CN102515322B

CN102515322B - 一种强化低温低浊度水处理的复合混凝剂制备方法

Info

Publication number: CN102515322B
Application number: CN 201110387085
Authority: CN
Inventors: 杨艳玲; 周志伟; 李星; 谢斯; 李圭白
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN102515322A

Abstract

一种强化低温低浊度水处理的复合混凝剂制备方法属水处理领域。本发明步骤：(1)称取原料；(2)将硅酸钠溶液加入无机酸中，使pH值为1.0～4.0，搅拌，静止熟化1～2小时，生成聚硅酸溶液；(3)配制铝盐溶液将Al/Si摩尔比控制在5～15范围内，然后与聚硅酸溶液进行复配，在温度60～70℃下，滴加氢氧化钠或碳酸氢钠溶液，配制聚硅铝溶液；(4)配制钾和钙的混合溶液，其中Ca/Mn摩尔比为5～10；(5)聚硅铝溶液与高锰酸钾和氯化钙的混合溶液按Al/Mn摩尔比10～20混合，搅拌，调节pH值至1.0～3.0，静止熟化24～48小时，该复合混凝剂得以制备。本发明降低污染物对后续工艺的负荷，保障供水安全、降低制水成本的目的。

Description

一种强化低温低浊度水处理的复合混凝剂制备方法

技术领域

本发明属水处理领域，特别涉及一种低温低浊饮用水源水的复合混凝剂的制备方法。

背景技术

低温低浊水的混凝技术一直是水处理界的难点之一。混凝效果直接决定了后续沉淀、过滤、消毒工艺的处理负荷和出水水质，是除污染的关键步骤。然而在低温条件下，传统混凝剂水解缓慢、脱稳颗粒运动剪切力变大而难于聚集，因而絮体的成长速度变缓；低浊又使得水中颗粒物浓度减少相互碰撞的几率降低，形成的絮体密度小、沉降慢，造成停留时间延长、沉淀池体积变大、固液分离难度提高。此外，原水中有机成分的增加进一步提高了水中胶体的稳定性，使胶体更难脱稳，混凝出水水质下降，后续工艺负荷明显加重且生成致畸、致癌、致突变消毒副产物的可能性变大，化学和生物风险提升。我国现行的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)对浊度和有毒有害有机物都做了更严格的要求。因此为保障饮用水安全，开展低温低浊水中浊度物质及有机污染物的有效混凝处理技术研究具有重要意义，而复合混凝剂的研发是前提也是关键。

目前常见的混凝药剂有无机低/高分子混凝剂、有机高分子混凝剂、微生物絮凝剂等。常规混凝剂处理低温低浊水效果并不理想，通常采用投加助凝剂的方法来减少混凝剂投加量和产生的污泥量，从而提高沉淀效率，节约制水成本。而常见助凝剂如生石灰、聚硅酸、聚丙烯酰胺、高锰酸钾等均存在一定的局限性。生石灰只是改变了原水碱度/pH值，使混凝剂在低温条件下易于水解。聚硅酸的助凝效果与反应条件，如活化剂用量、pH值、硅酸浓度、活化时间、投加方式、所选絮凝剂等密切相关，操作和制备过程相对复杂，且不易保存；同时聚硅酸分子链上的活性基团与胶体颗粒表面间的氢键相结合表现出很强的吸附架桥作用能增强浊度物质的去除，而对有机物的增强效果不明显。聚丙烯氨酰胺本身很少作为混凝剂单独使用，其吸附架桥的助凝作用很大程度上取决于其投加量和投加点，与聚硅酸具有相似的性质；此外，由于单体丙烯酰胺的剧毒性大大降低了其在饮用水中的广泛应用性。高锰酸钾由于其还原产物δ-MnO₂的吸附性能对有机物具有较好的助凝作用，且高锰酸钾能有效地氧化覆盖在胶体表面的有机涂层，提高颗粒物的去除，但助凝除浊能力有限。因此，无论是单独投加常见混凝剂，还是采用投加单一助凝剂的方式，均不可能达到高效的除浊度和除有机物的目的，且操作过程相对复杂。因此研究和开发适用于低温低浊微污染地表水源水的混凝复合剂来强化浊度和有机物的去除，对提高供水安全性、降低制水成本均具有重要意义。

发明内容：

本品为一种多元复合絮凝沉降剂，由铝盐、聚硅酸盐、高锰酸钾以及氯化钙组成。可以充分利用高价锰强氧化性破坏病毒及细菌，消毒副产物的产生远小于氯消毒所产生的消毒副产物，其氧化有机物后生成的新生态水合二氧化锰又可以对腐植酸类大分子有机物进行有效的吸附，Ca²⁺离子的加入，可以有效的链接二氧化锰与腐植酸，强化其吸附能力。水合二氧化锰还可作为凝聚核心和聚硅酸的架桥作用能够有效降低浊度，尽可能的降低污染物对后续工艺的负荷，最终达到保障供水安全、降低制水成本的目的。

