CN104058489A - 一种纤维素复配水处理絮凝剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种纤维素复配水处理絮凝剂及其使用方法，涉及水处理技术。絮凝剂按质量比的组成：纤维素1～5，混凝剂1～3；混凝剂选自硫酸铝、氯化铁、聚合氯化铝等中的一种。使用方法：先向水中加入混凝剂，在300～500r/min的转速下搅拌30～60s；再加入纤维素，继续在200～300r/min的转速下搅拌1min后，继续在100～200r/min的转速下搅拌5min，最后在50～100r/min的转速下搅拌10min，停止搅拌后，静置沉淀15～20min。能降低常规混凝剂的用量，改良絮体的沉降性能，降低处理成本，缩短沉淀池停留时间，减小沉淀池的占地面积等，纤维素还能去除部分溶解性污染物。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术，尤其是涉及将纤维素与传统混凝剂复配的一种纤维素复配水处理絮凝剂及其使用方法。
背景技术
混凝沉淀是目前水处理过程中最常用的物理化学处理方法，是处理工艺流程中的关键环节，其处理效果与混凝剂的种类和性能关系密切。混凝剂可分为无机低分子混凝剂、无机高分子混凝剂和有机高分子混凝剂，这些类型的混凝剂在使用过程中都存在一定缺陷，如铝系和铁系的混凝剂投药量大、产泥量大、存在卫生安全隐患，聚丙烯酰胺使用成本高、生产原料具有“三致”作用等。随着水质标准的不断提高，对成本低、效果好、无毒性的新型混凝剂产品的开发和应用研究工作十分重要。
按混凝作用机理的不同，混凝剂可分为凝聚剂和絮凝剂两类，分别起到脱稳和结成絮体的作用。如硫酸铝、三氯化铁等即属于凝聚剂。一般情况下，这类凝聚剂在投加后能使胶体脱稳聚集，而后在水力搅拌作用下即可生成体积大、易沉降的矾花，无需另外投加絮凝剂。但是，当前普遍存在的水污染问题导致水质成分更加复杂，使用传统凝聚剂生成的絮体不佳，沉降性差，处理效果并不理想。为了减小凝聚剂用量和保证处理效果，则需要另外添加絮凝剂。如投加聚丙烯酰胺作为助凝剂，其具有的链状高分子结构能起到吸附架桥作用，能够改良絮体结构，提高处理效果。但是聚丙烯酰胺的价格较高，生产过程中常出现有毒物质残留，因此其使用受到一定限制。
纤维素是自然界中存在量最大的天然可再生资源之一，它是由许多β-D-葡萄糖基通过1→4甙键连接起来的线型高分子化合物，具有一定的吸附性，其化学结构和性能与聚丙烯酰胺具有相似之处。使用纤维素替代聚丙烯酰胺与传统絮凝剂复配制备混凝剂，能够发挥各自优势，达到协同增效的目的。纤维素还具有来源广泛、价格低廉、性质稳定等优点。因此，将纤维素应用于混凝沉淀处理过程，有利于降低混凝沉淀的处理成本，提高处理效果，保证水质安全性。
中国专利CN101172683A公开一种水处理复配混凝剂及其复配混凝方法；贺明和等(贺明和，吴纯德，金伟等.硅藻土与混凝剂复配处理城镇生活污水的研究[J].工业水处理，2005，25(5)：25-28)公开硅藻土与混凝剂复配处理城镇生活污水的研究；李文朴等(李文朴，郭晓玉，封娜等.氯化镁复配硫酸铝混凝性能及絮体特性[J].环境工程学报，2014，8(3)：983-989)报道了氯化镁复配硫酸铝混凝性能及絮体特性；宋力(宋力，絮凝剂在水处理中的应用与展望[J].工业水处理，2010，30(6)：4-7)报道到絮凝剂在水处理中的应用与展望；林联君等(林联君；侯党社；高燕等.秸秆两性纤维素絮凝剂的辐射法制备及应用研究[J].应用化工，2013，42(3)：497-500)报道了秸秆两性纤维素絮凝剂的辐射法制备及应用研究；何静等(何静，袁同琦，刘竹等.纤维素改性阳离子絮凝剂的制备及其絮凝性能[J].北京林业大学学报，2009，31(1)：43-46)报道了纤维素改性阳离子絮凝剂的制备及其絮凝性能。
发明内容
