CN104284866B - 水处理组合物及其用途 - Google Patents

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Abstract

用于澄清水、降低水浊度和从水中脱除磷酸盐的方法，包括：加入包含含铝絮凝剂和天然不带电的多糖如瓜尔胶的水处理组合物。所述含铝絮凝剂可以包括聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合。

Description

水处理组合物及其用途
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请No.61/798333和2012年3月28日提交的美国临时申请No.61/616943的权益，这两个申请在此明确通过参考引入。
背景技术
脱除水中的悬浮物涉及到市政水处理厂、工业水处理厂、环境雨水和娱乐用水的问题。凝聚和絮凝是公知的脱除悬浮物的方法。凝聚可以被视为使悬浮颗粒上的电荷失去平衡或被中和由此使它们开始聚集的初始方法。凝聚通常与絮凝、沉降或过滤组合。絮凝是聚集颗粒为较大团。市场上目前有许多化学品有助于凝聚和/或絮凝。这其中有金属盐，例如聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁和氯化铁。阳离子聚合物如壳聚糖也可以用作絮凝剂。壳聚糖是源自于天然甲壳素的聚合物。甲壳素是由天然存在于无脊椎动物外骨骼中、特别是海洋甲壳动物甲壳中的α-(1-4)-连接的2-乙酰氨基-2-脱氧D-葡萄糖单元组成的线性多糖。甲壳素化学脱乙酰化产生壳聚糖，其为2-氨基-2-脱氧D-葡萄糖和2-乙酰氨基-2-脱氧D-葡萄糖单元的共聚物。
尽管使用金属盐可以降低水浊度是已知的，但一般希望在减少总金属盐使用量的同时维持希望的水透明度。因此，一直在寻求使用金属盐的新方法。
发明内容
提供本概述以简化形式引入概念的选择，所述概念将在下面的具体实施方式部分进一步描述。该概述不打算确认所要求主题的重要特征，也不打算用来帮助确定所要求主题的范围。
一些实施方案涉及通过用水处理组合物处理水用于澄清水和降低水浊度的组合物，所述水处理组合物由瓜尔胶与聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合组成，以便引起聚团和随后通过在过滤介质上或过滤介质内收集而脱除剪切稳定的不溶性悬浮的和/或部分可溶于水的絮状物和聚集体，所述过滤介质允许更容易更有效的反洗和改进的长时间使用。所述方法包括向含不溶性悬浮的和/或部分可溶于水的溶解材料的水中加入有效量的水处理组合物，和允许水处理组合物与悬浮的不溶性或可溶的物质相互作用以便允许所述物质聚团和在重力下沉降和/或浮到表面。聚团的物质可以通过本领域已知的多种方式的任何一种如过滤、重力沉降、离心、旋风分离器、真空过滤或通过浮选和撇取从水中分离出来。
水处理组合物可以是由包含含铝化合物如聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合和源自植物、微生物或动物的可溶于水的天然非化学衍生多糖组成的液体溶液组成。
水处理组合物的一个示例性实施方案包括多糖瓜尔胶和聚合氯化铝。
水处理组合物的另一个示例性实施方案包括瓜尔胶和硫酸铝。
水处理组合物的另一个示例性实施方案包括瓜尔胶和氯化羟铝。
水处理组合物的另一个示例性实施方案包括瓜尔胶和聚合氯化羟铝。
水处理组合物的另一个示例性实施方案包括瓜尔胶和铝酸钠。
水处理组合物的另一个示例性实施方案包括瓜尔胶和聚合硫酸铝。
水处理组合物的另一个示例性实施方案包括瓜尔胶和聚合硅酸氯化铝。
水处理组合物的另一个示例性实施方案包括瓜尔胶和聚合硅酸硫酸铝。
水处理组合物的另一个实施方案包括源自植物、微生物或动物的可溶于水的天然非化学衍生多糖的自由流动固体颗粒或粉末，所述多糖的自由流动固体颗粒或粉末与硫酸铝(明矾)、聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合硅酸硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硫酸铝、铝酸钠或聚合氯化羟铝的颗粒和/或粉末的自由流动固体一起混合。
水处理组合物还可以包含防腐剂来防止包括细菌、真菌和/或酵母的微生物生长。防腐剂可以包括但不限于苯甲酸钠、山梨酸钾、对羟基苯甲酸酯、山梨酸和苯甲酸。
