CN102718296B - 一种低残留饮用水处理用絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低残留饮用水处理用絮凝剂及其制备方法，该絮凝剂由水玻璃、氯化镁或硫酸镁、硫酸铝或氯化铝、铝酸钠聚合而成，其液体产品含有Al2O37.3～9.2wt%，SiO20.54～0.68wt%，MgO0.12～0.15wt%。本发明的絮凝剂绿色安全，絮凝出水中残余铝的量低，且残铝量明显低于传统絮凝剂，处理后的水达到我国有关城市供水水质的铝含量标准要求。本发明的絮凝剂投药量小，出水浊度低，产品稳定。

Description

一种低残留饮用水处理用絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低残留饮用水处理用絮凝剂及其制备方法。
背景技术
目前人们已经认识到：过量的摄入铝，可干扰人体大脑的记忆功能，造成老年性痴呆病；过量的铝在骨骼中蓄积时，会致骨软化；过量的铝还会引起消化系统功能紊乱，妨碍正常的钙、磷代谢，抑制机体内的抗氧化系统，引起多种疾病。为此，世界各国纷纷对饮用水中的铝含量提出越来越严格的要求。而我国自来水厂普遍应用的是铝盐絮凝剂，饮用水中铝的残留量普遍大于我国制定的标准0.2mg/L，对我国的居民身体健康构成潜在的威胁。
研究表明：自来水中残余铝很大一部分来源于传统铝盐絮凝剂的使用，且水中残余铝主要以溶解性铝为主，并外加少量的悬浮态铝。溶解性铝主要由各种低分子量的铝化合物组成，它们毒性大，在水体中的活性较高，不易通过化学絮凝沉淀去除，甚至水处理后续处理工艺中的沉淀、过滤都难以将它们去除。传统铝盐絮凝剂因含有大量低分子量的铝化合物，以至于絮凝处理水中含有较高的残铝量。
复合絮凝剂是在聚铝、铁絮凝剂的基础上发展起来的一类新型絮凝剂，其中一类聚硅酸盐类复合絮凝剂，是将聚硅酸引入到聚铝、铁中，通过聚合反应合成新的化合物而制得的一种无机高分子复合絮凝剂。聚硅酸的引入，Si与Al之间的键合，使得絮凝剂中低分子量的铝化合物即可溶解性的铝化合物含量大大减少，直接减少水中可溶性残余铝的来源；且聚硅酸所具有的空间网状或支叉结构，使得合成的聚硅酸铝絮凝剂具有较强的网捕卷扫能力以及吸附架桥能力，对水中的悬浮态铝也有很好的去除效果。另外，聚硅酸铝对水的浊度去除效果高于传统铝盐絮凝剂，相同条件下降低了投药量，进一步减少了水中残余铝的来源。
专利CN1042340A公开了以铝酸钠、硅酸钠和硫酸铝为主要原料制备聚合碱式硅硫酸铝，产物质量稳定，但是制备工艺复杂，且对反应条件要求苛刻，反应条件控制不当极易发生凝胶事故，导致整个生产失败。
专利CN1049323A、CN1050708A、CN1067031A报道了以铝矾土、废铝屑或工业废渣等为原料制备聚硅酸盐类复合絮凝剂的方法，这些方法都是以含铝废料为生产原料，变废为宝，成本低，生产方法简单。但是原料成分不能控制，影响聚合反应效果的因素众多，产物稳定差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低残留饮用水处理用絮凝剂及其制备方法。
本发明采取的技术方案为：
一种低残留饮用水处理用絮凝剂，由水玻璃、氯化镁或硫酸镁、硫酸铝或氯化铝、铝酸钠聚合而成，其液体产品含有Al2O3 7.3～9.2wt%，SiO2 0.54～0.68wt%，MgO 0.12～0.15wt%。
上述的低残留饮用水处理用絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：
1)  将原料分别溶于水，配成溶液；
2) 取水玻璃溶液、硫酸镁或氯化镁溶液，混合搅拌均匀，调节pH值至9～10，得悬浮液；
3)  向悬浮液中加入硫酸铝或氯化铝溶液，在强烈搅拌下再加入铝酸钠溶液，得混合液；
4) 在搅拌下将混合液的温度升至60～70℃，恒温熟化，直到混合液变透明，冷却，过滤，得无色透明的低残留饮用水处理用絮凝剂。
优选的，制备过程中所用原料为水玻璃、氯化镁、硫酸铝、铝酸钠。
优选的，制备过程中所用原料为水玻璃、硫酸镁、氯化铝、铝酸钠。
优选的，步骤1）铝酸钠溶液的Al2O3含量为6.2～19.6wt%。
优选的，步骤2）水玻璃溶液中SiO2与硫酸镁或氯化镁溶液中MgO的质量比为4.3～4.6：1。
优选的，步骤3）强烈搅拌的搅拌速度为7000～10000rpm。
本发明制备的液体产品还可以通过浓缩干燥制成固体产品，需要使用时，再将固体产品稀释成一定浓度的液体即可。
本发明的有益效果是：
本发明的絮凝剂绿色安全，处理后的水中残余铝的量低，能够完全达到我国有关城市供水水质的铝含量标准要求，且投药量小，出水浊度低，产品稳定。本发明原料来源广泛，原料质量易于控制，更容易满足工业化生产需要，产品质量更容易得到保证，更能确保产品对水的处理效果。本发明的制备方法，反应控制条件简单，更利于工业化生产。
本发明原料采用硫酸铝或氯化铝、硫酸镁或氯化镁，其中的氯离子对含硅聚合具有配位作用，增强了含硅类絮凝剂稳定性，硫酸根离子通过氢键把共聚体离子连接起来，增大了分子质量和大分子聚合物的稳定性，实现两者优势互补。
