CN105152294A

CN105152294A - 一种处理城市污水絮凝剂的制备方法及应用

Info

Publication number: CN105152294A
Application number: CN201510571941.5A
Authority: CN
Inventors: 郑春明; 程相芝; 孙晓红; 李开放
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明涉及一种处理城市污水絮凝剂的制备方法及应用；将模数2.8～3.5的水玻璃，用水稀释调整含量至二氧化硅含量2～10wt％，将溶液通过填装阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量小于1％，pH小于<4的硅酸胶稀液。在雷诺数大于6000的高转速搅拌情况下，将上述溶液加入与硅酸根摩尔比5～30倍的金属铝盐。将搅拌所得混合物用5～10wt％浓度的铝酸钠溶液调节pH至5～6，即可使用。或者将其进行喷雾干燥，所得固体也具有同样效果。本方法采用具有各种官能团的集合体，对多种污染物絮凝聚集，适宜多种废水水质的处理，其处理污染物范围广，效果好，生产原料来源广，成本低，性能稳定，不产生任何环境污染。

Description

一种处理城市污水絮凝剂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种处理城市污水絮凝剂的制备方法及应用，属于污水的处理工艺技术领域。

背景技术

城市污水处理技术，特别是城市污水中的絮凝沉降技术，在城市污水处理设施运转过程中起着至关重要的作用。如今随着人们生活水平的不断提高，对各种食品需求量也越来越多。目前，我国水处理技术仍存在效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺点。在现有广泛使用的絮凝剂中，聚铝絮凝剂含铝离子使其无法应用于食品、给水絮凝过程中，且聚铝分子量有限导致絮体体积大、结构松散；聚铁絮凝剂含有三价铁离子，使絮体淤泥带颜色，同时也存在分子量有限，造成絮体体积大、结构松散的问题；聚丙烯酰胺作为高分子有机絮凝剂，单独使用效果不够理想，且单体残留有毒性，往往和以上无机絮凝剂搭配使用。因此，开发新型高效絮凝剂将在生物质分离、给水、废水等处理方面具有特别重要的实际应用价值。

发明内容

本发明提供一种处理城市污水的絮凝剂及絮凝处理方法，能有效的除去污水中漂浮的杂质和水溶性色素。以一定模数的水玻璃为主体，通过阳离子离子交换树脂调节pH，然后加入硫酸铝和铝酸钠，得到一种无机复合絮凝剂。该絮凝剂应用于城市污水处理，有很好的絮凝澄清效果。本方法操作简单，合成的絮凝剂绿色环保无污染，澄清后在水中的残留量少。制备原料廉价，适用于工业化生产和应用。

本发明的具体技术方案如下：

一种处理城市污水絮凝剂的制备方法；步骤如下：

1).取模数2.8～3.5的液体水玻璃，或者将上述模数的固体水玻璃放入高压蒸锅内通入水蒸气后保持3～6个大气压进行压蒸反应，生成液体水玻璃；

2).用水稀释上述水玻璃，调整二氧化硅含量为2～10wt％，将溶液通过填装阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量小于1wt％，pH小于<4的硅溶胶稀溶液；

3).保持在雷诺数高于6000的高速搅拌情况下，将上述硅溶胶稀溶液加入与硅酸根摩尔比5～30倍的10～20wt％浓度的金属铝盐中，同时将上述搅拌混合物用水冷却，以使混合物的温度保持在40℃以下；

4).将上述混合物，在保持雷诺数高于6000的高速搅拌情况下，用5～10wt％浓度的铝酸钠溶液调节pH至5～6，制备的无机复合絮凝剂。

所述的金属铝盐的阴离子是硫酸根，氯离子，硝酸根或磷酸根。

本发明絮凝剂可应用于处理城市污水处理，或用于饮用水、废水处理；纸的生产以及纸浆或污泥脱水处理。

将待处理原水，先进行搅拌1～5min，搅拌转速150～300r/min；再以30～90r/min搅拌10～30min；加入污水比例为0.02～0.1wt％絮凝剂；搅拌完成后静置，得到上清液。

