CN102633337A - 一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用，以铁源、硼源、硅铝源为原料制备出含硼、硅、铝、铁的无机高分子复合混凝剂，适用于各种废水的混凝净化处理混凝剂，尤其适用于生化尾水的深度处理。采用铁源、硼源、硅铝源为原料，在加热下经过碱解、酸浸氧化、水解和聚合制备无机高分子复合混凝剂，制备出的复合混凝剂含硅20%-35%，含铝15%-25%，含铁6%-11%，含硼3%-6%。本发明的混凝剂生产原料易得、工艺简洁、经济适用。所得的无机高分子复合混凝剂吸附架桥、电中和、粘结聚集及脱色能力好，絮体大沉降速度快，用量少。广泛适用于废水处理领域，尤其适用于生化尾水的深度处理。

Description

一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用，以铁源、硼源、硅铝源为原料制备出含硼、硅、铝、铁的无机高分子复合混凝剂，适用于各种废水的混凝净化处理混凝剂，尤其适用于生化尾水的深度处理。

背景技术

近年来，地球的能源危机和资源短缺日益凸现，这些不可或缺的自然资源短缺已演变成世界倍受关注的资源环境问题。尤其是水资源的短缺不容忽视，随着水资源危机的加剧和水环境质量不断恶化，无论是从环境角度还是企业发展的角度考虑，废水的深度处理、回用已势在必行。一般污水经二级处理后的生化出水中有机污染物中各组分含量、分子量分布特点较处理前会发生一定变化，微生物自溶体、代谢分泌物（SMP）、胞外聚合物（EPS）、多种代谢末端产物含量丰富。当生化出水中有机物浓度以DOC表征时，水中疏水性物质与亲水性物质各占50%，其中疏水酸浓度最高，约为42%，其次为亲水酸和非酸亲水物质，分别占26%和24%，非酸疏水物质仅为8%。其中疏水酸中的不饱和双键或芳香环有机物的含量较高。二级生化出水中的DOC主要集中在分子量大于10000 D的有机物，占48.8%。所以混凝法针对二级生化出水的处理效果、沉降性能都需要更进一步的研究，以进一步提高有机物的去除效率。

含铁、硼、硅、铝等元素的原料易得，利用它们为主要原料制备高效混凝剂，充分利用可开发的资源制备混凝剂可以变废为宝，是世界上高效混凝剂研究发展的大势所趋。我国工业硫酸主要是焙烧硫铁矿而制得，在焙烧过程中产生大量的红色废渣，如不加以处理，不仅占用土地、污染环境，而且造成地下水污染。它已成为硫酸生产企业的一个难题。我国化工企业，每年都要产生上千万吨粉煤灰、近百万吨废硫酸和数万吨废铁屑。迄今为止，对它们的利用率还不到30%，大部分仍露天堆放或作为废弃物出售掉 ，不仅加剧了对环境的污染，也造成了能源和资源的巨大浪费。我国的矿产资源丰富，探明矿产资源总量的潜在价值约占世界的12%，局世界第三位，而我国矿产资源的深度开发，层次利用远远落后于其它发展国家。利用这些原材料中的铁、铝、硅、硼等元素制备高效稳定混凝剂已经是近年来混凝剂领域的新的研究方向。

方月梅等.新型絮凝剂含硼聚硅铝铁的制备和性能研究[J].环境工程学报,2008,2(12)，余

莹等.无机高分子絮凝剂聚硅铝铁硼的制备及其絮凝性能研究[J]. 安全与环境学报,2003,3(2)，舒陈华等. 含硼聚硅铝铁絮凝剂预处理皂素废水[J]. 水处理技术,2009,35(12)等文献报道了含硼聚硅铝铁、聚硅铝铁硼、含硼聚硅铝铁的研究成果。但是针对生化尾水的深度处理，以废硫酸、硫铁矿渣或废铁屑为铁源，生产硼砂的废弃物硼泥为硼源，粉煤灰、膨润土、高岭土、三水铝石为硅铝源作为主要原料制备含硼、硅、铝、铁的复合混凝剂，在国内外文献及专利数据库中，未见相关报道。

发明内容： 

    本发明目的是针对上述不足之处，提供一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用，针对各种废水的混凝净化处理，尤其是生化尾水的深度处理，使用廉价易得的含铁、硼、硅、铝等元素的原料，通过简单的工艺，制备出一种含硼、硅、铝、铁的高效复合混凝剂。通过铝盐、铁盐在水中形成的的系列带正电荷的水解羟基离子，具有较强的电中和能力，能压缩胶体粒子的双电层，使水中胶体脱稳；带负电的聚合态硅、硼具有较高的稳定性和相对分子质量，对水体中的胶体颗粒具有很强的吸附架桥能力。在胶体脱稳的基础上，充分发挥网捕和架桥功能的协同作用。

