CN103880136B

CN103880136B - 环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂及其应用

Info

Publication number: CN103880136B
Application number: CN201410131981.3A
Authority: CN
Inventors: 曾德芳; 李壮; 王飞宇
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN103880136A

Abstract

本发明公开了一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，它由壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液配制而成；所述的壳聚糖溶液是壳聚糖质量百分含量0.2%-2%的乙酸溶液，所述的镁离子改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、蒙脱石和水按质量比为：1:1:（1-4）:（5-8）:（86-92）混合而成。本发明所述本絮凝剂，絮凝颗粒大，沉降速度快，对原水浊度的去除率达到98.09%，对于浊度70-100NTU的原水一次处理就能达到国家标准3NTU以内，且成本低，不含有对人体有害的成分，性能优良，质量稳定。

Description

环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂及其应用

技术领域

本发明属于自来水处理领域，涉及一种环保型镁离子改性蒙脱石絮凝剂及其应用。

背景技术

目前我国自来水处理最常用的絮凝剂是聚合三氯化铝（CF-PAC），因它在自来水处理过程中不可避免地将会引入铝离子，给水体带来二次污染。自来水中的残余铝进入人体后，部分随粪便排出体外，剩余部分则在血液、肌肉、骨骼等组织和器官内富集，当体内铝的富集浓度超过某一数值时，将会引起生物体病变。长期摄入铝离子会导致诸如大脑痴呆、骨质疏松等多种疾病，危害人体健康。

因此，为了克服传统絮凝剂的一些缺点，很有必要研制一种絮凝剂效果显著，处理后出水铝离子含量低的新型环保絮凝剂。为此，申请人把自然界储量丰富的天然有机高分子多糖壳聚糖制成溶液，与镁离子改性蒙脱石溶液复合，得到了一种成本低、絮凝效果效果好的复合絮凝剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，能有效降低原水的浊度，絮凝颗粒大，沉降速度快，操作简便，成本低。

本发明的另一目的是提供上述环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂的应用方法。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，它由壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液配制而成；所述壳聚糖溶液、镁离子改性蒙脱石溶液的体积比为（4-10）:（5-20）。

按上述方案，所述的镁离子改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、蒙脱石和水按质量比为：1:1:（1-4）:（5-8）:（86-92）混合而成。

按上述方案，所述的壳聚糖溶液是壳聚糖质量百分含量0.2%-2%的稀酸溶液。所述稀酸为甲酸、乙酸、乙二酸、丙酸、盐酸中的一种或几种。

按上述方案，所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量百分含量为0.2%-2%，酸的质量百分含量为1%-5%，余量为水。以酸采用乙酸为例，所述壳聚糖溶液的生产工艺为：将壳聚糖、乙酸和水按比例混合均匀，于温度16-28℃搅拌反应时间1.5-3小时即可。

按上述方案，所述壳聚糖分子量为30-50万、粘度为10-50mPa·S，是从红龙虾壳中提取的一种胶质状高分子几丁聚糖，可从市场上购得。

本发明的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂的应用方法，将本发明所述絮凝剂投入含有原水中搅拌静置即可，所述絮凝剂的投入量视原水的浊度和金属离子的含量而定。

本发明中以长江原水为例具体说明所述絮凝剂的应用方法，按所述絮凝剂与长江原水体积比为（9-30）:1000，在搅拌下将本发明所述的絮凝剂加入长江原水中，充分搅拌后，静置，即可去除水中诸如Al³⁺、Zn²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺等多种有害金属离子，静置所得上层清液，经测其浊度在3NTU以下，达到国家GB5749-85标准.

按上述方案，所述长江原水的浊度为70-100NTU。

本发明所述自来水絮凝剂中主要包括壳聚糖、镁离子改性蒙脱石，两组分之间互相复合不但产生合成互补效应，而且产生协同效应，其复合絮凝机理如下：

1、镁离子主要起电中和作用，蒙脱石主要起吸附作用，而壳聚糖主要起吸附桥连作用，它可将细小的絮粒凝结在一起形成更大更致密的絮体，从而使其沉降速度和吸附效率大大提高；2、壳聚糖与镁离子改性蒙脱石复合有助于胶体脱稳，聚沉速度加快。因为有机的阳离子型天然高分子多糖与无机的多孔矿物材料之间可形成化学架桥，中和并降低了胶体微粒的表面电荷，压缩了胶体微粒的双电层，使胶体微粒凝聚脱稳，更易絮凝沉降；3、壳聚糖的螯合作用对镁离子含量的降低具有独特的作用，因壳聚糖分子中含有大量游离—NH₂，而且—NH₂邻位是—OH，可借氢键形成具有类似网状结构的笼形分子，从而对金属离子有着稳定的配位作用。另外，在壳聚糖线性分子链上含有多个羟基（—OH）和氨基（—NH₂），这些含有剩余电子对的—OH和—NH₂可将电子提供给含有空d轨道的金属离子Mⁿ⁺（一般为非碱或非碱土金属离子）螯合成稳定的内络盐，使之可去除水中诸如Al³⁺、Zn²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺等多种有害金属离子。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，选用镁离子改性蒙脱石增加絮凝体系的电性，有利于絮凝沉降，由于没有铝离子的添加故无铝离子污染的问题，选用的壳聚糖作为有机大分子具有链状结构，能大大增加絮凝效果；

2、本发明的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，絮凝颗粒大，沉降速度快，对长江原水浊度的去除率达到98.09%，略高于传统絮凝剂，原水浊度在70-100NTU之间一次处理就能达到国家标准3NTU以内，对自来水的絮凝效果显著，性能优良，质量稳定；

