CN103936118B - 一种用于净化景观用水的絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于净化景观用水的絮凝剂及其制备方法，该絮凝剂用于改善城市、公园、生活小区等景观用水水质，其制备原料低廉、工艺简单、安全高效的絮凝剂PSFZn。该絮凝剂，絮凝剂由以下重量百分比的原料制备而成：水玻璃15%~30%，氯化铁1%~8%，硫酸锌2%~4%，稀盐酸为10%~20%，碳酸氢钠1%~10%，余量为去离子水；其中，稀盐酸的质量浓度为10%，水玻璃中二氧化硅质量含量为21%～25%。

Description

一种用于净化景观用水的絮凝剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种新型絮凝剂，适用于低温低浊的景观用水，同时也可以应用于饮用水源的初级处理，属于水处理技术领域。

背景技术：

随着经济的发展，人们生活水平不断的提高，人们对周围的水环境要求也越来越高。景观水池已经是城市绿地，公园建设，生活小区等场所不可或缺的部分。但是由于景观水流通性差，管理措施不到位，在水体的使用过程中，极易受到污染而影响透明度，严重时会出现异味，不仅没有起到美化环境的作用，还影响了人们的生活质量。有些水质变化较为严重的地方，发黑发臭的景观水池并不少数。不仅影响人的心情甚至有的已经影响到了附近居民的正常生活。而现有的处理方式主要是依靠假山和喷泉。但这些处理方式又极易造成藻类的旺盛繁殖，更易出现发臭的情况。而混凝沉淀过滤法改善景观用水水质不仅工艺简单，成本低而且效率高，所以具有较好的应用前景。

在水处理技术中，絮凝剂能简单有效地脱除80％～95％的悬浮物质和65％～95％的胶体物质，对降低水中的COD值起重要作用。其次，絮凝剂对去除水中的细菌、病毒效果稳定。通过絮凝净化，一般能把水中90％以上的微生物转入污泥，使水处理的进一步消毒、杀菌变得容易而有保证。再次，无机絮凝剂兼有除磷、脱色等作用，比生物法除磷、脱色效果好。

在现阶段，絮凝剂在饮用水水源初级处理中应用比较多，但在景观用水中应用甚少，而且目前使用的主要是铝盐和铁盐无机高分子絮凝剂，然而他们各自都存在着一定的弊端，铝盐絮凝剂，尤其是活性铝，毒性较大，同时聚合铝制备方法不完善，致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中，若进过各种渠道流进人体而干扰人体的生理功能；铁盐絮凝剂存在对低温低浊水质适应性差、浊度去除率低、有残余色度及快速水解的影响。如CNIO141256O号专利申请提供了一种聚合氯化铝和其制备方法及其用于处理污水的方法，公开一种以铝钒土和三氯化铝为原料的一种混凝剂的方法，其缺陷是：该絮凝剂存在大量的铝离子，水体进入人体会对人体造成伤害。CN1935684A号专利申请提供了一种聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，该絮凝剂虽具备铝盐铁盐的优势特性，原料来源广且廉价，但其工艺需高温回流抽滤等比较繁琐且不易于大规模生产。因此针对景观用水水质特征研制高效，低价，工艺简单的絮凝剂是很有必要的。

发明内容：

本发明的主要目的在于改善城市、公园、生活小区等景观用水水质，提供一种制备原料低廉、工艺简单、安全高效的絮凝剂PSFZn。

本发明另一目的是提供上述絮凝剂PSFZn的制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种用于净化景观用水的絮凝剂，其特征是：絮凝剂由以下重量百分比的原料制备而成：水玻璃15%～30%，氯化铁1%～8%，硫酸锌2%～4%，稀盐酸为10%～20%，碳酸氢钠1%～10%，余量为去离子水；其中，稀盐酸的质量浓度为10%，所述水玻璃中二氧化硅质量含量为21%～25%。

本发明进一步设计在于：

该絮凝剂中FeCl₃与ZnSO₄的摩尔比为1：1～3：1。

上述絮凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）用去离子水将水玻璃稀释，在400r/min～600r/min转速的磁力搅拌下，将稀释的水玻璃缓慢的加入到部分稀盐酸中，并用剩余的稀盐酸调节pH值为4～6，在25℃～40℃条件下活化10min～40min后即得到聚硅酸溶液；

（2）在300r/min～500r/min的转速下将FeCl₃、ZnSO₄加入到上述的聚硅酸溶液中，搅拌25min～60min后；加入碳酸氧钠，继续搅拌10min～20min得到PSFZn。

