CN104118925A

CN104118925A - 一种复合型高效无机凝聚剂

Info

Publication number: CN104118925A
Application number: CN201410390644.6A
Authority: CN
Inventors: 高扬; 孙科; 顾巍; 顾晓慧
Original assignee: 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: CN104118925B

Abstract

本发明公开一种复合型高效无机凝聚剂，所用原料包括聚合氯化铝铁、NaOH、聚硅酸、泥炭，本发明聚凝剂的制备方法为：将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O、NaOH分别配制成一定浓度的水溶液，将FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O水溶液混合后，滴加NaOH水溶液进行碱化处理得聚合氯化铁铝溶液，再将该溶液与聚硅酸混合并熟化，最后再加入一定量的泥灰得复合型高效无机凝聚剂。本发明凝聚剂兼有铝盐和铁盐凝聚剂的特点，具有较强的电中和能力，聚硅酸增加共聚物分子量，有很好的吸附架桥能力，生产的凝聚剂同时具备电中和和架桥的能力，能有效用于水处理，且原料廉价、来源广泛。

Description

一种复合型高效无机凝聚剂

技术领域

本发明涉及污水水处理领域，尤其是涉及一种复合型高效无机凝聚剂PAFC-Si。

背景技术

目前，河湖清淤一体化工程中的上岸泥浆都需经过处理，但对于处理对象中富含的腐殖质、粘土、重金属、油类及藻类等众多杂质可在水中长时间地保持分散状态，具有沉降稳定性和聚合稳定性，通常不能以沉淀的方式去除，须通过添加凝聚剂以破坏凝胶的稳定性以达到污染物分离的目的。

从应用效果上来看，无机凝聚剂运用的最为广泛，但硫酸铝、氯化铁等存在效果差、对管道、泵体有一定腐蚀等缺点，而后开发的聚铝、聚铁产品在除浊、除油、除色等方面的效果显著提高，但聚铝易使水中残留Al(OH)₃，在热交换中会产生污垢；聚铁则使处理水略显黄色，影响感官效果。并且由于分子内无长链吸附的架桥结构，上述两种产品所形成的絮体普遍偏小，易破碎。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种复合型高效无机凝聚剂。本发明兼有铝盐和铁盐凝聚剂的特点，具有较强的电中和能力，聚硅酸增加共聚物分子量，有很好的吸附架桥能力，生产的凝聚剂同时具备电中和和架桥的能力，能有效用于水处理，且原料廉价、来源广泛。

本发明的技术方案如下：

一种复合型高效无机凝聚剂，原料为：聚合氯化铝铁、NaOH、聚硅酸、泥炭；

所述聚合氯化铝铁是由FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O聚合而成；

所述复合型高效无机凝聚剂的制备方法为：

(1)将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O、NaOH分别配置成0.8～1.2mol/L的水溶液，所述三种物质的水溶液的浓度一致；按Al/Fe摩尔比4:1～5:1将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O的水溶液在三口烧瓶中混合，搅拌使其均匀；

(2)在水浴温度为50～70℃下缓慢向三口烧瓶中滴加NaOH的水溶液，滴加完毕后在55～65℃下搅拌40min～2h，然后在75～85℃下熟化10～14h，所需NaOH水溶液的用量以制得碱化度为60％的聚合氯化铝铁溶液为准；

(3)在制得的聚合氯化铝铁溶液中加入(Fe+Al)/Si摩尔比为1:1的聚硅酸，充分搅拌，在常温下搅拌1h以上至液体内无杂质且液体浓度均匀即可，再静置熟化3～5h，即可得碱化度为60％的凝聚剂；

(4)最后按照泥炭的质量和步骤(3)所得凝聚剂体积的比为1:20g/L～50g/L添加泥炭，即可制得含不同泥炭浓度的复合型高效无机凝聚剂。

步骤(2)所述NaOH水溶液每分钟滴加量与FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合水溶液体积比为0.002～0.008。

所述碱化度是用Na⁺的饱和度来表示，它是指物质吸咐的交换性Na⁺占阳离子交换量的百分率；碱化度＝(交换性钠离子/阳离子交换量)×100％，详细测定及计算方法参照LY/T1240-1999。

所述泥炭由预处理过的蛭石粉代替；所述预处理过程为：将蛭石研磨至平均粒度为100～150μm的粉末，加入能将蛭石粉末淹没的水并混合均匀，-15～-5℃下冷冻处理30～60min，然后融化，如此处理3～5次，最后烘干水分，即得预处理过的蛭石粉。

本发明有益的技术效果在于：

本发明提供的PAFC-Si不仅能很好的处理低温、低浊水，它兼有铝盐和铁盐凝聚剂的特点，而且比普通凝聚剂的凝聚效果有明显的优越性，由于铁铝、聚硅酸共聚后的凝聚剂提高了分子量及分子大小，电中和和吸附能力增强，拥有用量少、投料范围宽、矾花形成时间短且形态粗大易于沉淀，易于过滤等特点，可缩短水样在处理系统中的停留时间等，因而提高了系统的处理能力，此外，对处理水的PH值基本无影响。