本发明制备过程中，水玻璃与镁盐反应得到大量白色悬浮物到最后聚合反应时白色悬浮物又溶解，这一过程使硅酸与铝盐更好地结合，增大铝、硅之间的结合量，同时减少絮凝剂中未与铝盐结合的游离硅的量，所得的产物更稳定。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限如此。
实施例1
一种低残留饮用水处理用絮凝剂，由水玻璃、氯化镁、硫酸铝、铝酸钠聚合而成，其制备方法，包括如下步骤：
1)  分别将原料溶于水，配成SiO2含量为8wt%的水玻璃溶液，MgO含量为10wt%的氯化镁溶液，Al2O3含量为9wt%的硫酸铝溶液，Al2O3含量为6.2 wt %的铝酸钠溶液；
2)  室温下，在带有加热搅拌装置的反应釜中，加入33.8g水玻璃溶液，6.0g氯化镁溶液，其中，SiO2：MgO质量比为4.5：1，搅拌均匀，调节pH值至9.5，得含有白色悬浮物的悬浮液；
3)  向悬浮液中加入285.6g硫酸铝溶液，在7500rpm的搅拌速度下，再加入174.6g铝酸钠溶液，得混合液；
4) 在200rpm的搅拌速度下，将混合液的温度升至60℃，恒温熟化，直到混合液变透明，冷却，过滤，得无色透明的低残留饮用水处理用絮凝剂。
实施例1的絮凝剂中Al2O3、SiO2、MgO的质量含量以及其物性参数见表1。
实施例2
一种低残留饮用水处理用絮凝剂，由水玻璃、氯化镁、硫酸铝、铝酸钠聚合而成，其制备方法，包括如下步骤：
1)  分别将原料溶于水，配成SiO2含量为8wt%的水玻璃溶液，MgO含量为10wt%的氯化镁溶液，Al2O3含量为9wt%的硫酸铝溶液，Al2O3含量为8.5 wt %的铝酸钠溶液；
2) 室温下，在带有加热搅拌装置的反应釜中，加入37.5g水玻璃溶液，6.5g氯化镁溶液，其中，SiO2：MgO质量比为4.6：1，搅拌均匀，调节pH值至10，得含有白色悬浮物的悬浮液；
3)  向悬浮液中加入326.7g硫酸铝溶液，在7000rpm的搅拌速度下，再加入129.3g铝酸钠溶液，得混合液；
4) 在250rpm的搅拌速度下，将混合液的温度升至65℃，恒温熟化，直到混合液变透明，冷却，过滤，得无色透明的低残留饮用水处理用絮凝剂。
实施例2的絮凝剂中Al2O3、SiO2、MgO的质量含量以及其物性参数见表2。
Figure 116223DEST_PATH_IMAGE002
实施例3
一种低残留饮用水处理用絮凝剂，由水玻璃、硫酸镁、氯化铝、铝酸钠聚合而成，其制备方法，包括如下步骤：
1) 分别将原料溶于水，配成SiO2含量为8wt%的水玻璃溶液，MgO含量为10wt%的硫酸镁溶液，Al2O3含量为9wt%的氯化铝溶液，Al2O3含量为13.8wt %的铝酸钠溶液；
2)  室温下，在带有加热搅拌装置的反应釜中，加入40.6g水玻璃溶液，7.5g硫酸镁溶液，其中，SiO2：MgO质量比为4.3：1，搅拌均匀，调节pH值至9.5，得含有白色悬浮物的悬浮液；
3) 向悬浮液中加入372.2g氯化铝溶液，在8500rpm的搅拌速度下，再加入79.7g铝酸钠溶液，得混合液；
4) 在300rpm的搅拌速度下，将混合液的温度升至60℃，恒温熟化，直到混合液变透明，冷却，过滤，得无色透明的低残留饮用水处理用絮凝剂。
实施例3的絮凝剂中Al2O3、SiO2、MgO的质量含量以及其物性参数见表3。
Figure 2012101861757100002DEST_PATH_IMAGE003
实施例4
一种低残留饮用水处理用絮凝剂，由水玻璃、硫酸镁、氯化铝、铝酸钠聚合而成，其制备方法，包括如下步骤：
1)  分别将原料溶于水，配成SiO2含量为8wt%的水玻璃溶液，MgO含量为10wt%的硫酸镁溶液，Al2O3含量为9wt%的氯化铝溶液，Al2O3含量为19.6wt %的铝酸钠溶液；
2)  室温下，在带有加热搅拌装置的反应釜中，加入42.5g水玻璃溶液，7.5g硫酸镁水溶液，其中，SiO2：MgO质量比为4.5：1，搅拌均匀，调节pH值至10，得含有白色悬浮物的悬浮液；
3)  向悬浮液中加入397.8g氯化铝溶液，在10000rpm的搅拌速度下，再加入52.2g铝酸钠溶液，得混合液；
4)  在200rpm的搅拌速度下，将混合液的温度升至70℃，恒温熟化，直到混合液变透明，冷却，过滤，得无色透明的低残留饮用水处理用絮凝剂。
实施例4的絮凝剂中Al2O3、SiO2、MgO的质量含量以及其物性参数见表4。
Figure 95680DEST_PATH_IMAGE004
将实施例1～4制备的絮凝剂进行原水处理实验测定。原水选用珠江西江水，浊度为5.391NUT，含铝量小于0.008mg/L，pH值6～7，采用分光光度法测定浊度，铬天青S分光光度法测定Al含量。絮凝剂的投药量，以换算成氧化铝的量来计算，单位为mg/L，同时采用PAC（Al2O3%=8.1%，盐基度51%）进行絮凝效果以及残余铝含量对比。
测定方法：取500ml原水置于烧杯中，加入预定量的絮凝剂，先后以300rpm搅拌速度搅拌30s，200rpm搅拌速度下搅拌5min，50rpm搅拌速度下搅拌5min，再静置5min，取上清液测定浊度和残铝量，之后将上清液过滤，再次测定滤液的残铝量。测定结果见表5，表6和表7。
Figure 2012101861757100002DEST_PATH_IMAGE005
 
