CN102491475A

CN102491475A - 一种废水处理絮凝剂及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN102491475A
Application number: CN2011104075978A
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

本发明涉及废水的治理技术，具体为一种聚二甲基二烯丙基氯化铵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聚二甲基二烯丙基氯化铵和助剂复配，对废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聚二甲基二烯丙基氯化铵为辅助成分。经过本复配絮凝剂处理后的废水中浊度去除率可高达90％以上。此方法对工业中其他阴离子为主的废水也具有很好的推广应用价值。

Description

一种废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、特别是用于低温高浊度废水应用的絮凝剂，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，水污染以及水资源短缺问题越来越成为制约经济发展的重要因素。节约水资源，提高水的利用率，减轻和消除污水对人类和环境造成的危害，必须加强污水的净化处理研究。在水处理工艺中，混凝沉淀是应用最普遍的关键技术环节之一，它决定着后续流程的运行工况、最终出水水质和运行成本，因而成为环境工程领域中重要的研究内容之一。混凝处理效果的好坏取决于混凝剂的品质，研制开发新型、高效、无毒、廉价的无机高分子混凝剂是当前国内外水处理界广泛关注的重要课题之一。

目前，在水处理领域中广泛应用的混凝剂主要有无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂两类，无机絮凝剂是在传统的铝盐、铁盐絮凝剂基础上发展起来的一类新型水处理药剂，传统铝、铁盐类絮凝剂使用历史悠久，60年代后期逐渐被迅速发展起来的无机高分子絮凝剂所替代，后者比前者有更好的絮凝效果而相应价格较低。然而，随着工厂排放的废水种类和数量越来越多，水质越来越复杂，单纯的铝盐及铁盐类无机高分子絮凝剂已不能满足废水处理过程中提出的越来越高的要求。所以，研制更加高效无毒的无机高分子絮凝剂成为水处理领域的主要任务之一。

目前在国内外给水及废水混凝处理中，聚硅酸铁铝混凝剂、聚铁铝硅絮凝剂、聚铝铁硅絮凝剂等研究成为现在发展的技术重点。目前，铝、硅复合型絮凝剂主要可归为两大类：一类是硅、铝絮凝剂制备方法，实质上是由活化硅酸与传统铝盐的混合调制而成，它虽比传统铝盐凝聚剂具有更好的混凝效能，但铝的有效浓度低，稳定性相对也较差，如美国专利US Patent4923629、中国专利CN1069470A，CN1197038A等；另一类是聚合硅硫酸铝工艺，这种聚合硅硫酸铝虽具有优良的混凝效能，但其制备工艺复杂，原料品质要求严，制备成本高，如美国专利US Patent4981675、中国专利CN1042340A，CN1082006A，CN1299783A均有报道。综观上述关于聚合铝硅的制备工艺，均是采用了复合法。但这类絮凝剂仍然存在絮凝体强度较差、絮凝剂使用量较大的问题，絮凝效果也有待于进一步改善。而以聚硅酸、氯化铝和高分子有机聚合物为主要原料制备聚合有机-无机胶体絮凝剂，目前尚未见文献报道。在国外文献数据库中，目前未见相关文献报道。

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废水处理剂的生产方法，其特征在于采用水玻璃与含有聚二甲基二烯丙基氯化铵的溶液相混合，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，适宜多种废水水质的处理，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；用水稀释40％浓度的聚二甲基二烯丙基氯化铵得到1～3％浓度的聚二甲基二烯丙基氯化铵，将溶液按聚二甲基二烯丙基氯化铵占二氧化硅质量比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得到的聚二甲基二烯丙基氯化铵改性聚硅酸微凝胶絮凝剂。

在处理废水过程中，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废水中杂质间絮凝的效果，加快絮凝体沉降速度。

本发明的废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，这种三维网络通过聚二甲基二烯丙基氯化铵高分子聚合物改性后，与废水中的色素、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，本发明絮凝剂与废水中的色素、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3NTU以下，最低可达0.5NTU，而聚合氯化铝和硫酸硅铁分别仅可达10.3NTU和10.1NTU。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。用水稀释40％浓度的聚二甲基二烯丙基氯化铵，配制成1％重量百分比浓度的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液，将溶液按聚二甲基二烯丙基氯化铵占二氧化硅质量比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得到的聚二甲基二烯丙基氯化铵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。用水稀释40％浓度的聚二甲基二烯丙基氯化铵，配制成3％重量百分比浓度的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液，将溶液按聚二甲基二烯丙基氯化铵占二氧化硅质量比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得到的聚二甲基二烯丙基氯化铵改性聚硅酸微凝胶絮凝剂。

应用实施例一：

原水选用高岭土生产浊水，浊度为80-100NTU，pH为7.2，水温14℃。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聚合氯化铝和硫酸硅铁与本发明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，从以上处理结果可见，聚合铝硅絮凝剂的混凝除浊效果明显优于聚合氯化铝絮凝剂。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。

应用实施例二：

将以上实施例1，2制备的聚合铝硅絮凝剂产品用于含腐植酸的有色水的混凝除浊脱色处理，同时与聚合氯化铝絮凝剂作对比。原水色度以370nm吸光值表示，其值为0.175。pH值7.30，水温14℃，处理结果列于表2。

总的看来，本发明所制得的絮凝剂产品与聚合氯化铝和硫酸硅铁相比，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

1.一种聚二甲基二烯丙基氯化铵硅基复配絮凝剂，其特征在于：它含有硅酸盐类的材料为主体，以为聚二甲基二烯丙基氯化铵辅助成分的絮凝助剂，其中聚二甲基二烯丙基氯化铵占二氧化硅质量比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所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵硅基复配絮凝剂，其特征在于：所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵的聚合度为60～90％中聚二甲基二烯丙基氯化铵的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵硅基复配絮凝剂，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所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵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)用水稀释聚二甲基二烯丙基氯化铵，配制成1～3％重量百分比浓度的聚二甲基二烯丙基氯化铵醋酸溶液；

3)将溶液按聚二甲基二烯丙基氯化铵占二氧化硅质量比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。