组成水处理组合物的多糖可以包括以下天然非衍生多糖的组合：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。
水处理组合物可以包含商业上有效的用于澄清水的天然非衍生多糖组合，和还包含聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合氯化铝与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍 胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的氯化羟铝与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合氯化羟铝与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的硫酸铝与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、 α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合铝酸钠与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合硫酸铝与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合硅酸氯化铝与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合硅酸硫酸铝与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物/配方的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝和硫酸铝中任意两种或多种的组合、或所有铝化合物的组合与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡 喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案由商业上有效的用于澄清水的聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝的组合与多糖或多糖的组合组成，所述多糖选自如下天然非衍生多糖：半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、α-D葡聚糖、木糖葡聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、菊粉、交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖、α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。此外或替代地，可以使用牛奶衍生的蛋白酪朊酸钠和/或水解酪蛋白和/或和氨基酸均聚物，例如聚合谷氨酸。
水处理组合物的另一个实施方案包括通过将聚合氯化铝溶液与溶解瓜尔胶的水溶液混合产生的瓜尔胶铝复合物。所述组合物溶液是约50％(wt/wt.)的聚合氯化铝溶液(例如，Kemira PAX-XL8或PAX-XL6)和50％(wt./wt.)的1％(wt./wt.)瓜尔胶(例如，Univar瓜尔豆胶50，FCC等级)。
水处理组合物的另一个实施方案包括通过缓慢地向250g 1％的含水瓜尔胶(例如，Univar 50)中加入100g聚合氯化铝(例如，Kemira PAX-XL6，10.3％Al2O3)和混合后加入150g含水明矾(例如，Univar48％硫酸铝)产生的瓜尔胶铝复合物。所述组合物溶液是大约20％(wt/wt.)的聚合氯化铝溶液和50％(wt./wt.)的1％瓜尔胶溶液及30％(wt./wt.)的48％硫酸铝溶液。
水处理组合物的另一个实施方案包括通过将硫酸铝溶液和固体可溶于水的瓜尔胶混合产生的瓜尔胶铝复合物。所述组合物是约24％(wt./wt.)的硫酸铝和0.5％(wt./wt.)的瓜尔胶(例如，Univar瓜尔豆胶50，批次10202008)。