本发明一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用是采取以下技术方案实现：

本发明所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，其特征在于采用铁源、硼源、硅铝源为主要原料，在加热条件下经过碱解、酸浸氧化、水解和聚合制备出无机高分子复合混凝剂，制备出的复合混凝剂含硅20%-35%，含铝15%-25%，含铁6%-11%，含硼3%-6%。

其中所述的铁源为硫铁矿渣或废铁屑中的一种或两种。

所述的硼源为生产硼砂的废弃物硼泥。

所述的硅铝源为粉煤灰、膨润土、高岭土、三水铝石中的一种或几种。

一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂制备方法如下：

（1）加热碱解：将4-6mol/L的烧碱溶液和硅铝源原料混合搅拌反应，烧碱溶液与硅铝源原料的液固质量配比为3:1-6:1，温度150℃-200℃，反应时间4h-8h，收集上清液调整pH值至6-7，陈化90min-360min后即得到碱解物质。

（2）酸浸氧化：在步骤（1）的残渣中加入铁源原料、4-6mol/L的废硫酸及氧化剂氯酸钠、氯酸钙或双氧水混合搅拌反应，废硫酸溶液与步骤（1）的残渣、铁源原料的液固质量配比为3:1-6:1，温度100℃-150℃，反应时间4h-8h收集上清液即得到酸浸物质。

（3）逐滴浓缩聚合：将酸浸物质、生产硼砂的废弃物硼泥逐滴缓慢加入到碱解物质中，快速搅拌聚合反应30min-60min，所述的酸浸物质、碱解物质、生产硼砂的废弃物硼泥的质量配比为1:1:1-1:2:1，反应温度80℃-100℃，调整溶液pH值至2-3，即得到所述的液体复合混凝剂。

所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂应用，其特征在于所述的复合混凝剂适用于废水处理领域。

所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂应用，其特征在于所述的复合混凝剂适用生活污水、石油化工废水、印染废水或焦化废水处理。

所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂应用，其特征在于所述的复合混凝剂适用于生化尾水的深度处理。

通过上述步骤得到所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂含硅20%-35%，含铝15%-25%，含铁6%-11%，含硼3%-6%，广泛适用于废水处理领域，例如生活污水、石油化工、印染、造纸、焦化废水，尤其适用于生化尾水的深度处理。

一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，其废水处理的工艺过程为：按照质量浓度0.2-0.5g/L加入到待处理的废水中，快速搅拌2min-8min，在pH5-10的范围内进行混凝，缓慢搅拌10-20min后停止，静置10-20min，沉淀即可完全。

与现有的技术相比较，本发明所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂是以聚硅铝铁硼聚合物为主的复合物，硼、铝、铁及其水解产物、聚硅酸之间相互作用，形成了含 B—O—Fe、B—O—Al、B—O—Si 等键的螯合物，使该复合混凝剂形成大量分子链长、相对分子质量大的多核聚合物。同时具有聚硅酸的凝聚粘结，吸附架桥网捕能力强，铝盐铁盐电中和能力强，在水中可以水解形成系列带正电荷的水解羟基离子，使水体中的胶体脱稳，以及铝盐混凝剂絮体大、铁盐混凝剂絮体密实、沉降速度快、含硼脱色能力强、稳定性强的特点。所述的复合混凝剂其他成分与聚硅铝铁硼等多种组分之间相互作用，形成了尺度更大的聚集单元，所以混凝效果好、脱色作用显著、生成的絮体粗大；产品聚合度高、贮存稳定性好；制备原料易得、成本低、使用量少，适应实际生产需要。所述的复合混凝剂针对生化尾水处理时COD去除率基本达到55%以上，利于废水的进一步回用。

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。本发明的范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。

具体实施方式

实施例1

本发明实施例1，利用膨润土、废铁屑、硼泥制备含硼聚硅铝铁的用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，具体步骤如下：

（1）    加热下碱解：将4mol/L的烧碱溶液和膨润土混合搅拌反应，烧碱溶液与膨润土的液

固质量配比为3:1，温度150℃，反应时间4h，收集上清液调整pH值至7，陈化90min后即得到碱解物质。

（2）加热下酸浸：在步骤1的残渣中加入硫铁矿渣、5mol/L的废硫酸及双氧水，混合搅拌反应，废硫酸溶液与步骤1的残渣、硫铁矿渣的液固质量配比为3:1，温度100℃，反应时间4h，收集上的清液即为酸浸物质。

（3）缓慢浓缩聚合：将酸浸物质、硼泥、缓慢加入到碱解物质中，快速搅拌聚合反应30min，所述的酸浸物质、碱解物质、硼泥的质量配比为1:1:1，反应温度100℃，调整溶液pH至3即得到所述的液体复合混凝剂。

通过上述步骤得到所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂含硅35%，含铝20%，含铁11%，含硼3%。

 

实施例2

本发明实施例2利用高岭土、废铁屑、硼泥制备含硼聚硅铝铁的用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，具体步骤如下：