一种强化低温低浊度水处理的复合混凝剂制备方法，其特征在于：

所用的原料：无机酸，为硫酸或盐酸；碱溶液，为氢氧化钠或碳酸氢钠溶液；硅酸钠溶液；铝盐溶液，为硫酸铝或氯化铝溶液；高锰酸钾；氯化钙；

其制作步骤如下：(1)称取原料；(2)将硅酸钠溶液加入无机酸中，使混合液的pH值为1.0～4.0，搅拌，静止熟化1～2小时，生成聚硅酸溶液；(3)配制铝盐溶液，将Al/Si摩尔比控制在5～15范围内，然后与步骤(2)中聚硅酸溶液进行复配，在温度60～70℃下，滴加0.5mol/L氢氧化钠或碳酸氢钠溶液，配制成碱基度为1.0～2.0，以Al计为0.10～0.15mol/L的聚硅铝溶液；(4)配制高锰酸钾和氯化钙的混合溶液，其中Ca/Mn摩尔比为5～10；(5)将步骤(3)的聚硅铝溶液与步骤(4)的高锰酸钾和氯化钙的混合溶液按Al/Mn摩尔比10～20混合，搅拌，调节pH值至1.0～3.0，静止熟化24～48小时，该复合混凝剂得以制备。

该多元复合药剂中铝盐、聚硅酸盐、高锰酸钾以及氯化钙，依次投加硅酸盐、铝盐、高锰酸钾和氯化钙的顺序发生聚合、缩聚反应，分别以铝Al、硅Si、锰Mn和钙Ca计，Al∶Si∶Mn∶Ca摩尔比为(10～20)∶(0.67～4)∶1∶(5～10)。

本发明的优点：

与现有的常规混凝剂相比，本发明具有如下优点：

(1)该药剂在强化混凝、强化过滤去除浊度、色度、藻类、嗅味、去除水中的微量有机污染物和致突变活性物质、降低卤仿前质和卤仿生成量、取代预氯化、降低混凝剂的用量方面具有优异的表现，且温度对该复合药剂的混凝效果影响较小；

(2)该复合药剂使用方法简单，易于操作，与常规混凝药剂投加方式相似；

(3)生产该复合药剂均为常规给水处理药剂，原料价格低，易得，且使用安全，无毒副作用。

具体实施方式：

本发明是在实验室进行的，以下通过实例对本发明作详细说明。

实施实例1：

(1)称水玻璃加水稀释至0.3mol/L(以SiO₂计)，搅拌1小时，并不断滴加8.45mL的2mol/L硫酸溶液使其活化，熟化1小时，然后将pH调至1.0，并稀释为摩尔浓度为0.15mol/L的活化硅酸溶液；(2)制备总铝浓度为0.1mol/L，碱基度为1.0的聚硅铝溶液，定容至1L。取400mL 60.375g/L的AlCl₃·6H₂O和133.4mL 0.15mol/L的活化硅酸溶液，按Al/Si摩尔比为5混合，将混合溶液置于60℃水浴锅中，用蠕动泵(流量0.05mL/min)向其滴加66.7mL 0.5mol/L NaOH碱溶液，定容至1L；(3)配制质量浓度为1g/L的高锰酸钾和质量浓度为5g/L的氯化钙溶液，按照Ca/Mn摩尔比为5混合；(4)将步骤(2)与步骤(3)的溶液按Al/Mn摩尔比10混合，总Al浓度控制为0.1mol/L，然后搅拌，调节pH值至1.0，静止熟化24小时，该复合剂得以制备。

以某公园湖水为原水，原水COD_Mn 8.61mg/L，浊度13.5NTU，pH值7.62，水温4℃。实验中，取水样1.0L，在快速搅拌下加入13.5mL/L该复合药剂，其中Al/Si摩尔比为5，Ca/Mn摩尔比为5，Al/Mn摩尔比为10，经混合、反应、沉淀后，取水样进行检测，沉后水COD_Mn为4.12mg/L，浊度2.15NTU，降低了后续处理工艺负荷。

实施实例2：

(1)称水玻璃加水稀释至0.3mol/L(以SiO₂计)，搅拌1小时，并不断滴加10mL的2mol/L盐酸溶液使其活化，熟化75分钟，然后将pH调至3.0，并稀释为摩尔浓度为0.15mol/L的活化硅酸溶液；(2)制备总铝浓度为0.12mol/L，碱基度为1.5的聚硅铝溶液，定容至1L。取480mL 60.375g/L的AlCl₃.6H₂O和53.3mL 0.15mol/L的活化硅酸溶液，按Al/Si摩尔比为15混合，将混合溶液置于65℃水浴锅中，用蠕动泵(流量0.05mL/min)向其滴加53.3mL 0.5mol/L NaOH碱溶液，定容至1L；(3)配制质量浓度为1g/L的高锰酸钾和质量浓度为5g/L的氯化钙溶液，按照Ca/Mn摩尔比为7.5混合；(4)将步骤(2)与步骤(3)的溶液按Al/Mn摩尔比20混合，总Al浓度控制为0.1mol/L，然后搅拌，调节pH值至2.1，静止熟化30小时，该复合剂得以制备。