从原料上来看，本凝聚剂中铝铁复合共聚物生产原料均是廉价的传统无机凝聚剂，来源广、生产工艺简单，有利于开发利用。铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的混合物，它更有效地综合了PAC和FeCl₃的优点，铝铁聚合物在水中能够水解形成一系列带正电荷的羟基铝、铁离子，具有比普通凝聚剂更强的电中和能力，增强了去浊效果。而另外一种共聚物(聚硅酸)是长链结构，具有较高的相对分子质量，对水体中的胶体颗粒具有很强的吸附桥架能力，尤其针对重金属及印染废水。把二者共聚成一种产品，就使凝聚剂同时具备了电中和和架桥能力。

泥炭是一种经过几千年所形成的天然沼泽地产物(又称为草炭或是泥煤)，是煤化程度最低的煤，同时也是煤最原始的状态，无菌、无毒、无污染，通气性能好，质轻、持水、保肥、有利于微生物活动，增强生物性能，营养丰富，既是栽培基质，又是良好的土壤调解剂，并含有很高的有机质，腐殖酸及营养成份。不同的泥炭中含有不同的丰富的盐、微生物，根据现场实际情况，添加不同的泥炭，可以提高水处理净化中的吸附、置换反应，对一般的污水处理剂有一定的改进与提升作用。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

一种复合型高效无机凝聚剂，其制备方法为：

(1)将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O、NaOH分别配置成0.8mol/L的水溶液，所述三种物质的水溶液的浓度一致；按Al/Fe摩尔比4:1将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O的水溶液在三口烧瓶中混合，搅拌使其均匀；

(2)在水浴温度为50℃下缓慢向三口烧瓶中滴加NaOH的水溶液，每分钟滴加量与FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合水溶液体积比为0.002:1，滴加完毕后在55℃下搅拌2h，然后在75℃下熟化14h，所需NaOH水溶液的用量以制得碱化度为60％的聚合氯化铝铁溶液为准；

(3)在制得的聚合铝铁溶液中加入(Fe+Al)/Si摩尔比为1:1的聚硅酸，充分搅拌，在常温下搅拌1h以上至液体内无杂质且液体浓度均匀即可，再静置熟化5h，即可得碱化度为60％的凝聚剂；

(4)最后按照泥炭的质量和步骤(3)所得凝聚剂体积的比为0.05g/L添加泥炭，即可制得含不同泥炭浓度的复合型高效无机凝聚剂。

其中碱化度的测试方法参考LY/T1240-1999，所述碱化度＝(交换性钠离子/阳离子交换量)×100％。

实施例2

一种复合型高效无机凝聚剂，其制备方法为：

(1)将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O、NaOH分别配置成1mol/L的水溶液，所述三种物质的水溶液的浓度一致；按Al/Fe摩尔比5:1将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O的水溶液在三口烧瓶中混合，搅拌使其均匀；

(2)在水浴温度为70℃下缓慢向三口烧瓶中滴加NaOH的水溶液，每分钟滴加量与FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合水溶液体积比为0.008:1，滴加完毕后在65℃下搅拌40min，然后在85℃下熟化14h，所需NaOH水溶液的用量以制得碱化度为60％的聚合氯化铝铁溶液为准；

(3)在制得的聚合铝铁溶液中加入(Fe+Al)/Si摩尔比为1:1的聚硅酸，充分搅拌，在常温下搅拌1h以上至液体内无杂质且液体浓度均匀即可，再静置熟化3h，即可得碱化度为60％的凝聚剂；

(4)最后按照泥炭的质量和步骤(3)所得凝聚剂体积的比为0.02g/L添加泥炭，即可制得含不同泥炭浓度的复合型高效无机凝聚剂。

实施例3

一种复合型高效无机凝聚剂，其制备方法为：

(1)将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O、NaOH分别配置成1.2mol/L的水溶液，所述三种物质的水溶液的浓度一致；按Al/Fe摩尔比4.5:1将FeCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O的水溶液在三口烧瓶中混合，搅拌使其均匀；

(2)在水浴温度为60℃下缓慢向三口烧瓶中滴加NaOH的水溶液，每分钟滴加量与FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合水溶液体积比为0.006:1，滴加完毕后在60℃下搅拌1h，然后在80℃下熟化12h，所需NaOH水溶液的用量以制得碱化度为60％的聚合氯化铝铁溶液为准；

(3)在制得的聚合铝铁溶液中加入(Fe+Al)/Si摩尔比为1:1的聚硅酸，充分搅拌，在常温下搅拌1h以上至液体内无杂质且液体浓度均匀即可，再静置熟化4h，即可得碱化度为60％的凝聚剂；