（1）    加热下碱解：将6mol/L的烧碱溶液和高岭土混合搅拌反应，烧碱溶液与高岭土的液

固质量配比为6:1 ，温度180℃，反应时间6h，收集上清液调整pH值至6，陈化180min后即得到碱解物质。

（2）加热下酸浸：在步骤1的残渣中加入废铁屑、6mol/L的废硫酸及次氯酸钠，混合搅拌反应，废硫酸溶液与步骤1的残渣、废铁屑的液固质量配比为6:1，温度150℃，反应时间6h，收集上的清液即为酸浸物质。

（3）缓慢浓缩聚合：将酸浸物质、硼泥、缓慢加入到碱解物质中，快速搅拌聚合反应40min，所述的酸浸物质、碱解物质、硼泥的质量配比为1:2:1，反应温度80℃，调整溶液pH至3即得到所述的液体复合混凝剂。

通过上述步骤得到所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂含硅20%，含铝15%，含铁6%，含硼4%。

实施例3

本发明实施例3利用三水铝石、硫铁矿渣、硼泥制备含硼聚硅铝铁的用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，具体步骤如下：

（1）加热下碱解：将5mol/L的烧碱溶液和三水铝石混合搅拌反应，烧碱溶液与三水铝石的液固质量配比为5:1，温度200℃，反应时间8h，收集上清液调整pH值至6，陈化360min后即得到碱解物质。

（2）加热下酸浸：在步骤1的残渣中加入硫铁矿渣、5mol/L的废硫酸及催化氧化剂，混合搅拌反应，废硫酸溶液与步骤1的残渣、硫铁矿渣的液固质量配比为4:1，温度130℃，反应时间8h，收集上的清液即为酸浸物质。

（3）缓慢浓缩聚合：将酸浸物质、硼泥、缓慢加入到碱解物质中，快速搅拌聚合反应60min，所述的酸浸物质、碱解物质、硼泥的质量配比为1:2:1，反应温度90℃，调整溶液pH至2，即得到所述的液体复合混凝剂。

通过上述步骤得到所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂含硅30%，含铝25%，含铁8%，含硼6%。

本发明所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用，用于某生活污水处理厂二级生化出水。原水COD为56mg/L，P为2.12 mg/L、浊度为8.3NTU。实验结果如下：

本发明所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用，用于某石化废水二级生化出水。原水COD为66.7 mg/L、浊度为9.2NTU。实验结果如下表：

本发明所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用，用于某印染厂二级生化出水。原水COD为156 mg/L，色度为64倍。实验结果如下：

本发明所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂及其制备方法、应用，用于某焦化废水生化出水。原水COD为148 mg/L，芳香基团有机物UV₂₄₅为2.583、色度为32倍。

 

实验结果见上表。

Claims (8)

1.一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，其特征在于：采用铁源、硼源、硅铝源为原料，在加热下经过碱解、酸浸氧化、水解和聚合制备无机高分子复合混凝剂，制备出的复合混凝剂含硅20%-35%，含铝15%-25%，含铁6%-11%，含硼3%-6%。

2.根据权利要求1所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，其特征在于：所述的铁源为硫铁矿渣或废铁屑中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，其特征在于：所述的硼源为生产硼砂的废弃物硼泥。

4.根据权利要求1所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂，其特征在于：所述的硅铝源为粉煤灰、膨润土、高岭土、三水铝石中的一种或几种。

5.权利要求1所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂制备方法，其特征在于：具体制备方法如下：

（1）加热碱解：将4-6mol/L的烧碱溶液和硅铝源原料混合搅拌反应，烧碱溶液与硅铝源原料的液固质量配比为3:1-6:1，温度150℃-200℃，反应时间4h-8h，收集上清液调整pH值至6-7，陈化90min-360min后即得到碱解物质；

（2）酸浸氧化：在步骤（1）的残渣中加入铁源原料、4-6mol/L的废硫酸及氧化剂氯酸钠、氯酸钙或双氧水混合搅拌反应，废硫酸溶液与步骤（1）的残渣、铁源原料的液固质量配比为3:1-6:1，温度100℃-150℃，反应时间4h-8h收集上清液即得到酸浸物质；

（3）逐滴浓缩聚合：将酸浸物质、硼泥逐滴缓慢加入到碱解物质中，快速搅拌聚合反应30min-60min，所述的酸浸物质、碱解物质、硼泥的质量配比为1:1:1-1:2:1，反应温度80℃-100℃，调整溶液pH值至2-3，即得到所述的液体复合混凝剂。

6.权利要求1所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂应用，其特征在于：所述的复合混凝剂适用于废水处理领域。

7.权利要求6所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂应用，其特征在于：所述的复合混凝剂适用于生活污水、石油化工废水、印染废水或焦化废水处理。

8.权利要求7所述的一种用于深度处理生化尾水的复合混凝剂应用，其特征在于：所述的复合混凝剂适用于生化尾水的深度处理。