发生的化学反应，提高阴离子无机胶体与给水原水中杂质间絮凝的效果，加快絮凝体沉降速度。

本发明的给水原水澄清方法的基本原理是改性聚硅酸微凝胶中微小的硅酸粒子可聚集成链状，并最终构成的三维立体凝胶网络，这种三维网络通过壳聚糖高分子聚合物改性后，与给水原水中的色素、蛋白质等杂质(大部分带负电荷)通过架桥和电中和作用发生反应，将其团聚在一起形成网状絮凝团结构而沉淀下来。与没有经过高分子聚合物改性、或仅以简单高价金属离子如Zn²⁺，Mg²⁺，B³⁺或Al³⁺离子改性的聚硅酸微凝胶絮凝剂相比，本发明絮凝剂与给水原水中的色素、蛋白质等杂质相互之间发生碰撞、吸附、架桥及聚集的效能更高，从而能团聚沉淀出更清澈透亮，色度更低，杂质更少的出水。

产品与PAC和PFS的混凝性能进行对比，发现本发明絮凝剂在投加量为7mg/L(以SiO₂计)时，浊度去除率已经可达90％以上；当达到各自的最佳投加量时，本发明絮凝剂处理后的出水余浊均可达1NTU以下，最低可达0.5NTU，而PAC和PFS分别仅可达1.3NTU和1.1NTU。因此，本发明与传统的硅基絮凝剂工艺相比，絮凝效果好，出水质量好，工艺流程短，工艺操作安全性高，劳动强度低。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1：

改性聚硅酸微凝胶絮凝剂按以下方法制备：

在高速搅拌条件下，将模数为3.2二氧化硅浓度为5％的水玻璃400g用10％重量百分比浓度的稀硫酸进行酸化，至pH为9，制备成聚硅酸微凝胶。用1％浓度的醋酸溶解脱乙酰度为85％的壳聚糖，配制成1％重量百分比浓度的壳聚糖醋酸溶液，将溶液按壳聚糖占二氧化硅质量比0.2％加入聚硅酸微凝胶中，充分搅拌2min后，将溶液用水稀释至二氧化硅浓度为0.5％，再充分搅拌10min，真空干燥或自然晾干，所得固体粉末即为制备出壳聚糖改性聚硅酸微凝胶絮凝剂。

实施例2：

改性聚硅酸微凝胶絮凝剂按以下方法制备：

在高速搅拌条件下，将模数为3.2二氧化硅浓度为15％的水玻璃400g用30％重量百分比浓度的稀硫酸进行酸化，至pH为10，制备成聚硅酸微凝胶。用3％浓度的醋酸溶解脱乙酰度为95％的壳聚糖，配制成3％重量百分比浓度的壳聚糖醋酸溶液，将溶液按壳聚糖占二氧化硅质量比1％加入聚硅酸微凝胶中，充分搅拌10min后，将溶液用水稀释至二氧化硅浓度为2％，再充分搅拌30min，真空干燥或自然晾干，所得固体粉末即为制备出壳聚糖改性聚硅酸微凝胶絮凝剂。

应用实施例：

原水选用湖水，实验期间正处于夏季，藻类大量繁殖，浊度为18～21NTU，属于较难处理的原水。设定六联混凝搅拌仪程序为：500rpm，0.5min；300rpm，2min；200rpm，2min；100rpm，2min；60rpm，10min。当转速达到500rpm，同步加药，搅拌结束后静置沉淀10分钟。取上清液，测定其浊度。

取自来水厂常用的药剂PAC和聚铝铁PFS与本发明中实施例产品作混凝性能对比。

1、投加量对混凝效果的影响，如表1所示。

从表1结果可看出，本发明实施例制备的絮凝剂产品的平均去浊率可达到95％，随着投加量的增大，除浊率比较稳定。熟化时间对絮凝剂的混凝性能也具有较大的影响，结果显示，常温下熟化的产品，其混凝性能更佳，且省去了加温熟化所耗的能量，适合工业化生产的需要。

2、原水温度对混凝效果的影响(原水浊度20.4NTU，投加量为7mg/L，以SiO₂计算)如表2所示。

由表2结果可看出，PAC与聚铝铁的最佳温度在15-23℃间，而本发明絮凝剂尤其是实施例2，在低温和常温条件下具有相同的絮凝效果，几乎不随温度变化，说明本发明中所制得的产品温度效应不明显，适用范围较宽。相同投加量，相同温度条件下，本发明絮凝剂的除浊率高于PAC及聚铝铁。说明本发明制备的絮凝剂在常温及低温条件下对低浊水絮凝效果很好。

3、原水pH值对混凝效果的影响(原水浊度20.8NTU，投加量为7mg/l，以SiO计算)如表3所示。

由表3可见，PAC、聚铝铁的pH值范围在6～8之间，低于6时，除浊率直线下降，高于8时也会逐渐下降。而实施例1～4制备的絮凝剂具有较宽的pH值范围，低于3时，酸性条件下去除率降低得比PAC，聚铝铁慢，大于3时，去浊率都能保持在90％以上，即使达到10时，絮凝效果仍然很好，尤其是实施例2所制备絮凝剂。可见，本发明制备出来的絮凝剂适用pH值范围非常宽，3-10都可以。相同投加量相同pH值条件下，絮凝剂的絮凝效果比PAC，聚铝铁好。

总的看来，本发明所制得的絮凝剂产品与PAC和聚铝铁相比，在处理低温低浊度水上具有明显的优势，且适应的pH值范围很广。

Claims

1.一种壳聚糖硅基复配絮凝剂，其特征在于：它含有硅酸盐类的材料为主体，以天然壳聚糖为辅助成分，以酸性物质为絮凝助剂，其中壳聚糖占二氧化硅质量比0.2～1％，酸性物质占二氧化硅质量比5～50％。

2.根据权利要求1所述的壳聚糖硅基复配絮凝剂，其特征在于：所述的天然壳聚糖的聚合度为60～90％中壳聚糖的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的壳聚糖硅基复配絮凝剂，其特征在于：所述的作为絮凝助剂的酸性物质是硫酸。

4.按照权利要求1所述的壳聚糖硅基复配絮凝剂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：

1)在高速搅拌条件下，将模数为3.2、二氧化硅浓度为5～15％的水玻璃用10～30％重量百分比浓度的稀硫酸酸化至溶液pH为9～11，制备成聚硅酸微凝胶；

2)用1～3％浓度的醋酸溶解脱乙酰度为85～95％的壳聚糖，配制成1～3％重量百分比浓度的壳聚糖醋酸溶液；

3)将溶液按壳聚糖占二氧化硅质量比0.2～1％加入聚硅酸微凝胶中，充分搅拌2～10min；

4)将溶液用水稀释至二氧化硅浓度为0.5～2％，再充分搅拌10～30min；

5)真空干燥或自然晾干，所得固体粉末即得。