一些实施方案涉及通过用水处理组合物处理水用于澄清水和降低水浊度的方法，所述水处理组合物由瓜尔胶与聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合组成，以便引起聚团和随后通过在过滤介质上或过滤介质内收集而脱除剪切稳定的不溶性悬浮的和/或部分可溶于水的絮状物和聚集体，所述过滤介质允许更容易更有效的反洗和改进的长时间使用。所述方法包括向含不溶性悬浮的和/或部分可溶于水的溶解材料的水中加入有效量的水处理组合物，和允许水处理组合物与悬浮的不溶性或可溶的物质相互作用以便允许所述物质聚团和在重力下沉降和/或浮到表面。聚团的物质可以通过本领域已知的多种方式的任何一种如过滤、重力沉降、离心、旋风分离器、真空过滤或通过浮选和撇取从水中分离出来。
所述过滤介质可以包括沙子、硅藻土、沸石、碳、非织造或织造土工织物袋、滤筒袋、绳过滤器、织造或非织造聚丙烯或聚乙烯网、纤维素织物和金属或不锈钢筛。
所述悬浮的不溶性物质可以包括如下：微生物如细菌、病毒、原生动物(隐孢子虫卵囊或贾第虫卵囊)；蛋白质、油、脂肪、藻类、有机物包括烃和不溶性淀粉；药物成分如用于制备疫苗的材料；营养物；商业有用的工业纤维；市政和工业废水中的悬浮污泥材料；疏浚固体；尾矿中的悬浮材料；悬浮金属氧化物或金属氧化物氢氧化物、石墨颗粒；碳颗粒；油气钻井和/或水力压裂操作的悬浮材料；娱乐用水或水产养殖操作或水族馆的水中的悬浮物；存在于建筑径流中的悬浮物；和存在于炼油厂操作的水中的悬浮物。
当向包含不溶性悬浮的和/或部分可溶于水材料的水体中加入包含聚合氯化铝和瓜尔胶的水处理组合物时，相比于仅加入相同剂量的聚合氯化铝或瓜尔胶时观察到的絮凝效率，此时观察到提高的絮凝效率。
另一个实施方案是用于从水中脱除含磷酸盐化合物如正磷酸盐的方法，该方法包括：向含磷酸盐的水中加入含瓜尔胶与聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合的水处理组合物以脱除或降低磷酸盐浓度，且大于仅用相同剂量的瓜尔胶或聚合氯化铝或明矾可以脱除的磷酸盐浓度。所述磷酸盐可以通过过滤或重力沉降脱除。
附图说明
当结合附图和参照以下的具体实施方式时，本发明前述方面和许多相关优点将更容易理解。所述附图如下：
图1的图线描述了使用瓜尔胶和聚合氯化铝的各种样品时的浊度降低结果；和
图2的图线描述了使用瓜尔胶与聚合氯化铝及瓜尔胶与明矾时的浊度降低结果。
具体实施方式
通过凝聚和絮凝以及之后的沉降、撇取、过滤、离心或它们的任意组合可以脱除含水流体中的悬浮颗粒或可溶物质。凝聚通常包括使用多价无机金属盐如硫酸铝(明矾)、氯化铝、聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铁或氯化铁。
絮凝剂如壳聚糖或聚丙烯酰胺也已经分别使用或与明矾或聚合氯化铝组合来处理水用于降低浊度和/或脱除悬浮固体物质。尽管所述组合可以改进凝聚、絮凝和絮状物大小，但所得絮凝物当经历低至中等压力或搅拌时可能仍显示低剪切强度和被破碎。包含在反洗周期中不附着于过滤介质而是容易从过滤介质释放的絮凝的不溶材料的过滤器 的改进反洗具有重要意义。使用天然不带电的多糖如瓜尔胶与含铝絮凝剂如聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的一些组合组合可以提供容易且更有效的反洗。其它天然不带电的多糖可以包括刺槐豆胶、淀粉、魔芋和纤维素。
在用于澄清水、降低水浊度和从水中脱除磷酸盐的方法中使用的水处理组合物包括含铝絮凝剂或含铝絮凝剂的组合与天然不带电的多糖或天然不带电的多糖的组合。任选地，所述水处理组合物可以包括水。水处理组合物可以作为溶液或以干固体形式应用。含铝絮凝剂和天然不带电的多糖可以作为溶液或干固体形式或复合形式一起应用。含铝絮凝剂和天然不带电的多糖可以分别应用，各自为溶液或干固体形式。含铝絮凝剂和天然不带电的多糖进一步描述如下。
含铝絮凝剂
含铝絮凝剂是可商购的。含铝化合物可以作为水溶液或干(固体)粉末或颗粒形式应用。可以单独或组合应用以下物质：聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝。
硫酸铝具有通式Al2(SO4)3·xH2O，其中X据报导为13、14、15、16、17、18或组合。溶液可以通过铝含量定义或根据当量氧化铝A2O3表达。
