CN104445557B - 一种高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用 - Google Patents

一种高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，该复合药剂的原料包括下述组分：高铁酸盐0.5～5％、聚合氯化铝铁35～40％、氢氧化钠2～3％和膨润土55～60％，其应用包括下述步骤：(1)在惰性气体氛围下，按照原料配方，将高铁酸盐和氢氧化钠混合均匀，得到混合物A；然后再在惰性气体氛围下，将混合物A、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，得到高铁酸盐复合药剂；(2)将高铁酸盐复合药剂以固体形式直接投加，或者溶解后以液体形式投加。本发明的高铁酸盐复合药剂处理低温低浊度地表水后可显著降低水中浊度、UV254、CODMn指标，且反应产物对人体无毒害作用。

Description

一种高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用
技术领域
本发明涉及一种用于地表水处理的药剂，尤其是涉及一种高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用。
背景技术
水中的有机物与病毒往往吸附在悬浮颗粒物的表面，浊度不仅反映水中悬浮颗粒物的浓度，也体现水中有机物和病毒的含量。有机物种类及其总量与浊度有明显的相关性，降低浊度能够提高饮用水的安全稳定性。
然而，冬季江河、水库水水温较低，一般温度<10℃。这个时期原水浊度也很低，江河水为5-30NTU，水库水也只有5-10NTU。而低温低浊水的浊度难以进一步降低，其主要原因如下：(1)水温过低不利于混凝剂的水解，现在大部分水厂所用的混凝剂为铁盐和铝盐，其水解都是吸热反应，水温过低不利于其水解；(2)低温水的粘度大，絮体颗粒碰撞凝聚的难度大，影响絮凝体的成长；(3)水化膜作用强烈，颗粒间排斥作用力增强；(4)低浊意味着水中>1μm的颗粒物质少，这样水中微细颗粒就缺少起粘附作用的“絮凝核”；(5)由于水中天然有机物的存在，水中胶体被天然有机物膜包裹，稳定性增强，常规给水处理工艺对其难于去除。因此，如何降低低温低浊水的浊度，提高饮用水的安全稳定性已成为目前亟需解决的问题。
现有技术在低温低浊度水中单一投加聚合氯化铝等常规药剂所形成的沉淀矾花结体较小而且轻浮，沉降速度较慢，絮凝效果较差。并且沉淀池容易出现“反池”现象，大量絮状矾花流入滤池，加重滤池的负担，大大增加了反冲洗频率，不仅大量浪费了水资源也加大了能耗。而聚硅酸盐类絮凝剂虽然在处理低温低浊度水时有一定效果，但是其稳定性差，在储存时会自行聚合，极易凝胶化，形成不溶于水的高聚物而失去絮凝功能，只能在使用时临时配置，大大限制了它的应用。
高铁酸盐是一种由六价铁酸根和金属离子组成的盐类，其通式为MxFeO4。高铁酸盐在整个pH范围内具有极强的氧化性，可以降解水中一系列有机污染物，其还原产物Fe3+和Fe(OH)3具有吸附絮凝作用，对环境无毒副作用，因此，高铁酸盐作为一种集氧化、絮凝、杀菌消毒于一体的多功能绿色水处理化学药剂日益受到国内外的关注。但是高铁酸盐的价格约为10万/吨，单独投加用于原水处理的成本过高，此外，高铁酸盐由于其强氧化性暴露环境下易氧化失效，因此开发出一种易保存、低成本的复合药剂有利于其应用于饮用水处理。
发明内容
为了克服采用常规处理工艺难以降低低温低浊水浊度或者采用常规絮凝剂储存稳定差导致失去絮凝功能，以及采用纯高铁酸盐凝剂成本高、不易保存的缺陷，本发明提供了一种高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，该高铁酸盐复合药剂原料组分包括高铁酸盐、聚合氯化铝铁、氢氧化钠和膨润土，其作用于低温低浊度地表水时能有效破坏水体胶体的稳定性，有助于絮体形成，并增加絮体重量提高沉降性能，有效降低水处理成本，且反应产物对环境人体无害，符合现代健康生活的需求。本发明复合药剂中的高铁酸盐在整个pH范围内具有极强的氧化性，可以降解水中一系列有机污染物，破坏水中胶体稳定性，其还原产物Fe3+和Fe(OH)3具有吸附絮凝作用，对环境无毒副作用，集氧化、絮凝、杀菌消毒于一体。复合药剂中的聚合氯化铝铁作为常规絮凝剂其高效络合性能可与高铁酸盐协同提高水处理效果，并降低处理成本。复合药剂中的氢氧化钠于保存时可有效减缓高铁酸盐的自降解，增加药剂有效期；于使用时可调节水体pH，增加絮体沉降性能。复合药剂中的膨润土于保存时可包裹高铁酸盐，保护其有效成分；于使用时可吸附污染物并增加絮体重量以利于沉降。
