CN103922451B - 环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，它由聚硅酸溶液与改性蒙脱石溶液配制而成，其中：所述聚硅酸溶液和改性蒙脱石溶液的体积比为（4-10）:（5-8）；所述的改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、蒙脱石和水按质量比为：1:1:（1-4）:（5-8）:（86-92）混合而成。本发明所述絮凝剂絮凝颗粒大，沉降速度快，对于浊度75-110NTU的原水一次处理就能达到国家标准3NTU以内，使其与传统的聚铝絮凝剂相比与传统聚铝类絮凝剂相比，出水浊度下降8.18%，药剂成本下降7.86%，铝离子浓度下降58%以上，饮用水更加安全，具有明显的经济与环境效益。

Description

环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂
技术领域
本发明属于自来水处理领域，涉及一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂及其应用。
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），但因其在自来水处理过程中不可避免地将会引入铝离子，而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，申请人把硅酸钠制成聚硅酸溶液，与改性蒙脱石溶液复合，得到了一种成本低、絮凝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之一是针对上述现有技术存在的不足而提供一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，其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。
本发明所要解决的技术问题之二是提供上述环保型聚硅酸改性蒙脱石复合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：
一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，它由聚硅酸溶液与改性蒙脱石溶液配制而成，其中：所述聚硅酸溶液和改性蒙脱石溶液的体积比为（4-10）:（5-8）；所述的改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、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，所述的聚硅酸溶液是质量浓度为10%的硅酸钠水溶液用稀硫酸调节体系pH至0.5-2.5后搅拌反应所得到的。
按上述方案，所述搅拌反应温度为16-28℃，搅拌反应时间1.5-3小时。
按上述方案，所述稀硫酸的浓度为3wt%。
按上述方案，所述聚硅酸溶液的粘度为10-50mPa·S，聚硅酸的分子量为10-30万。
上述环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂在降低原水浊度方面的应用。
上述环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂的应用方法为：在搅拌下将原水中投入所述絮凝剂，充分搅拌，静置。
上述环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂的应用方法，具体为：在搅拌状态下向长江原水中投入所述絮凝剂，所述絮凝剂与长江原水的体积比为9-30:1000，充分搅拌，静置。
按上述方案，所述长江原水的浊度为75-110NTU，处理后浊度在3NTU以下。
本发明所述自来水絮凝剂中的复合絮凝机理如下：
1、本发明所提供的自来水絮凝剂中的组分蒙脱石主要起吸附作用，聚硅酸主要起电中和作用和吸附桥连作用，两者结合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.同时，聚硅酸与改性蒙脱石两者的复合还有助于胶体脱稳，进一步加快聚沉速度。这是因为具有链状结构的聚硅酸与无机的多孔矿物材料改性蒙脱石之间可形成具有吸附-架桥双重作用的复合絮凝剂，从而中和并降低胶体微粒的表面电荷，压缩胶体微粒的双电层，使胶体微粒凝聚脱稳，更易絮凝沉降；3.另外，聚硅酸具有较好的螯合性能，可在水体中与金属螯合成稳定的内络盐，一方面可对铝离子含量的降低具有独特的作用，使处理后的水中铝离子浓度较传统絮凝剂下降58%以上；另外一方面又可较好地去除水中诸如Zn2+、Cr6+、Hg2+、Pb2+、Cu2+等多种有害重金属离子。由此本发明所述的自来水絮凝剂可基于各组分之间的合成互补效应及协同效应达到优异的水处理效果，
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂选用改性蒙脱石增加絮凝体系的电性，有利于絮凝沉降，浊度去除率高，去除效果稳定，对浊度在75-110NTU之间的长江原水一次处理就能达到国家标准3NTU以内，浊度的去除率可达到98.09%；与传统聚铝类絮凝剂相比，其出水浊度下降8.18%。
2、本发明的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂可基于蒙脱石和聚硅酸两者结合作用，将细小的絮粒凝结在一起形成更大更致密的絮体，絮凝颗粒大，沉降速度快；
3、铝离子的添加量很低，且添加的聚硅酸具有较好的螯合性能，可在水体中与金属螯合成稳定的内络盐，使处理后水中的铝离子浓度较传统絮凝剂下降58%以上、饮用水更加安全，该絮凝剂也不含有对人体有害的成分，是一种环保型自来水絮凝剂，故值得普及和推广。
4、本发明的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂其原料来源广泛，价格便宜，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，两者相比，处理成本降低了7.86%。
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
一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，它由聚硅酸溶液与改性蒙脱石溶液配制而成；所述聚硅酸溶液和改性蒙脱石溶液的体积比为0.8:1；
所述聚硅酸溶液的配制方法如下：取5mL质量分数为10%的硅酸钠溶液，加入反应器。再加入3wt%的硫酸溶液调节pH至0.5，再在16℃下搅拌1.5小时，即配制成聚硅酸溶液；
所述改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、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，经测定其浊度为75NTU，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，取静置后的上清液进行检测，经测定，其浊度＜3NTU，其中重要金属含量均达到国家GB5749-85标准。
实施例2
一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，它由聚硅酸溶液与改性蒙脱石溶液配制而成；所述聚硅酸溶液和改性蒙脱石溶液的体积比为1.2:1.2；
所述聚硅酸溶液的配制方法如下：取10mL质量分数为10%的硅酸钠溶液，加入反应器。再加入3wt%的硫酸溶液调节pH至1.0，再在20℃下搅拌2.0小时，即配制成聚硅酸溶液；
所述改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、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，经测定其浊度为86NTU，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，取静置后的上清液进行检测，经测定其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。
实施例3
一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，它由聚硅酸溶液与改性蒙脱石溶液配制而成；所述聚硅酸溶液、改性蒙脱石溶液的体积比为1.6:1.4；
所述聚硅酸溶液的配制方法如下：取15mL质量分数为10%的硅酸钠溶液，加入反应器。再加入3wt%的硫酸溶液调节pH至1.5，再在24℃下搅拌2.5小时，即配制成聚硅酸溶液；
所述改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、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，经测定其浊度为100NTU，在250r/min的搅拌速度下加入本实施例配置的絮凝剂3.0mL，搅拌2min，然后在60r/min的搅拌速度下搅拌5min，最后静置20min，取静置后的上清液进行检测，经测定其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。
实施例4
一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，它由聚硅酸溶液与改性蒙脱石溶液配制而成；所述聚硅酸溶液和改性蒙脱石溶液的体积比为2.0:1.6；
所述聚硅酸溶液的配制方法如下：取20mL质量分数为10%的硅酸钠溶液，加入反应器。再加入质量浓度为3%的硫酸溶液调节pH至2.5，再在28℃下搅拌3小时，即配制成聚硅酸溶液；
所述改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、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，经测定其浊度为110NTU，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，取静置后的上清液进行检测，经测定其浊度＜3NTU，其中金属均达到国家GB5749-85标准。
对比例
所述絮凝剂的配制方法如下：取国家标准GB15892-2003中Ⅱ类液体聚合氯化铝稀释十倍即制得本对比例用絮凝剂。
应用：取湖北省武汉市长江原水200mL，经测定其浊度为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，取静置后的上清液检测其出水浊度和铝离子含量，并与实施例3相比，得：使用本发明絮凝剂处理后的水浊度和铝离子含量均低于该对比例，两者相比，本发明絮凝剂处理后的出水浊度下降了8.18%，铝离子浓度下降了58%以上，由此可使处理后饮用水更加安全。