聚合氯化铝可以具有通式Aln(OH)mCl(3n-m)，其中0<m≤3n，和n≥1。见美国专利No.7,846,318，在此通过参考明确引入。该物质可以在水中形成聚合物。pH关联式m/(3n)。絮凝剂的碱度越高，碱度消耗越低，因此，水的pH降低也越少。可商购聚合氯化铝的碱度可以为约15-83％w/w。碱度可以为低、中或高碱度。碱度范围可以为约10-83％，和可在这中间引出的任意范围，如开始于10％、20％、30％、40％、50％、60％或70％和结束于20％、30％、40％、50％、60％、70或80％的范围。
一些聚合氯化铝可以具有硫酸根。在文献中，这些化合物有时称 为聚合氯化铝，和有时也称为聚合氯化硫酸铝。一些聚合氯化铝(聚合氯化硫酸铝)的通式可以为AlnOHm(SO4)kCl(3n-m-k)。硫酸根可以为约2-3wt.％。
氯化羟铝是其中n＝2和m＝5的聚合氯化铝的名字。氯化羟铝可以具有通式A12C1(OH)5，其具有约83％的碱度。
适合的含铝絮凝剂可以以名称PAX从Kemira化学品Inc.获得。
多糖
组成水处理组合物的多糖可以包括以下天然非衍生多糖的组合：半乳甘露聚糖；葡甘露聚糖；α-D葡聚糖；木糖葡聚糖；阿拉伯糖基木聚糖；菊粉；交替的α-(1-3)和α-(1-4)吡喃半乳糖单元的线性多糖；α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖；α-D-吡喃葡萄糖糖苷连接单元的线性多糖；α-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和α-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖的糖苷连接单元的杂聚物。尽管不全面彻底，典型的实例包括瓜尔胶和刺槐豆胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、淀粉(直链和支链)、琼脂、角叉胶、果胶、黄原胶、魔芋、纤维素、甲壳素和壳聚糖。
天然不带电的多糖包括瓜尔胶。瓜尔胶(瓜尔豆胶)是直链的半乳甘露聚糖，其中半乳糖间隔位于甘露糖单元上。β1-4糖苷连接耦合甘露糖单元和半乳糖侧链通过α1-6连接。用于使用的适合瓜尔胶可从Univar Inc.获得。其它天然不带电的多糖可以包括刺槐豆胶、淀粉、魔芋和纤维素。
用于澄清水或从水中脱除磷酸盐的方法的一些实施方案包括如下步骤：向含物质的水中加入选自聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合的含铝絮凝剂和协同量的天然不带电的多糖；在包含所述物质、含铝化合物和多糖的水中形成聚团；和从水中脱除聚团以从水中脱除所述物质。
在一些实施方案中，天然不带电的多糖是瓜尔胶。
在一些实施方案中，添加含铝絮凝剂和多糖包括添加含铝絮凝剂 和瓜尔胶的溶液。
在一些实施方案中，添加含铝絮凝剂和多糖包括添加固体形态的含铝絮凝剂和瓜尔胶。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的聚合氯化铝。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的氯化羟铝。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的聚合氯化羟铝。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的硫酸铝。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的铝酸钠。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的聚合硫酸铝。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的聚合硅酸氯化铝。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂基本上是100wt％的聚合硅酸硫酸铝。