Figure 436269DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表5～7数据显示：本发明所制备的低残留饮用水处理用絮凝剂，投药量小，水处理效果优良，且优于PAC絮凝剂，絮凝出水剩余浊度、残铝量均低于PAC，出水过滤后滤液的残铝量达到我国有关城市供水水质的铝含量标准要求。

Claims (4)

1.一种低残留饮用水处理用絮凝剂的制备方法，该絮凝剂由水玻璃、氯化镁或硫酸镁、硫酸铝或氯化铝、铝酸钠聚合而成，其液体产品含有Al2O3 7.3～9.2wt%，SiO2 0.54～0.68wt%，MgO 0.12～0.15wt%，其制备方法包括如下步骤：
1）将原料分别溶于水，配成溶液；
2）取水玻璃溶液、硫酸镁或氯化镁溶液，混合搅拌均匀，调节pH值至9～10，得悬浮液；
3）向悬浮液中加入硫酸铝或氯化铝溶液，在强烈搅拌下再加入铝酸钠溶液，得混合液；
4）在搅拌下将混合液的温度升至60～70℃，恒温熟化，直到混合液变透明，冷却，过滤，得无色透明的低残留饮用水处理用絮凝剂；
其中，步骤1）铝酸钠溶液的Al2O3含量为6.2～19.6wt%；步骤2）水玻璃溶液中SiO2与硫酸镁或氯化镁溶液中MgO的质量比为4.3～4.6：1。
2.根据权利要求1所述的低残留饮用水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：制备过程中所用原料为水玻璃、氯化镁、硫酸铝、铝酸钠。
3.根据权利要求1所述的低残留饮用水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：制备过程中所用原料为水玻璃、硫酸镁、氯化铝、铝酸钠。
4.根据权利要求1所述的低残留饮用水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤3）强烈搅拌的搅拌速度为7000～10000rpm。
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