本发明絮凝剂与常规固体聚合氯化铁或液体聚合氯化铝絮凝剂相比，使用方法类似，不需要对原有处理设备及流程做更多改变。所得液体絮凝剂经喷雾干燥后，得到的固体复合絮凝剂也不会降低该产品的使用效果，使用在被处理污水pH、浊度和温度相似的条件下，同等使用量的本发明絮凝剂可使被处理污水的浊度有更大程度的降低，同时絮凝团块更大，沉降速率也更快。

本方法采用具有各种官能团的集合体，对多种污染物絮凝聚集，适宜于多种废水水质的处理，其处理污染物范围广，效果好，生产原料来源广，成本低，性能稳定，不产生任何环境污染，有较好的经济和社会效益。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

采用如下方法：

2).用水稀释上述水玻璃，调整二氧化硅含量为2～10wt％，将溶液通过填装阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量小于1wt％，pH小于<4的硅溶胶稀溶液，其外观清澈透明，作为絮凝剂组分备用；

3).保持在雷诺数高于6000的高速搅拌情况下，将上述中间体混合物加入与硅酸根摩尔比5～30倍的10～20wt％浓度的金属铝盐(其阴离子可以是硫酸根，氯离子，硝酸根，磷酸根等，或者技术熟练人员已知的其它盐代替部分引进)，同时冷却，以使混合物的温度保持在约40℃以下，该反应是放热的。在这一反应期间，碳酸钠与酸性金属铝盐溶液反应，生成二氧化碳气体从溶液中逸出，但部分碳酸盐仍有可能留在溶液中；

4).将上述混合物，在保持上述高转速搅拌情况下，用5～10wt％浓度的铝酸钠溶液调节pH至5～6，产生一种清澈的溶液，即为制备的无机复合絮凝剂，可以投入使用。或者将上述溶液进行喷雾干燥，所得固体也具有同样效果。

其中，把含有Na⁺的硅酸溶液通过交换树脂时，Na⁺取代了阳离子交换树脂上的H⁺，于是水玻璃硅酸溶液中的Na⁺被除去，H⁺阳离子与水玻璃硅酸钠中的硅酸根生成具有活性的硅溶胶稀溶液流出。

本发明保持在雷诺数高于6000的高速搅拌条件是工艺一个必要组成部分。在反应过程中，由于硅溶胶与金属铝盐、金属铝盐与铝酸钠间反应速度快。高转速搅拌条件可以瞬时高度稀释反应物，可以避免中间体混合物的局部过浓，从而避免了微小固体凝胶颗粒的形成和出现。其次，高转速搅拌条件也可以使任何已经团聚的微小凝胶颗粒重新打散，并进而解体成高度分散的非凝聚形式。

本发明所得絮凝剂可用于饮用水和废水处理，纸的生产以及纸浆或污泥脱水。具体处理步骤为：将待处理原水，先进行快速搅拌1～5min，搅拌转速150～300r/min；再进行慢速搅拌10～30min，搅拌转速30～90r/min；加入污水比例为0.02～0.1wt％絮凝剂。搅拌完成后静置，测定上清液的浊度、UV₂₅₄、pH。

实施例1：

取制备得到模数2.8的水玻璃，用水稀释调整含量至二氧化硅含量2wt％，将溶液通过填装美国AmberliteIR-120阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量为0.8wt％，pH3.6的硅酸胶稀液。在雷诺数为7500的搅拌情况下，将上述所得混合物加入到与硅酸根摩尔比为5倍的10wt％硫酸铝溶液中，同时冷却，以使混合物的温度保持在40℃以下。再将搅拌所得混合物用5wt％浓度的铝酸钠溶液调节pH至5，产生一种清澈的溶液，即为制备的液体无机复合絮凝剂，可以投入使用。

原水选用原生湖水，浊度为14.3NTU，pH为8.4，水温14℃。加入污水比例为0.05wt％。六联搅拌机烧杯试验操作条件：150r/min快速搅拌1min，再以30r/min慢速搅拌10min，静置，测上清液的浊度、UV₂₅₄、pH。同步加药，搅拌结束后静置沉淀10分钟。取上清液，测定其浊度。