本发明具有如下有益效果：

本发明的PSFZn絮凝剂以工业水玻璃，铁盐，锌盐和无机酸为材料制备新型的絮凝剂PSFZn，来源广泛，价格较低，无毒无污染，且该絮凝剂稳定性好便于贮存，工艺流程简单，有开发利用的价值。

本发明的PSFZn混凝剂的混凝机理不像常规混凝剂，或者是电中和占主导因素，或者以吸附架桥为主。PSFZn的混凝机理为：一方面PSFZn在水中可以生成带正电荷的水解产物，与水中形成的带负电荷的胶粒起中和作用，从而改善水质。另一方面，PSFZn的基本组成为分子长键同时起到吸附溶胶离子作用，对胶粒具有良好的吸附架桥和网捕作用，两者相辅相成，相互促进，从而表现出优异的混凝性能。

在实际水处理应用中，在絮凝剂投加量为0.5～3mL/L下，对浊度的去除率达到82.32%～99.17%，腐殖酸(UV₂₅₄)的去除率达63.75%～84.69%，COD_Mn去除率达40.32%～71.29%，总氮去除率达24.47%～67.04%，总磷去除率达34.21%～73.21%，藻的去除率达78.42%～92.22%。该絮凝剂的絮凝效果明显优于常规絮凝剂，且在絮凝过程中产生絮体细密，沉淀速度快，符合景观用水循环使用需处理快速的特性。对水体条件不苛刻，除浊除藻效率高。而且该絮凝剂无毒在使用过程中无二次污染，对环境友好。

附图说明:

图1为分别投加PAC(左)、PFC(中)、PSFZn（右）絮凝过程示意图。

以下表一、表二的测试水样与测试试验二的水样相同，测试过程中，每次控制PAC(聚合氯化铝)、PFC(聚合氯化铁)、PSFZn投加量相同，快搅200r/min，2min；慢搅100r/min，5min后的状态。测试结果如下表：不同絮凝剂对水样中UV₂₅₄去除效果对比见表一；不同絮凝剂对水样中COD_Mn去除效果的对比见表二。

表一：

表二：

具体实施方式：

为了使本发明目的、技术方案及效果易于明白了解，下面结合附图及具体实例，进一步阐述本发明。

以下各实施例中所用原料：

水玻璃中二氧化硅质量含量为21%～25%，ρ=1.21×10³kg/m³，模数=3.16。

稀盐酸的质量浓度为10%。

实施例1

本实例中的PSFZn中各原料的质量百分比为：工业水玻璃30%，氯化铁1%，硫酸锌2%，稀盐酸为10%，碳酸氢钠10%，余量为去离子水。

具体的制备方法如下：

（1）用去离子水将水玻璃稀释后，在500r/min转速的磁力搅拌下将其缓慢的加入到部分（一半）稀盐酸中，并用剩余（一半）盐酸调节pH值至4，在20℃条件下活化30min后即得到聚硅酸溶液。

（2）在300r/min的转速下将FeCl₃、ZnSO₄先后加入到上述的聚硅酸溶液中，搅拌25min后。加入碳酸氧钠，继续搅拌10min得到PSFZn。

测试试验一：

在300r/min快速搅拌下，向初始浓度为100mg/L的高岭土模拟溶液中投加实施例一的PSFZn絮凝剂，每升模拟溶液中加入1mL的PSFZn絮凝剂，快搅2min后转入100r/min的搅拌速度下搅拌5min，静置沉降30min后浊度去除率为92.39%。

测试试验二：

在300r/min快速搅拌下向温度为21.3℃，pH为7.8，浊度为26.7NTU，COD_Mn为12.32mg/L，UV₂₅₄为0.262cm^-1，总氮1.92mg/L，总磷为0.31mg/L，藻含量为2756ng/L的某大学城景观水样中投加实施例一的PSFZn絮凝剂，每升水样中加入1mL的PSFZn絮凝剂，快搅2min后转入100r/min的搅拌速下搅拌5min，静置沉降30min后，浊度、COD_Mn、UV₂₅₄、总氮、总磷、藻的去除率分别达90.83%、50.32%、78.21%、44.76%、42.63%、84.47%。

实施例2

本实例中的PSFZn中各原料按质量百分比为：工业水玻璃25%，氯化铁4%，硫酸锌4%，稀盐酸为20%，碳酸氢钠10%，余量为去离子水。

具体的制备方法如下：

（1）用去离子水将水玻璃加稀释后，在400r/min转速的磁力搅拌下将其缓慢的加入到部分稀盐酸中，用剩余盐酸调节pH值为5，在40℃条件下活化20min后即得到聚硅酸溶液。