本发明的目的在于提供能够降低常规混凝剂的用量，改良絮体的沉降性能，从而降低处理成本，缩短沉淀池停留时间，减小沉淀池的占地面积等，纤维素还能去除部分溶解性污染物的一种纤维素复配水处理絮凝剂及其使用方法。
所述纤维素复配水处理絮凝剂按质量比的组成如下：
纤维素1～5，混凝剂1～3；所述混凝剂选自硫酸铝(Al2(SO4)3)、氯化铁(FeCl3)、聚合氯化铝等中的一种。
所述纤维素复配水处理絮凝剂的使用方法如下：
先向水中加入混凝剂，在300～500r/min的转速下搅拌30～60s；再加入纤维素，继续在200～300r/min的转速下搅拌1min后，继续在100～200r/min的转速下搅拌5min，最后在50～100r/min的转速下搅拌10min，停止搅拌后，静置沉淀15～20min。
本发明根据不同的水质特点和复配药剂的性能，选择不同混凝剂与纤维素进行复配并应用于水的混凝沉淀处理，通过实验优化了复配比例和搅拌方式，以发挥各自的优势，适应不同类型水的处理需要。实验结果表明，将纸纤维与硫酸铝、氯化铁和聚合氯化铝等传统药剂进行复配使用，在保证处理效果的前提下能减少投药量，且生成的矾花大而密实，沉降速度快，同时还能去除部分水溶性有机物。
本发明的有益效果如下：
(1)相比传统混凝工艺，应用本发明的纤维素复配水处理絮凝剂进行水处理，能够强化混凝过程，提高处理效果，降低处理成本，减少传统药剂的投加量，提升水处理的安全性。采用本发明的纤维素复配水处理絮凝剂处理低浊度水，当纤维素和混凝剂投加量均为20mg/L时，处理后的出水水质优于单独使用浓度为40mg/L的混凝剂的处理效果。在降低投药量和处理成本的同时，使用本发明的纤维素复配水处理絮凝剂还能减少出水中的余铝和余铁，提高水质安全性。
(2)在纤维素复配水处理絮凝剂的使用过程中，借助于多孔、表面积大、具有亲和吸附性等优点，纤维素能够帮助去除水中的溶解性污染物质。实验表明，利用本发明处理后的水，其耗氧量相比传统工艺可再降低20％～36％。
(3)使用纤维素复配水处理絮凝剂进行混凝沉淀处理，所产生的矾花颗粒大，结构相对密实，沉速较快。相比使用硫酸铝作为混凝剂，矾花的沉降速度提升1倍以上，达到相同浊度水平所需的时间极大缩短，由此可减小沉淀池的停留时间，从而实现减小沉淀池的占地面积和建设费用的目的。
(4)在混凝沉淀处理技术中，高效、无毒、廉价、适用范围广和易生物降解为特点的新型混凝剂，越来越受到人们的重视。天然纤维素来源广泛、价格低廉、性质稳定，能够降低处理成本，产生的污泥易生物降解，不会造成二次污染问题，属于环境友好型水处理材料，适应行业和社会发展的需求。
(5)利用本发明纤维素复配水处理絮凝剂所形成的絮体颗粒大而密实，利于后续的沉淀和过滤等处理环节，避免了原传统混凝工艺中因外界的扰动而使矾花浮起和滤池频繁堵塞等问题。使用本发明纤维素复配水处理絮凝剂能取得较好的处理水质(如较低的剩余浊度、耗氧量、余铁、余铝等指标)，还可有效降低后续加氯消毒的药耗，保证管网水质安全。
附图说明
图1为本发明纤维素复配水处理絮凝剂中的纤维素用量对低浊水混凝沉淀处理效果的影响。
图2为本发明纤维素复配水处理絮凝剂中纤维素用量对水源水混凝沉淀处理效果的影响。
图3为沉淀时间对纤维素和硫酸铝复配的纤维素复配水处理絮凝剂处理低浊水的影响。
图4为纤维素用量对余铝、余铁的影响。
图5为使用硫酸铝(左)和纤维素/硫酸铝复配(右)生成絮体的比较(40倍)。
图6为使用氯化铁(左)和纤维素/氯化铁复配(右)生成絮体的比较(100倍)。
具体实施方式
实施例1
以南方地区湖水为处理对象，当水温为22℃，浊度为17.63NTU，属于低浊度水源水。先向水中加入硫酸铝，浓度为20mg/L，在300r/min的转速下快速搅拌60s，停止搅拌，加入纤维素，浓度为50mg/L，继续快速搅拌60s，在100r/min的转速下中速搅拌5min，在50r/min的转速下慢速搅拌10min，停止搅拌，静置沉淀20min后取上清液检测，剩余浊度为0.65NTU，余铝为0.61mg/L。而同条件下仅投加硫酸铝处理，出水的剩余浊度为7.56NTU，余铝为0.94mg/L。