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括聚合氯化铝和水的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括氯化羟铝和水的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括聚合氯化羟铝和水的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括硫酸铝和水的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括铝酸钠和水的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括聚合硫酸铝和水的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括聚合硅酸氯化铝和水的溶液。在一些实施方案中，含铝絮凝剂包括聚合硅酸硫酸铝和水的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂是由具有通式Aln(OH)mCl(3n-m)的化合物制成的溶液，其中0<m≤3n，和n≥1。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂是由具有通式Al2(SO4)3·xH2O的化合物制成的溶液。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂是由具有通式A12C1(OH)5的化合物制成的溶液。
在一些实施方案中，多糖与含铝絮凝剂的比为约1:34。
在一些实施方案中，多糖与含铝絮凝剂的比为约1:48。
在一些实施方案中，多糖与含铝絮凝剂的比为约1:10-约1:100。
在一些实施方案中，含铝絮凝剂和多糖作为瓜尔胶铝复合物添加。
在一些实施方案中，瓜尔胶铝复合物通过包括向固体含铝絮凝剂中加入固体瓜尔胶和向固体瓜尔胶和含铝絮凝剂中加入水的方法制成。
在一些实施方案中，含铝化合物和多糖一起添加。
在一些实施方案中，含铝化合物和多糖分别添加。
在一些实施方案中，被脱除的磷酸盐是正磷酸盐。
在一些实施方案中，在水中的所述物质包括：微生物、细菌、病毒、原生动物、隐孢子虫卵囊、贾第虫的卵囊；蛋白质、油、脂肪、藻类、烃、金属氧化物、金属氧化物氢氧化物、不溶性淀粉；药物、营养物；纤维、聚芳纶、疏浚固体；尾矿中的悬浮材料、石墨颗粒、碳颗粒、油气钻井或水力压裂的悬浮材料；娱乐用水或水产养殖操作或水族馆的水中的悬浮物；存在于建筑径流中的悬浮物；和存在于炼油厂操作的水中的悬浮物。
在一些实施方案中，多糖是选自刺槐豆胶、淀粉、魔芋或纤维素的天然不带电的多糖。
澄清水的方法的一些实施方案包括如下步骤：向含磷酸盐化合物的水中加入选自聚合氯化铝、氯化羟铝、聚合氯化羟铝、硫酸铝、铝酸钠、聚合硫酸铝、聚合硅酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝或它们的组合的含铝絮凝剂和协同量的天然不带电的多糖；在包含磷酸盐化合物、含铝絮凝剂和多糖的水中形成聚团；和从水中脱除聚团以从水中脱除所述磷酸盐化合物。
在一些实施方案中，磷酸盐化合物是正磷酸盐。
在一些实施方案中，多糖是瓜尔胶。
在一些实施方案中，含铝化合物是聚合氯化铝。
在一些实施方案中，含铝化合物是氯化羟铝。
在一些实施方案中，含铝化合物是聚合氯化羟铝。
在一些实施方案中，含铝化合物是硫酸铝。
在一些实施方案中，含铝化合物是铝酸钠。
在一些实施方案中，含铝化合物是聚合硫酸铝。
在一些实施方案中，含铝化合物是聚合硅酸氯化铝。
在一些实施方案中，含铝化合物是聚合硅酸硫酸铝。
在一些实施方案中，多糖与含铝絮凝剂的比为约1:34。
在一些实施方案中，多糖与含铝絮凝剂的比为约1:48。
在一些实施方案中，多糖与含铝絮凝剂的比为约1:10-约1:100。
实施例
实施例1
(证实瓜尔胶和硫酸铝在降低浊度中的协同作用)
1、使四个玻璃闪烁(玻璃)瓶每个装入20ml回流/产生的水
2、标记一个瓶为“对照”、盖上盖子和放置一旁
3、向三个剩余瓶中的两个加入一或两滴1wt.％的瓜尔胶溶液、盖上盖子和震荡
4、向无瓜尔胶的第三个瓶和有1wt.％瓜尔胶溶液的两个瓶中的一个加入步骤#3所用等量滴数的48wt.％硫酸铝/水溶液、盖上盖子和震荡
5、在环境T下再次震荡四个盖上盖子的闪烁(玻璃)瓶和放置一旁
6、观察絮凝和澄清性能.
表3：初始明矾/瓜尔胶罐测试关键和结果
结果：