（2）在300r/min的转速下将FeCl₃、ZnSO₄先后加入到上述的聚硅酸溶液中，搅拌45min后。加入碳酸氧钠，继续搅拌15min得到PSFZn。

测试试验三：

在300r/min快速搅拌下，向初始浓度为100mg/L的高岭土模拟溶液中投加实施例二的PSFZn絮凝剂，每升模拟溶液中加入2mL的PSFZn絮凝剂，快搅2min后转入100r/min的搅拌速度下搅拌5min，静置沉降30min后浊度去除率为96.75%。

测试试验四：

在300r/min快速搅拌下向温度为21.3℃，pH为7.8，浊度为26.7NTU，COD_Mn为12.32mg/L，UV₂₅₄为0.262cm-¹，总氮1.92mg/L，总磷为0.31mg/L，藻含量为2756ng/L的某大学城景观水样中投加实施例二的PSFZn絮凝剂，每升水样中加入2mL的PSFZn絮凝剂，快搅2min后转入100r/min的搅拌速下搅拌5min，静置沉降30min后，浊度、COD_Mn、UV₂₅₄、总氮、总磷、藻的去除率分别达93.28%、65.35%、80.76%、67.04%、55.79%、89.35%。

实施例3

本实例中的PSFZn中原料按质量百分比为：工业水玻璃21%，氯化铁8%，硫酸锌4%，稀盐酸为20%，碳酸氢钠5%，余量为去离子水。

具体的制备方法如下：

（1）用去离子水将水玻璃加稀释后，在600r/min转速的磁力搅拌下将其缓慢的加入到部分（如2/3）稀盐酸中，再用剩余的（如1/3）盐酸调节pH值为6，在28℃条件下活化30min后即得到聚硅酸溶液。

（2）在400r/min的转速下将FeCl₃、ZnSO₄先后加入到上述的聚硅酸溶液中，搅拌60min后。加入碳酸氧钠，继续搅拌20min得到PSFZn。

测试试验五：

在300r/min快速搅拌下向初始浓度为100mg/L的高岭土模拟溶液中投实施例三的PSFZn絮凝剂，每升模拟溶液中加入2mL的PSFZn絮凝剂，快搅2min后转入100r/min的搅拌速度下搅拌5min，静置沉降30min后浊度去除率为99.17%。

测试试验六：

在300r/min快速搅拌下向温度为21.3℃，pH为7.8，浊度为26.7NTU，COD_Mn为12.32mg/L，UV₂₅₄为0.262cm^-1，总氮1.92mg/L，总磷为0.31mg/L，藻含量为2756ng/L的某大学城景观水样中投加实施例三的PSFZn絮凝剂，每升水样中加入2mL/L的PSFZn絮凝剂，快搅2min后转入100r/min的搅拌速下搅拌5min，静置沉降30min后，浊度、COD_Mn、UV₂₅₄、总氮、总磷、藻的去除率分别达98.18%、71.29%、84.69%、66.44%、73.21%、92.22%。

本发明实施例一至实施例三制备的PSFZn产品，常温条件下其稳定性与FeCl₃、ZnSO₄质量比的关系如下：

	Fe/Zn摩尔比	稳定性
			实施例一	1/2	较好
实施例二	1	好
			实施例三	2	很好

由上表可见，FeCl₃、ZnSO₄摩尔比大于1比FeCl₃、ZnSO₄摩尔比小于1制备出来的聚硅铁锌(PSFZn)稳定性好，易于存贮。

Claims (3)

1.一种用于净化景观用水的絮凝剂，其特征是：絮凝剂由以下重量百分比的原料制备而成：水玻璃15%～30%，氯化铁1%～8%，硫酸锌2%～4%，稀盐酸为10%～20%，碳酸氢钠1%～10%，余量为去离子水；其中，稀盐酸的质量浓度为10%，所述水玻璃中二氧化硅质量含量为21%～25%。

2.根据权利要求1所述用于净化景观用水的絮凝剂，其特征是：其中：FeCl₃与ZnSO₄的摩尔比为1：1～3：1。

3.权利要求1或2所述絮凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）用去离子水将水玻璃稀释，在400r/min～600r/min转速的磁力搅拌下，将稀释的水玻璃缓慢的加入到部分稀盐酸中，并用剩余的稀盐酸调节pH值为4～6，在25℃～40℃条件下活化10min～40min后即得到聚硅酸溶液；

（2）在300r/min～500r/min的转速下将FeCl₃、ZnSO₄加入到上述的聚硅酸溶液中，搅拌25min～60min后；加入碳酸氧钠，继续搅拌10min～20min得到PSFZn。