实施例2
以南方地区湖水为处理对象，当水温为22℃，浊度为17.63NTU，属于低浊度水源水。先向水中加入氯化铁，浓度为20mg/L，在300r/min的转速下快速搅拌60s，停止搅拌，加入纤维素，浓度为40mg/L，继续快速搅拌60s，在100r/min的转速下中速搅拌5min，在50r/min的转速下慢速搅拌10min，停止搅拌，静置沉淀20min后取上清液检测，剩余浊度为0.71NTU，余铁为1.74mg/L。而同条件下仅投加氯化铁处理，出水的剩余浊度为3.41NTU，余铁为2.43mg/L。
实施例3
以南方地区湖水为处理对象，原水水温为19℃，浊度为67.73NTU，耗氧量为5.17mg/L。先向水中加入氯化铁，浓度为30mg/L，在500r/min的转速下快速搅拌30s，停止搅拌，加入纤维素，浓度为15mg/L，继续在300r/min的转速下快速搅拌30s，在200r/min的转速下中速搅拌5min，在100r/min的转速下慢速搅拌10min，停止搅拌，静置沉淀20min后取上清液检测，剩余浊度为4.21NTU，耗氧量为1.53mg/L。而同条件下仅投加氯化铁处理，出水的剩余浊度为11.81NTU，耗氧量为2.24mg/L。
华南地区冬季湖水，水温为12～14℃，浊度为10～20NTU，耗氧量为2.36～3.69mg/L时，原水具有低浊水的特性。照本发明的方式，当纤维素投加量为20～40mg/L，硫酸铝投加量为20mg/L，并采用本发明的投药和搅拌方式，可取得理想的处理效果。处理后水的浊度可降到1NTU以下，最低可达到0.28NTU，耗氧量下降至1.28～2.11mg/L，余铝为0.73～0.78mg/L。而同浓度下单独使用硫酸铝的处理效果一般，水的浊度为5.99～8.70NTU，耗氧量为2.36mg/L，余铝为0.94mg/L。使用纤维素与硫酸铝复配的混凝剂形成的矾花较大，沉降性能良好，静置2min后浊度即降至4.37NTU以下，而单独使用硫酸铝在相同条件下为9.62NTU。
华南地区春夏季湖水，水温为18～20℃，浊度为60～70NTU，耗氧量为4.78～5.17mg/L。照本发明的方式，当纤维素投加量为15～20mg/L，硫酸铝投加量为30mg/L，并采用本发明的投药和搅拌方式，可取得理想的处理效果。处理后水的浊度可降到1.51～3.77NTU，耗氧量下降至0.92～0.83mg/L。而同浓度下单独使用硫酸铝的处理效果一般，水的浊度为7.30NTU，耗氧量为2.01mg/L。
华南地区春夏季湖水，水温为18～20℃，浊度为60～70NTU，耗氧量为4.78～5.17mg/L。照本发明的方式，当纤维素投加量为15～25mg/L，氯化铁投加量为30mg/L，并采用本发明的投药和搅拌方式，可取得理想的处理效果，处理后水的浊度可降到1.91～4.21NTU，而同浓度下单独使用氯化铁的处理效果一般，水的浊度为11.81NTU。
Claims (2)
1.一种纤维素复配水处理絮凝剂，其特征在于按质量比的组成如下：
纤维素1～5，混凝剂1～3；所述混凝剂选自硫酸铝、氯化铁、聚合氯化铝中的一种。
2.如权利要求1所述纤维素复配水处理絮凝剂的使用方法，其特征在于具体步骤如下：
先向水中加入混凝剂，在300～500r/min的转速下搅拌30～60s；再加入纤维素，继续在200～300r/min的转速下搅拌1min后，继续在100～200r/min的转速下搅拌5min，最后在50～100r/min的转速下搅拌10min，停止搅拌后，静置沉淀15～20min。
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