3、本发明的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，其原料来源广泛，价格便宜，处理自来水用量少，药品成本低，处理自来水的药剂成本为0.0129元/吨原水，而目前武汉市自来水处理厂的最低药剂成本为0.014元/吨原水。与传统聚铝类絮凝剂相比，其出水浊度下降8.18%，同时药剂成本降低7.86%，可见该自来水絮凝剂性价比优势明显，而且该絮凝剂不含有对人体有害的成分，能够得到普遍推广。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，它由壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液配制而成；所述壳聚糖溶液、镁离子改性蒙脱石溶液的体积比为0.8:1；

所述壳聚糖溶液的配制方法如下：首先称取质量浓度为2%的乙酸99.6g，加入反应器，在不断搅拌的情况下，再加入0.4g壳聚糖，在16℃下搅拌1.5小时，配成壳聚糖质量含量0.4%的乙酸溶液；所述镁离子改性蒙脱石溶液，是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、蒙脱石和水按质量比为1:1:1:5:92的比例混合均匀后制得。

应用：取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为70NTU，在250r/min的搅拌速度下加入本实施例配置的絮凝剂1.8mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min，取静置后的上清液测得浊度＜3NTU，其中重要金属含量均达到国家GB5749-85标准。

实施例2

一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，它由壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液配制而成；所述壳聚糖溶液、镁离子改性蒙脱石溶液的体积比为1.2:1.2；

所述壳聚糖溶液的配制方法如下：首先称取质量浓度为3%的乙酸99.2g，加入反应器，在不断搅拌的情况下，再加入0.8g壳聚糖，在20℃下搅拌2.0小时，配成壳聚糖质量含量0.8%的乙酸溶液；所述镁离子改性蒙脱石溶液，是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、蒙脱石和水按质量比为1:1:2:6:90的比例混合均匀后制得。

应用：取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为80NTU，在250r/min的搅拌速度下依次加入本实施例配置的絮凝剂2.4mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min，取静置后的上清液测得浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。

实施例3

一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，它由壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液配制而成；所述壳聚糖溶液、镁离子改性蒙脱石溶液的体积比为1.6:1.4；

所述壳聚糖溶液的配制方法如下：首先称取质量浓度为4%的乙酸98.8g，加入反应器，在不断搅拌的情况下，加入1.2g壳聚糖，在24℃下搅拌2.5小时，配成壳聚糖质量含量1.2%的乙酸溶液；所述镁离子改性蒙脱石溶液，是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、蒙脱石和水按质量比为1:1:3:7:88的比例混合均匀后制得。

应用：取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为90NTU，在250r/min的搅拌速度下加入本实施例配置的絮凝剂3.0mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min，取静置后的上清液测得浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。

实施例4

一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，它由壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液配制而成；所述壳聚糖溶液、镁离子改性蒙脱石溶液的体积比为2.0:1.6；

所述壳聚糖溶液的配制方法如下：首先称取质量浓度为5%的乙酸98.4g，加入反应器，在不断搅拌的情况下，加入1.6g壳聚糖，在28℃下搅拌3.0小时，配成壳聚糖质量含量1.6%的乙酸溶液；所述镁离子改性蒙脱石溶液，是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、蒙脱石和水按质量比为1:1:4:8:86的比例混合均匀后制得。

应用：取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为100NTU，在250r/min的搅拌速度下加入本实施例配置的絮凝剂3.6mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min，取静置后的上清液测得其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。

对比例：与实施例相对照，投加的絮凝剂为国家标准GB15892-2003中Ⅱ类液体聚合氯化铝。所述聚合氯化铝铁溶液的配制方法如下：取聚合氯化铝稀释十倍即制得工作液。

应用：取湖北省武汉市长江原水200mL，测得其浊度为100NTU，在250r/min的搅拌速度下加入本对比例配置的絮凝剂5mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min，取静置后的上清液测得其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。

实施例4与对比例相比，静止后上清液的出水浊度均＜3NTU，相比较本发明所述絮凝剂处理后的原水的出水浊度下降了8.18%。

Claims

1.一种环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，其特征在于：它由壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液配制而成；所述的壳聚糖溶液是壳聚糖质量百分含量0.2％-2％的稀酸溶液，所述的镁离子改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、蒙脱石和水按质量比为：1:1:(1-4):(5-8):(86-92)混合而成。

2.根据权利要求1所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，其特征在于：所述壳聚糖溶液与镁离子改性蒙脱石溶液的体积比为(4-10):(5-20)。

3.根据权利要求1或2所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，其特征在于：所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量百分含量为0.2％-2％，酸的质量百分含量为1％-5％，余量为水。

4.根据权利要求3所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，其特征在于：所述壳聚糖溶液的生产工艺为：将壳聚糖、酸和水按比例混合均匀，于温度16-28℃搅拌反应时间1.5-3小时即可。

5.根据权利要求1所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，其特征在于：所述的酸为甲酸、乙酸、乙二酸、丙酸、盐酸中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂，其特征在于：所述的壳聚糖的分子量为30－50万、粘度为10－50mPa·S。

7.权利要求1所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂在降低原水浊度方面的应用。

8.权利要求7所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂的应用，其特征在于：在搅拌下将原水中投入所述絮凝剂，充分搅拌后，静置即可降低所述原水的浊度。

9.权利要求8所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂的应用，其特征在于：当所述原水为长江原水时，所述混凝剂与长江原水的体积比为(9-30):1000，充分搅拌，静置后所得上清液的浊度在3NTU以下。

10.权利要求9所述的环保型镁离子改性蒙脱石自来水絮凝剂的应用，其特征在于：所述长江原水的浊度为70-100NTU。