在仅用明矾或瓜尔胶处理的产生水样品中未观察到可见的絮凝或沉降。在先用瓜尔胶和然后用明矾处理的样品中观察到明显的沉降。在标记为“对照”的未处理样品中没有变化。
讨论：
当明矾和瓜尔胶组合使用时，存在一定的协同作用。仅用明矾处理的样品不能使样品变清澈，对于仅用瓜尔胶处理的样品也一样。只有包含明矾和瓜尔胶两者的样品产生结果。
实施例2
(证实瓜尔胶和硫酸铝在减少磷酸盐中的协同作用)
步骤：
通过向1升去离子水中加入1.719ml磷酸盐标准溶液(来自磷酸盐步骤的PAS-STM-803902)制备掺入正磷酸盐的水。100ml掺入正磷酸盐的水分配到塑料样品杯中。
1、硫酸铝(48wt.％的硫酸铝水合物，使用52wt.％的纯水(未稀释))。
2、混合物E—通过混合硫酸铝溶液和固体可溶于水的瓜尔胶制备的瓜尔胶铝复合物。该组合物为约24％(wt./wt.)的明矾和0.5％(wt./wt.)的瓜尔胶(Univar瓜尔豆胶50)。
3、向100ml混合并放置不同时间段的掺入正磷酸盐的水中加入100微升硫酸铝或混合物E。对照样品仅接收100微升的水。不同时间段之后，12ml处理水样品通过0.45微米过滤器过滤、用去离子水稀释为1:10和与1粉枕HACH试剂PhosVer3反应，并用HACH分光光度计光谱光度测量确定磷酸盐浓度。在其它实验中，不经过滤测试处理水的磷酸盐浓度。
结果：
如表1显示，相比于未处理的对照样品，明矾和混合物E分别降低磷酸盐浓度24％和27％。
表1.在室温下过夜培育后过滤处理水的磷酸盐浓度
向包含在100ml量筒中的100ml掺入正磷酸盐的水中加入100微升明矾或混合物E并混合。在RT(室温)下静置2小时之后，从量筒的顶部(100-90ml)、中部(50-40ml)或底部(20-10ml)取水样。水样用去离子水稀释为1:10和不经过滤用粉枕HACH试剂PhosVer3光谱光度测量磷酸盐浓度。
结果显示在下表2中。
表2.在量筒中不同位置取样的处理水的磷酸盐浓度。对照磷酸盐水包含10ppm
结论
使用约一半量的明矾时，混合物E降低正磷酸盐浓度与明矾相似。
实施例3
(用瓜尔胶测试各种PAC)
产品测试方法：
1、在10升去离子水中混合200克Arizona细粉((PTI ID:10943F)来制备Arizona测试粉末溶液。
2、向Arizona测试粉末溶液中加入1N HC1使pH从9.4降至7.2。
3、将500ml Arizona测试粉末溶液倒入单独的500ml瓶中和分别标记为加入的瓜尔胶/PAC制剂。
4、向500ml Arizona测试粉末溶液中加入分别包含不同PAC的瓜尔胶/PAC制剂至最终浓度为50ppm和混合约2分钟，然后沉降10分钟(对于每种制剂，瓜尔胶和铝的浓度相同)。沉降10分钟之后，测量用各自的瓜尔胶/PAC制剂处理的每种Arizona测试粉末溶液的浊度。对照用未处理的Arizona测试粉末溶液的浊度为约8000NTU。
图1的结果清楚地显示出碱度70％的制剂29-RT在降低浊度上表现得比碱度75％的制剂28RT和碱度51％的制剂30RT明显更好。值代表五次重复的平均值。
样品描述：
240-48-28-RT
在12/20/12向17.22克Grade 28PAC中加入0.5克瓜尔胶(Univar，批次#10202008)和在室温下作为粉末贮存。4周之后在02/06/13，加入82.28克去离子水和混合约2小时。然后保持溶液和作为液体贮存27天，然后测试。Grade 28PAC的碱度为75％和A12O3的含量为30.2％。
240-48-29-RT
在12/20/12向16.99克Grade 29PAC中加入0.5克瓜尔胶和在室温下作为粉末贮存。4周之后在02/06/13，加入82.51克去离子水和混合约2小时。然后保持溶液和作为液体贮存27天，然后测试。Grade29PAC的碱度为70％和A12O3的含量为30.6％。
240-48-30-RT液体
在12/20/12向16.99克Grade 30PAC中加入0.5克瓜尔胶和在室温下作为粉末贮存。4周之后在02/06/13，加入82.51克去离子水和混合约2小时。然后保持溶液和作为液体贮存27天，然后测试。Grade30PAC的碱度为51％和A12O3的含量为30.6％。
结果：
图1的图线给出了结果。浊度用NTU表示。样品29@RT降低浊度最有效。在50ppm下，相比于28@RT降低浊度至约300NTU和30@RT降低浊度至约700NTU，29@RT降低浊度至约100NTU。
实施例4