本发明提供了一种高铁酸盐复合药剂，其包括下述原料组分：高铁酸盐0.5～5％、聚合氯化铝铁35～40％、氢氧化钠2～3％和膨润土55～60％，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
本发明中，所述高铁酸盐为本领域常规使用的高铁酸盐。所述高铁酸盐较佳地为高铁酸钾和/或高铁酸钠。
在本发明一较佳的实施例中，所述高铁酸盐复合药剂由下述原料组分组成：所述高铁酸盐0.5～5％、聚合氯化铝铁35～40％、氢氧化钠2～3％和膨润土55～60％，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
在本发明另一较佳的实施例中，所述高铁酸盐复合药剂由所述高铁酸盐5％、聚合氯化铝铁35％、氢氧化钠3％和膨润土57％组成，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
在本发明又一较佳的实施例中，所述高铁酸盐复合药剂由所述高铁酸盐0.5％、聚合氯化铝铁37.5％、氢氧化钠2％和膨润土60％组成，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
在本发明再一较佳的实施例中，所述高铁酸盐复合药剂由所述高铁酸盐2.5％、聚合氯化铝铁40％、氢氧化钠2.5％和膨润土55％组成，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
本发明还提供了一种上述高铁酸盐复合药剂的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：
(1)在惰性气体氛围下，按照原料配方，将所述高铁酸盐和氢氧化钠混合均匀，得到混合物A；
(2)在惰性气体氛围下，将所述混合物A、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，即得高铁酸盐复合药剂。
步骤(2)中，所述惰性气体氛围较佳地为氮气氛围和/或氩气氛围。
步骤(2)中，所述混合搅拌的搅拌速度较佳地为150～200转/分钟，搅拌时间较佳地为20～30分钟。
步骤(2)中，所述混合搅拌结束后较佳地将所述高铁酸盐复合药剂置于干燥密封容器中，于阴暗处存放。
本发明人还提供了一种上述高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊度地表水中的应用。
所述高铁酸盐复合药剂处理低温低浊度地表水时作为絮凝剂以固体形式直接投加，或者溶解后以液体形式投加，搅拌后絮凝沉淀，反应产物对人体无毒害作用。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明采用复合药剂体系，较单独使用高铁酸盐经济，较单独使用常规絮凝剂处理效果好。
2、本发明存放时利用氢氧化钠的碱性环境和氮气、膨润土的密封保护，有效减缓高铁酸盐的降解，增加药剂有效期。
3、本发明使用时利用高铁酸盐絮凝、消毒、除臭、助凝作用，以及氢氧化钠的调节pH和增碱助凝作用，膨润土增重使得矾花易于沉降。
4、本发明处理低温低浊度地表水后可显著降低水中浊度、UV254、CODMn等指标，且反应产物对人体无毒害作用。本发明可有效用于饮用水处理。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
本发明所用原料均采购自国药集团化学试剂有限公司。原水取自冬季上海杨树浦水厂，水温为3-6℃。浊度采用HACH 2100P浊度仪测量，测试标准为StablilizedFomazin浊度标准。CODMn采用酸式高锰酸钾法测定，测试标准为GB 11892-1989。UV254以普析通用T6新世纪紫外分光光度计读取计算，具体计算公式如下：UV254＝D[A/b]，式中，UV254为紫外吸光度/cm-1，指在波长为254nm处的单位比色皿光程下的紫外吸光度；b为比色皿光程/cm；A为实测的吸光度；D为稀释因子，由不含有机物清洗水的稀释引起，D＝最终水样量/初始水样量。高铁酸盐纯度由亚铬酸盐滴定法测定。
实施例1
本实施例的复合药剂由高铁酸钾5％、聚合氯化铝铁35％、氢氧化钠3％和膨润土57％组成。制备方法如下：
(1)在氮气氛围下，按照原料配方，将高铁酸钾和氢氧化钠混合均匀，得到混合物A；