Claims (9)

1.一种环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，其特征在于：它由聚硅酸溶液与改性蒙脱石溶液配制而成，其中：所述聚硅酸溶液和改性蒙脱石溶液的体积比为（4-10）:（5-8）；所述的改性蒙脱石溶液是由氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化铝、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所述的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，其特征在于：所述的聚硅酸溶液是10wt%的硅酸钠用稀硫酸调节体系pH至0.5-2.5后搅拌反应所得到的。
3.根据权利要求2所述的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，其特征在于：所述搅拌反应的温度为16-28℃，搅拌反应时间1.5-3小时。
4.根据权利要求2所述的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，其特征在于：所述稀硫酸的浓度为3wt%。
5.根据权利要求1所述的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂，其特征在于：所述聚硅酸溶液的粘度为10-50mPa·s，聚硅酸的分子量为10-30万。
6.权利要求1-5中任意一项所述的环保型聚硅酸改性蒙脱石复合自来水絮凝剂在降低原水浊度方面的应用。
7.根据权利要求6中所述的应用，其特征在于：在搅拌状态下将原水中投入所述絮凝剂，充分搅拌，静置。
8.根据权利要求6中所述的应用，其特征在于：在搅拌状态下向长江原水中投入所述絮凝剂，所述絮凝剂与长江原水的体积比为9-30:1000，充分搅拌，静置。
9.根据权利要求8中所述的应用，其特征在于：所述长江原水的浊度为75-110NTU，处理后浊度在3NTU以下。
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