来自Bear Creek Services(Contly 27-H#134-H#1)的压裂井水(有时称为钻井水)样品。以计量量加入到20ml样品中，混合，然后放置5分钟，之后测量浊度。结果在下表3中给出：
20ml样品 对照 1％瓜尔胶 PAX-XL6 213-133-B
计量量 0 25mg 25mg 50mg
NTU(5分钟) 740 760 860 320
配方213-133-B是50wt.％的Kemira PAX-XL6聚合氯化铝(碱度55％，A12O310.3％，Al 5.31％，硫酸根2.5％)和50wt.％的1％瓜尔胶水溶液(Univar瓜尔胶45)。为了制备产品，向瓜尔胶溶液中缓缓加入PAC并混合以得到均匀的溶液。
实施例5
(测试瓜尔胶/PAC vs.瓜尔胶/明矾)
产品测试方法：
1、在10升去离子水中混合200克Arizona细粉((PTI ID:10943F)以制备Arizona测试粉末溶液。
2、向Arizona测试粉末溶液中加入1N HC1使pH从9.4降至7.2。
3、将500ml Arizona测试粉末溶液倒入单独的500ml瓶中。
4、瓜尔胶/PAC制剂和瓜尔胶/明矾制剂各自加入到单独的500ml等分的Arizona测试粉末溶液至最终浓度为50ppm，和然后混合约2分钟和然后沉降10分钟。P-50制剂是50wt.％的Kemira PAX-XL8聚合氯化铝(碱度～70％，A12O310％，Al 5.5％)和50wt.％的1％瓜尔胶水溶液。A48制剂与前述混合物E相同。沉降10分钟之后，测量每种用各自的瓜尔胶/PAC制剂处理的Arizona测试粉末溶液的浊度。对照用未处理的Arizona测试粉末溶液的浊度为约8000NTU。
图2给出结果，其中数值代表五次重复的平均值。结果清楚地显示P-50制剂在降低浊度上表现得比A48(混合物E)制剂明显更好。比较约180NTU与1000NTU。
虽然已经说明和描述了实施方案，但应理解可以在不偏离本发明的精神和范围下做出各种改变。

Claims (9)

1.一种水处理组合物，所述水处理组合物包括：
聚合氯化铝和瓜尔胶的复合物，所述聚合氯化铝瓜尔胶复合物通过选自如下的方法制成：
a)包括添加固体瓜尔胶和固体聚合氯化铝和向固体瓜尔胶和聚合氯化铝中添加水的方法；
b)包括添加固体瓜尔胶和聚合氯化铝溶液和任选添加水的方法；和
c)包括添加固体聚合氯化铝和瓜尔胶溶液和任选添加水的方法；
其中所述聚合氯化铝的碱度为50-80％，和其中所述复合物中瓜尔胶与聚合氯化铝的比为1:10-1:100。
2.一种用于澄清水的方法，所述方法包括:
向含物质的水中加入权利要求1的水处理组合物；
在包含所述物质和所述水处理组合物的水中形成聚团；和
从水中脱除聚团以从水中脱除所述物质。
3.权利要求2的方法，其中在水中的所述物质包括如下至少一种：微生物；蛋白质、油、脂肪、烃、金属氧化物、不溶性淀粉、碳颗粒；药物；纤维；疏浚固体；尾矿中的悬浮材料、油气钻井或水力压裂的悬浮材料；娱乐用水或水产养殖操作水中的悬浮物；存在于建筑径流中的悬浮物；和存在于炼油厂操作的水中的悬浮物。
4.权利要求3的方法，其中所述微生物选自细菌、病毒、原生动物和藻类。
5.权利要求4的方法，其中所述原生动物选自隐孢子虫卵囊和贾第虫卵囊。
6.一种从水中脱除磷酸盐的方法，所述方法包括:
向含物质的水中加入权利要求1的水处理组合物；
在包含所述物质和所述水处理组合物的水中形成聚团；和
从水中脱除聚团以从水中脱除所述磷酸盐。
7.一种用于澄清钻井水或降低钻井水浊度的方法，所述方法包括:
向含物质的水中加入权利要求1的水处理组合物；
在包含所述物质和所述水处理组合物的水中形成聚团；和
从水中脱除聚团以从水中脱除所述物质。
8.一种用于澄清含烃水或降低含烃水浊度的方法，所述方法包括:
向含物质的水中加入权利要求1的水处理组合物；
在包含所述物质和所述水处理组合物的水中形成聚团；和
从水中脱除聚团以从水中脱除所述物质。
9.一种用于澄清水或降低水浊度的方法，所述水中含有油气钻井或水力压裂的悬浮材料或存在于炼油厂操作的水中的悬浮物，所述方法包括:
向含物质的水中加入权利要求1的水处理组合物；
在包含所述物质和所述水处理组合物的水中形成聚团；和
从水中脱除聚团以从水中脱除所述物质。
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