(2)在氮气氛围下，将混合物A、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，搅拌速度为150转/分钟，搅拌时间为20分钟，搅拌结束后即得高铁酸盐复合药剂。
将该高铁酸盐复合药剂处理低温低浊度地表水时投加在混凝工艺前段，以固体形式投加，或者溶解后以液体形式投加。加药量为100mg/L。搅拌30分钟后静置沉淀。反应前后水中浊度、UV254、CODMn等指标如下：
浊度 UV254 CODMn
反应前 28.6NTU 0.231cm-1 5.23mg/L
反应后 0.352NTU 0.074cm-1 2.87mg/L
去除率 98.77％ 67.97％ 45.12％
将该高铁酸盐复合药剂放置30天后采用亚铬酸盐滴定法测定高铁酸盐纯度，结果显示高铁酸盐成分为4.91％，半年后测定为4.23％，保存率在80％以上。
实施例2
本实施例的复合药剂由高铁酸钠0.5％、或聚合氯化铝铁37.5％、氢氧化钠2％和膨润土60％组成。制备方法如下：
(1)在氮气氛围下，按照原料配方，将高铁酸钠和氢氧化钠混合均匀，得到混合物A；
(2)在氮气氛围下，将混合物A、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，搅拌速度为150转/分钟，搅拌时间为30分钟，搅拌结束后即得高铁酸盐复合药剂。
将该高铁酸盐复合药剂处理低温低浊度地表水时投加在混凝工艺前段，以固体形式投加，或者溶解后以液体形式投加。加药量为100mg/L。搅拌30分钟后静置沉淀。反应前后水中浊度、UV254、CODMn等指标如下：
浊度 UV254 CODMn
反应前 28.6NTU 0.231cm-1 5.23mg/L
反应后 0.413NTU 0.082cm-1 2.91mg/L
去除率 98.56％ 64.50％ 44.36％
将该高铁酸盐复合药剂放置30天后采用亚铬酸盐滴定法测定高铁酸盐纯度，结果显示高铁酸盐成分为0.47％，半年后测定为0.41％，保存率在80％以上。
实施例3
本实施方式复合药剂由高铁酸钠2.5％、聚合氯化铝铁40％、氢氧化钠2.5％和膨润土55％组成。制备方法如下：
(1)在氩气氛围下，按照原料配方，将高铁酸钠和氢氧化钠混合均匀，得到混合物A；
(2)在氩气氛围下，将混合物A、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，搅拌速度为200转/分钟，搅拌时间为20分钟，搅拌结束后即得高铁酸盐复合药剂。
将该高铁酸盐复合药剂处理低温低浊度地表水时投加在混凝工艺前段，以固体形式投加，或者溶解后以液体形式投加。加药量为100mg/L。搅拌30分钟后静置沉淀。反应前后水中浊度、UV254、CODMn等指标如下：
浊度 UV254 CODMn
反应前 28.6NTU 0.231cm-1 5.23mg/L
反应后 0.449NTU 0.078cm-1 2.88mg/L
去除率 98.43％ 66.23％ 44.93％
将该高铁酸盐复合药剂放置30天后采用亚铬酸盐滴定法测定高铁酸盐纯度，结果显示高铁酸盐成分为2.39％，半年后测定为2.04％，保存率在80％以上。
上述实施例中，沉后水浊度可低于0.5NTU，CODMn小于3.0mg/L，达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，满足保障人民群众健康的需要。
对比例1
本对比例的复合药剂由高铁酸钾5％、聚合氯化铝铁95％组成。制备方法如下：在氮气氛围下，按照原料配方，将高铁酸钾和聚合氯化铝铁混合搅拌均匀，搅拌速度为150转/分钟，搅拌时间为20分钟，搅拌结束后即得。
将该对比例的复合药剂处理低温低浊度地表水时投加在混凝工艺前段，以固体形式投加，或者溶解后以液体形式投加。加药量为100mg/L。搅拌30分钟后静置沉淀。反应前后水中浊度、UV254、CODMn等指标如下：
浊度 UV254 CODMn
反应前 28.6NTU 0.231cm-1 5.23mg/L
反应后 1.257NTU 0.106cm-1 3.43mg/L
去除率 95.6％ 54.11％ 34.42％
本复合药剂30天后采用亚铬酸盐滴定法测定高铁酸盐含量为2.63％，半年后测定无检出。
对比例2
本对比例的复合药剂由高铁酸钠5％、聚合氯化铝铁35％、和膨润土60％组成。制备方法如下：在氮气氛围下，按照原料配方，将高铁酸钠、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，搅拌速度为150转/分钟，搅拌时间为20分钟，搅拌结束后即得。