(4)最后按照泥炭的质量和步骤(3)所得凝聚剂体积的比为0.035g/L添加泥炭，即可制得含不同泥炭浓度的复合型高效无机凝聚剂。

实施例4

制备方法同实施例1，仅将泥炭由预处理过的蛭石粉代替；预处理过程为：将蛭石研磨至平均粒度为100μm的粉末，加入能将蛭石粉末淹没的水并混合均匀，-15℃下冷冻处理40min，然后融化，如此处理3次，最后烘干水分，即得预处理过的蛭石粉。

实施例5

制备方法同实施例1，仅将泥炭由预处理过的蛭石粉代替；预处理过程为：将蛭石研磨至平均粒度为150μm的粉末，加入能将蛭石粉末淹没的水并混合均匀，-5℃下冷冻处理60min，然后融化，如此处理5次，最后烘干水分，即得预处理过的蛭石粉。

实施例6

制备方法同实施例1，仅将泥炭由预处理过的蛭石粉代替；预处理过程为：将蛭石研磨至平均粒度为120μm的粉末，加入能将蛭石粉末淹没的水并混合均匀，-10℃下冷冻处理30min，然后融化，如此处理4次，最后烘干水分，即得预处理过的蛭石粉。

检测例1：

将实施例1～6制备得到的复合型高效无机凝聚剂进行印染废水处理实验。取纯棉印染废水，实施例1～3分别按照废水与本复合型高效无机凝聚剂的质量体积比为4:1、5:1、4.5:1混合，实施例4～6也分别按照废水与本复合型高效无机凝聚剂的质量体积比为4:1、5:1、4.5:1混合，分别搅拌＞30min。处理前废水的指标和处理后废水的指标见表1所示。

表1

其中：COD：化学需氧量，在一定条件下，用强氧化剂(K₂Cr₂O₇、KMNO₄)氧化水中有机物和其他一些还原性物质时所消耗氧化剂的量，以氧的每升毫克数表示；SS：指悬浮物。

从表1可以看出，质量体积比在5:1时，对印染废水的水处理效果较好，基本符合排放标准，但pH值呈弱酸性；质量体积比在4.5:1时的水处理效果略次于5:1，但在3项指标中均符合排放标准，也可选用。用预处理过的蛭石粉代替泥炭所得凝聚剂的水处理效果明显提高。

检测例2：

将实施例1～3制备得到的复合型高效无机凝聚剂进行重金属污染的废水处理实验。取印刷电路板重金属污染的废水，实施例1～3分别按照废水与本复合型高效无机凝聚剂的质量体积比为4:1、5:1、4.5:1混合，实施例4～6也分别按照废水与本复合型高效无机凝聚剂的质量体积比为4:1、5:1、4.5:1混合，分别搅拌＞30min。处理前废水的指标和处理后废水的指标见表2所示。

表2

其中：CODcr：化学需氧量，在一定条件下，用强氧化剂(K₂Cr₂O₇)氧化水中有机物和其他一些还原性物质时所消耗氧化剂的量，以氧的每升毫克数表示；BOD：生化需氧量，有机污染物经微生物分解所消耗溶解氧的量；SS：指悬浮物。

从表2可以看出，三种体积比的药效对pH值处理效果差别并不是很大；在质量体积比为5:1时，絮凝剂效果为最好，且质量体积比为4.5:1的效果略差。用预处理过的蛭石粉代替泥炭所得凝聚剂的水处理效果明显提高。

以上描述是对本发明的解释，只是阐述本发明较好的实施例，不是对发明的限定，在不违背发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改，等同替换、改进等。

Claims

1.一种复合型高效无机凝聚剂，其特征在于所述复合型高效无机凝聚剂的原料为：聚合氯化铝铁、NaOH、聚硅酸、泥炭；

所述聚合氯化铝铁是由FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O聚合而成；

所述复合型高效无机凝聚剂的制备方法为：

2.根据权利要求1所述的复合型高效无机凝聚剂，其特征在于步骤(2)所述NaOH水溶液每分钟滴加量与FeCl₃·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合水溶液体积比为0.002～0.008。

3.根据权利要求1所述的复合型高效无机凝聚剂，其特征在于所述碱化度是用Na⁺的饱和度来表示，它是指物质吸咐的交换性Na⁺占阳离子交换量的百分率；碱化度＝(交换性钠离子/阳离子交换量)×100％，详细测定及计算方法参照LY/T1240-1999。

4.根据权利要求1所述的复合型高效无机凝聚剂，其特征在于所述泥炭由预处理过的蛭石粉代替；所述预处理过程为：将蛭石研磨至平均粒度为100～150μm的粉末，加入能将蛭石粉末淹没的水并混合均匀，-15～-5℃下冷冻处理30～60min，然后融化，如此处理3～5次，最后烘干水分，即得预处理过的蛭石粉。