CN105254055B - 一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，它涉及一种去除水中硫酸盐的方法。本发明的目的是为了解决现有去除硫酸盐的方法成本高、工艺复杂的技术问题。本方法如下：向水中加入酸液和聚合氯化铝(PAC)，再投加铝离子，搅拌，得混合物a，向混合物a中加入生石灰或熟石灰悬浊液，搅拌，静置，进行固液分离，调节pH值，即完成。本发明以微絮凝物和铝盐作晶核，在碱性条件下与钙离子、硫酸根离子结合生成不易溶于水的复合物CanAl2m(SO4)3x(OH)12·zH2O。本发明所选药剂铝盐和生石灰或熟石灰都具有来源广泛、价格低廉的特点，使得采用此种方法处理硫酸盐超标水体的运行成本低。本发明属于水处理领域。

Description

一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法
技术领域
本发明涉及一种去除水中硫酸盐的方法。
背景技术
目前我国的水环境污染问题已经成为了制约国民经济发展的重要羁绊，也成为政府和人民关注的焦点。统计资料表明许多河流、湖泊等地表水和地下水水质日趋恶化，居民饮用水水源受到严重的污染威胁。在宁夏、新疆、云南等地区及其它地方的矿山区，地表水和地下水中硫酸盐超标是现在一种常见水污染问题。水中硫酸盐超标会破坏水生态环境，危害水生生物生长；长期饮用易出现腹泻、肠道功能紊乱等疾病；在农业上，使用硫酸盐超标水体灌溉会破坏土壤结构，形成盐碱地，抑制农作物生长。在工业生产中，使用硫酸盐超标水体会造成水器结垢，腐蚀管道与生产设备，形成较高的安全隐患。
目前，常见的去除硫酸盐的方法有，氯化钡法、钙法、离子交换法、SRS膜法、吸附法、生物法等。氯化钡法工艺纯熟、流程短、去除率能达到97％以上，可得到副产物硫酸钡；但氯化钡价格高，运行成本太大，且过量的氯化钡有毒，不环保，易导致原水二次污染。钙法去除硫酸根的原理是钙离子在一定条件下能够与硫酸根离子结合反应生成硫酸钙沉淀(CaSO4)，经固液分离后，硫酸根可以石膏的形式去除。钙法运行成本低，可得到副产物石膏，但硫酸钙溶解度大(25℃时的溶度积为7.1×10-5)，去除效率低，技术要求复杂，出水碱度高，因此该法的适用范围小。离子交换法工艺纯熟、交换速度快、选择性强、去除效率高、物料可循环利用、适用范围广泛，但预处理要求严格、设备投资较高，运行成本也较大。SRS膜法是一种纳米级膜过滤技术，具有选择性强、去除率高，操作简单等优点，但膜成本高，使用寿命短，难于实现大规模投产。吸附法原料制备成本低，污染小，是发展前景较好的硫酸盐去除方法；但吸附机理不明确，吸附性能不稳定，目前还处于实验室研究阶段。生物法适合处理同时富含有机物和硫酸盐的水体，但易引入病理类污染指标，造成二次污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有去除硫酸盐的方法成本高、工艺复杂的技术问题，提供了一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法。
铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法按照以下步骤进行：
一、向水中加入一定量的酸液使水体的pH值呈6～7.2，再向水中投加聚合氯化铝(PAC)，待PAC溶解后，向待处理水中加入铝离子，继续搅拌至完全溶解，得混合物a，混合物a中PAC(以有效成分Al2O3计)与加入的铝离子的摩尔比为0.3～0.5∶1，混合物a中PAC和加入的铝离子的浓度分别为0.05～0.08g/L和0.013～0.02g/L；
二、向混合物a中加入生石灰或熟石灰悬浊液，生石灰或熟石灰与步骤一中所述铝离子的摩尔比为2.5～3.0∶1，生石灰或熟石灰的浓度(以钙离子计)为0.1～0.12g/L，以100r/min的搅拌速度搅拌20-30分钟，此时混合液的pH值为10.0～11.0，静置15～20分钟，进行固液分离；
三、将步骤二中固液分离出的清液用酸液调节pH值至7.0～8.5，即完成铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的过程。
步骤一中所述的铝离子可由氯化铝、硝酸铝中的一种或两种的混合物提供。
步骤二中固液分离的方式为常压过滤或重力分离，经过底部泥斗排泥。
步骤一和步骤三中所述的酸液是盐酸。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明以微絮凝物和铝盐作晶核，在碱性条件下与钙离子、硫酸根离子结合生成不易溶于水的复合物CanAl2m(SO4)3x(OH)12·zH2O；
2)本发明以聚合氯化铝进行先期絮凝，去除水中的微污染有机物和少量浊度，以免影响硫酸盐的去除，并且，聚合氯化铝水解后混合物a呈酸性，可以保证之后加入的铝离子不水解，从而提供充足的铝盐晶核；
3)本发明所选药剂聚合氯化铝、氯化铝或硝酸铝、生石灰或熟石灰都具有来源广泛、价格低廉的特点，使得采用此种方法处理硫酸盐超标水体的运行成本低；
4)本发明方法处理效率高、污染小、方法简单、投资回报快，适用于各种水体，易实现大规模投产。
采用本发明方法处理后，水中硫酸盐含量可降至低于150mg/L，符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所述的铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法按照以下步骤进行：
一、向水中加入一定量的酸液使水体的pH值呈6～7.2，再向水中投加聚合氯化铝(PAC)，待PAC溶解后，向待处理水中加入铝离子，继续搅拌至完全溶解，得混合物a，混合物a中PAC(以有效成分Al2O3计)与加入的铝离子的摩尔比为0.3～0.5∶1，混合物a中PAC和加入的铝离子的浓度分别为0.05～0.08g/L和0.013～0.02g/L；
二、向混合物a中加入生石灰或熟石灰悬浊液，生石灰或熟石灰中与步骤一中所述铝离子的摩尔比为5～6∶1，生石灰或熟石灰的浓度(以钙离子计)为0.1～0.12g/L，以100r/min的搅拌速度搅拌20-30分钟，此时混合液的pH值为10.0～11.0，静置15～20分钟，进行固液分离；
三、将步骤二中固液分离出的清液用酸液调节pH值至7.0～8.5，即完成铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的过程。
采用本发明方法处理后，水中硫酸盐含量可降至低于150mg/L，符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的铝离子可以由氯化铝、硝酸铝中的一种或两种的混合物提供。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是步骤一和步骤三中所述的酸液是盐酸。其它与具体实施方式一至二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中PAC(以有效成分Al2O3计)与加入的铝离子的摩尔比为0.4∶1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中生石灰或熟石灰中的钙与步骤一中所述铝离子的摩尔比为2.8∶1。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中搅拌时间为25分钟。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中固液分离的方式为常压过滤或重力分离，经过底部泥斗排泥。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中用酸液调节pH值至8.0。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤一中不加入酸液。其它与具体实施方式一或实施方式二相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
取我国西部某市地表水1000mL，处理前水中硫酸盐含量为345mg/L，加盐酸将水样pH值调至6.5，再向水样中投加0.06g PAC，待PAC溶解后向水样中加入0.11g AlCl3·6H2O，0.175g Ca(OH)2，常温以100r/min的速度搅拌反应30分钟，静置沉降20分钟，固液分离，调节清液pH值为7.0-8.5，经分析清液中硫酸盐含量为150.4mg/L，计算得水样中硫酸盐的去除率为56.39％。
实验二：
取我国西部某市地表水1000mL，处理前水中硫酸盐含量为487mg/L，加盐酸将水样pH值调至6.5，再向水样中投加0.06g PAC，待PAC溶解后向水样中加入0.11g AlCl3·6H2O，0.225g Ca(OH)2，常温以100r/min的速度搅拌反应30分钟，静置沉降20分钟，固液分离，调节清液pH值为7.0-8.5，经分析清液中硫酸盐含量为162.2mg/L，计算得水样中硫酸盐的去除率为66.69％。
实验三：
取我国西部某市地表水1000mL，处理前水中硫酸盐含量为487mg/L，向水样中投加0.06g PAC，待PAC溶解后向水样中加入0.11g AlCl3·6H2O，0.225g Ca(OH)2，常温以100r/min的速度搅拌反应30分钟，静置沉降20分钟，固液分离，调节清液pH值为7.0-8.5，经分析清液中硫酸盐含量为192.2mg/L，计算得水样中硫酸盐的去除率为60.53％。