取自来水厂常用的药剂聚合氯化铝和氯化铁与本发明实施例产品作混凝性能对比。

从上表结果可看出，从以上处理结果可见，在该处理原水的pH、浊度、UV₂₅₄和温度类似的条件下，该工艺的混凝除浊效果明显优于氯化铁和聚合氯化铝絮凝剂。

实施例2：

取模数3.5的固体水玻璃放入高压蒸锅内通入水蒸气后保持3个大气压进行压蒸反应，生成液体水玻璃。用水稀释调整含量至二氧化硅含量5wt％，将溶液通过填装美国AmberliteIR-120阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量为0.5wt％，pH3.2的硅酸胶稀液。在雷诺数为7000的搅拌情况下，将上述所得混合物加入到与硅酸根摩尔比为10倍的15wt％氯化铝溶液中，同时冷却，以使混合物的温度保持在40℃以下。再将搅拌所得混合物用7wt％浓度的铝酸钠溶液调节pH至5.2，将其在顺仪SP-1500小型喷雾干燥机中进行干燥，产生一种白色固体粉末，即为制备的固体无机复合絮凝剂，将得到的白色粉末状固体运用于絮凝处理过程中。

将以上实施例2制备的絮凝剂产品用于含腐植酸有色水的混凝除浊脱色处理，处理前浊度139.6NTU，UV254为0.937，pH为5.83，水温14℃，同时与氯化铁、聚合氯化铝絮凝剂作对比。处理结果列于表2。六联搅拌机烧杯试验操作条件：200r/min快速搅拌3min，再以60r/min慢速搅拌15min，加入污水比例为0.05wt％。静置，测上清液的浊度、UV₂₅₄、pH。同步加药，搅拌结束后静置沉淀10分钟。取上清液，测定其水指标。

从上表可以看出，本发明所制得的絮凝剂产品与氯化铁、聚合氯化铝相比，在处理有色生物质废水上具有明显的优势。

实施例3：

取模数3.5的固体水玻璃放入高压蒸锅内通入水蒸气后保持6个大气压进行压蒸反应，生成液体水玻璃。用水稀释调整含量至二氧化硅含量10wt％，将溶液通过填装NKC-9大孔强酸性阳离子交换树脂的交换柱，得到氧化钠含量为0.32wt％，pH2.9的硅酸胶稀液。在雷诺数为6500的搅拌情况下，将上述所得混合物加入到与硅酸根摩尔比为30倍的20wt％硝酸铝溶液中，同时冷却，以使混合物的温度保持在40℃以下。再将搅拌所得混合物用10wt％浓度的铝酸钠溶液调节pH至6，将其在顺仪SP-1500小型喷雾干燥机中进行干燥，产生一种白色固体粉末，即为制备的固体无机复合絮凝剂，将得到的白色粉末状固体运用于絮凝处理过程中。

原水选用原生湖水，浊度为16.1NTU，pH为8.5，水温14℃。加入污水比例为0.1wt％。六联搅拌机烧杯试验操作条件：300r/min快速搅拌5min，再以90r/min慢速搅拌30min，静置，测上清液的浊度、UV₂₅₄、pH。同步加药，搅拌结束后静置沉淀10分钟。取上清液，测定其浊度。

从上结果可看出，该絮凝剂具有适应pH值范围广、絮凝效果好、处理效率高、安全无害，应用领域广泛的特点。该技术有效提高了待处理液体絮凝分离效果。

本发明公开和提出的一种处理城市污水絮凝剂的制备方法及应用，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种处理城市污水絮凝剂的制备方法；其特征是步骤如下：

3).保持在雷诺数高于6000的高速搅拌情况下，将上述硅溶胶稀溶液加入与硅酸根摩尔比5～30倍的10～20wt％浓度的金属铝盐中，同时将上述搅拌混合物用水冷却，以使混合物的温度保持在40℃以下，以使混合物的温度保持在约40℃以下；

4).将上述混合物，在保持在雷诺数高于6000的高速搅拌情况下，用5～10wt％浓度的铝酸钠溶液调节pH至5～6，制备的无机复合絮凝剂。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的金属铝盐的阴离子是硫酸根，氯离子，硝酸根或磷酸根。

3.絮凝剂处理城市污水的应用，其特征是絮凝剂用于饮用水、废水处理；纸的生产以及纸浆或污泥脱水处理。

4.如权利要求3所述的应用，其特征是：将待处理原水，先进行搅拌1～5min，搅拌转速150～300r/min；再以30～90r/min搅拌10～30min；加入污水比例为0.02～0.1wt％絮凝剂；搅拌完成后静置，得到上清液。