将该对比例的复合药剂处理低温低浊度地表水时投加在混凝工艺前段，以固体形式投加，或者溶解后以液体形式投加。加药量为100mg/L。搅拌30分钟后静置沉淀。反应前后水中浊度、UV254、CODMn等指标如下：
浊度 UV254 CODMn
反应前 28.6NTU 0.231cm-1 5.23mg/L
反应后 1.038NTU 0.097cm-1 3.21mg/L
去除率 96.37％ 58.01％ 38.62％
本复合药剂30天后采用亚铬酸盐滴定法测定高铁酸盐含量为3.95％，半年后测定为1.44％。
对比例3
本对比例的复合药剂由高铁酸钠0.3％、聚合氯化铝铁30％、氢氧化钠5％和膨润土64.7％组成。制备方法如下：
(1)在氩气氛围下，按照原料配方，将高铁酸钠和氢氧化钠混合均匀，得到混合物A；
(2)在氩气氛围下，将混合物A、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，搅拌速度为150转/分钟，搅拌时间为20分钟，搅拌结束后即得。
将该高铁酸盐复合药剂处理低温低浊度地表水时投加在混凝工艺前段，以固体形式投加，或者溶解后以液体形式投加。加药量为100mg/L。搅拌30分钟后静置沉淀。反应前后水中浊度、UV254、CODMn等指标如下：
浊度 UV254 CODMn
反应前 28.6NTU 0.231cm-1 5.23mg/L
反应后 0.977NTU 0.094cm-1 3.14mg/L
去除率 96.58％ 59.30％ 39.96％
本复合药剂处理低温低浊水时，其CODMn指标未能达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。

Claims (7)

1.一种高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，其特征在于，所述的高铁酸盐复合药剂包括下述原料组分：高铁酸盐0.5~5%、聚合氯化铝铁35~40%、氢氧化钠2~3%和膨润土55~60%，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比；
所述的高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用包括下述步骤：
（1）在惰性气体氛围下，按照原料配方，将所述高铁酸盐和氢氧化钠混合均匀，得到混合物A；然后再在惰性气体氛围下，将所述混合物A、聚合氯化铝铁和膨润土混合搅拌均匀，得到高铁酸盐复合药剂；
（2）将所述高铁酸盐复合药剂以固体形式直接投加，或者溶解后以液体形式投加，作为絮凝剂絮凝低温低浊水。
2.如权利要求1所述的高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，其特征在于，所述的高铁酸盐为高铁酸钾和/或高铁酸钠。
3.如权利要求1所述的高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，其特征在于，步骤（1）中，所述的惰性气体氛围为氮气氛围和/或氩气氛围。
4.如权利要求1所述的高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，其特征在于，步骤（1）中，所述混合搅拌的搅拌速度为150~200转/分钟，搅拌时间为20~30分钟。
5.如权利要求1~4任一项所述的高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，其特征在于，所述高铁酸盐复合药剂由所述高铁酸盐5%、聚合氯化铝铁35%、氢氧化钠3%和膨润土57%组成，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
6.如权利要求1~4任一项所述的高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，其特征在于，所述高铁酸盐复合药剂由所述高铁酸盐0.5%、聚合氯化铝铁37.5%、氢氧化钠2%和膨润土60%组成，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
7.如权利要求1~4任一项所述的高铁酸盐复合药剂在处理低温低浊水中的应用，其特征在于，所述高铁酸盐复合药剂由所述高铁酸盐2.5%、聚合氯化铝铁40%、氢氧化钠2.5%和膨润土55%组成，所述百分比为各组分质量占所述高铁酸盐复合药剂总质量的百分比。
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