以某水库水为原水，pH为7.86，水温10℃，浊度为22.0NTU，UV₂₅₄＝0.130cm^-1，高锰酸钾指数COD_Mn＝7.95mg/L，属中等浊度的微污染水源水。实验中，取水样1.0L，在快速搅拌下加入9.5mL/L该复合药剂，Al/Si摩尔比为15，Ca/Mn摩尔比为7.5，Al/Mn摩尔比为20，经混合、反应、沉淀后，取水样进行检测，沉后水COD_Mn为2.28mg/L，浊度1.15NTU，降低了后续处理工艺负荷。

实施实例3：

(1)称水玻璃加水稀释至0.3mol/L(以SiO₂计)，搅拌1小时，并不断滴加12mL的2mol/L硫酸溶液使其活化，熟化90分钟，然后将pH调至4.0，并稀释为摩尔浓度为0.15mol/L的活化硅酸溶液；(2)制备总铝浓度为0.15mol/L，碱基度为1.5的聚硅铝溶液，定容至1L。取600mL 60.375g/L的AlCl₃·6H₂O和100mL 0.15mol/L的活化硅酸溶液，按Al/Si摩尔比为10混合，将混合溶液置于70℃水浴锅中，用蠕动泵(流量0.05mL/min)向其滴加33.3mL 0.5mol/L NaHCO₃碱溶液，定容至1L；(3)配制质量浓度为1g/L的高锰酸钾和质量浓度为5g/L的氯化钙溶液，按照Ca/Mn摩尔比为10混合；(4)将步骤(2)与步骤(3)的溶液按Al/Mn摩尔比15混合，总Al浓度控制为0.1mol/L，然后搅拌，调节pH值至2.0，静止熟化36小时，该复合剂得以制备。

取某保护较好的II类生活饮用水水源为实验水样，原水COD_Mn在4.6mg/L，浊度9.82NTU，pH 7.3，水温5℃。实验中，取水样1.0L，在快速搅拌下加入7.0mL/L该复合药剂，Al/Si摩尔比为10，Ca/Mn摩尔比为10，Al/Mn摩尔比为15，经混合、反应、沉淀后，取水样进行检测，沉后水COD_Mn为2.98mg/L，浊度为1.43NTU，去除效果较好。

实施实例4：

(1)称水玻璃加水稀释至0.3mol/L(以SiO₂计)，搅拌1小时，并不断滴加15mL的2mol/L硫酸溶液使其活化，熟化2小时，然后将pH调至4.0，并稀释为摩尔浓度为0.15mol/L的活化硅酸溶液；(2)制备总铝浓度为0.15mol/L，碱基度为2的聚硅铝溶液，定容至1L。取600mL 60.375g/L的AlCl₃·6H₂O和66.7mL 0.15mol/L的活化硅酸溶液，按Al/Si摩尔比为15混合，将混合溶液置于65℃水浴锅中，用蠕动泵(流量0.05mL/min)向其滴加50mL 0.5mol/L NaOH碱溶液，定容至1L；(3)配制质量浓度为1g/L的高锰酸钾和质量浓度为5g/L的氯化钙溶液，按照Ca/Mn摩尔比为5混合；(4)将步骤(2)与步骤(3)的溶液按Al/Mn摩尔比20混合，总Al浓度控制为0.1mol/L，然后搅拌，调节pH值至2.1，静止熟化48小时，该复合剂得以制备。

取某I类生活饮用水水源为实验水样，原水COD_Mn为2.6mg/L，浊度为26.2NTU，pH值7.02，水温2℃。实验中，取水样1.0L，在快速搅拌下加入2.5mL/L该复合药剂，Al/Si摩尔比为15，Ca/Mn摩尔比为5，Al/Mn摩尔比为20，经混合、反应、沉淀取水样进行检测，COD_Mn1.61mg/L，浊度3.12NTU。

Claims

1.一种强化低温低浊度水处理的复合混凝剂制备方法，其特征在于：

其制作步骤如下：(1)称取原料；(2)将硅酸钠溶液加入无机酸中，使混合液的pH值为1.0～4.0，搅拌，静止熟化1～2小时，生成聚硅酸溶液；(3)配制铝盐溶液，将Al/Si摩尔比控制在5～15范围内，然后与步骤(2)中聚硅酸溶液进行复配，在温度60～70℃下，滴加0.5mol/L氢氧化钠或碳酸氢钠溶液，配制成碱基度为1.0～2，以Al计为0.1～0.15mol/L的聚硅铝溶液；(4)配制高锰酸钾和氯化钙的混合溶液，其中Ca/Mn摩尔比为5～10；(5)将步骤(3)的聚硅铝溶液与步骤(4)的高锰酸钾和氯化钙的混合溶液按Al/Mn摩尔比10～20混合，搅拌，调节pH值至1.0～3.0，静止熟化24～48小时，该复合混凝剂得以制备。