Claims (9)

1.一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于以微絮凝物和铝盐作晶核生成复合物沉淀去除水中硫酸盐，按照以下步骤进行：
一、向水中加入一定量的酸液使水体的pH值呈6～7.2，再向水中投加聚合氯化铝(PAC)，待PAC溶解后，向待处理水中加入铝离子，继续搅拌至完全溶解，得混合物a，混合物a中PAC以有效成分Al2O3计与加入的铝离子的摩尔比为0.3～0.5∶1，混合物a中PAC和加入的铝离子的浓度分别为0.05～0.08g/L和0.013～0.02g/L；
二、向混合物a中加入生石灰或熟石灰悬浊液，生石灰或熟石灰与步骤一中所述铝离子的摩尔比为2.5～3.0∶1，生石灰或熟石灰的浓度以钙离子计为0.1～0.12g/L，以100r/min的搅拌速度搅拌20～30分钟，此时混合液的pH值为10.0～11.0，静置15～20分钟，进行固液分离；
三、将步骤二中固液分离出的清液用酸液调节pH值至7.0～8.5，即完成铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的过程。
2.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤一中所述的铝离子由氯化铝、硝酸铝中的一种或两种的混合物提供。
3.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤一和步骤三中所述的酸液是盐酸。
4.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤一中PAC以有效成分Al2O3计与加入的铝离子的摩尔比为0.4∶1。
5.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤二中生石灰或熟石灰中的钙与步骤一中所述铝离子的摩尔比为2.8∶1。
6.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤二中搅拌时间为25分钟。
7.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤二中固液分离的方式为常压过滤或重力分离，经过底部泥斗排泥。
8.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤三中用酸液调节pH值至8.0。
9.根据权利要求1所述一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法，其特征在于步骤一中不加入酸液。
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