CN105906023B - 一种高效除磷复配混凝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效除磷复配混凝剂，属于水处理技术领域，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝50%~60%、硅藻土40%~50%、氯化镧0.5%~1.5%，余量为水。本发明公开的高效除磷复配混凝剂具有特殊的圈层结构，不但能够改善单独投加聚合氯化铝除磷效果不佳、投加量大等弊端，同时，提高了絮凝效率，使药剂的混凝作用提高两倍以上，除磷效果好。

Description

一种高效除磷复配混凝剂
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效除磷复配混凝剂。
背景技术
生活污水和工业废水中氮、磷不达标排放是造成水体富营养化的主要原因，磷是淡水水体富营养化的限制因子。生物除磷是目前所使用的主流除磷工艺，但出水总磷难以稳定达标（《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002 TP≤0.5mg/L），因此，我国城镇污水处理厂普遍采用混凝剂强化生物除磷或尾水深度除磷保证出水总磷达标。
根据混凝剂的成份及制备方法的不同可将城市生活污水所使用的混凝剂大致分为无机混凝剂、有机混凝剂、微生物混凝剂和复合混凝剂四大类。无机混凝剂：主要有传统无机混凝剂和高分子无机混凝剂两种。传统无机混凝剂（如氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁等）价格较低，但在水处理过程中存在耗量大、聚集速度慢、形成的絮状物小、腐蚀性强等缺点，已逐渐被无机高分子絮凝剂（如聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铝PAS、聚合硫酸铁PFS、聚合氯化铁PFC等）所取代。但是，聚合铁腐蚀性强、且处理水有颜色，易产生二次污染；聚合氯化铝处理水中AL3+含量高，会对环境造成破坏。
在城市生活污水深度处理工艺中，混凝效果直接决定了后续处理工艺的难易程度，间接决定了出厂水水质达标情况。在中国专利申请92101966.1中曾公开了一种聚磷氯化铝混凝剂，在聚合氯化铝中直接引入磷酸盐多价阴离子，经过混合、反应、熟化等步骤得到聚磷氯化铝溶液，再经过固化，制成固体制品。该制造方法步骤简单、易于实现工业化生产，但是却存在以下问题： 1、反应需在升温条件下进行，浪费能源；熟化反应时间较长，效率低；3、采用冷凝回流装置，设备复杂； 4、原料采用磷酸盐会导致出水总磷偏高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有圈层结构的高效除磷复配混凝剂。
基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高效除磷复配混凝剂，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 50%~60%、硅藻土40%~50%、氯化镧0.5%~1.5%，余量为水。
进一步地，各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 55%、硅藻土40%、氯化镧1.5%，余量为水。
优选地，所述聚合氯化铝为市售工业级聚合氯化铝溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。
优选地，所述聚合氯化铝的粒径为80~120nm。
优选地，所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
优选地，所述硅藻土的粒径为80~120nm。
上述高效除磷复配混凝剂采用以下方法制备，包括以下步骤：
（1）通过纳米研磨机分别将硅藻土、氯化镧研磨至粒径为80~120nm；
（2）将研磨后的氯化镧溶解于水中，氯化镧溶液的浓度为2.1g/L；
（3）在氯化镧溶液中加入纳米级硅藻土粉，搅拌均匀制得胶体混合液，
（4）将上述混合液搅拌加入到质量浓度≤5%的聚合氯化铝溶液。中形成悬浊液，喷雾干燥，得到粒径为0.4~0.6mm的高效除磷复配混凝剂，含水率≤5%。
在步骤（3）中，采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的方法加入硅藻土粉，机械搅拌速率为450~550r/min，压缩空气搅拌通气量为0.8~1.2m3/(m2·min)，搅拌时间为60s。
步骤（4）中，搅拌过程采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的方法，先以450~550r/min搅拌2min、同时压缩空气搅拌通气量为0.8~1.2m3/(m2·min)；再以90~110 r/min机械搅拌5min后停止、同时压缩空气搅拌通气量为0.5~1.5m3/(m2·min)。
本发明提供的高效除磷复配混凝剂具有以下优点：
（1）本发明公开的高效除磷复配混凝剂具有特殊的圈层结构，外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；在使用时，外层的聚合氯化铝首先与水中的胶粒起电性中和及吸附架桥作用，使胶粒脱稳；然后利用内层的硅藻土的吸附性使含磷胶粒聚集，并与硅藻土孔内的氯化镧反应生成不溶性磷酸镧沉积于硅藻土孔内，形成大矾花。不但能够改善单独投加聚合氯化铝除磷效果不佳、投加量大等弊端，同时，提高了絮凝效率，使药剂的混凝作用提高两倍以上，除磷效果好；
（2）本发明公开的高效除磷复配混凝剂，由聚合氯化铝、硅藻土、氯化镧复配而成，配方简单，具有高效、安全、无毒的特点，且生产工艺简单、周期短、成本低，可广泛应用于污水处理厂生化除磷工艺强化或尾水深度除磷，市场前景广阔；
（3）采用本发明的复配混凝剂处理污水吸附能力强，形成的矾花尺寸较大，沉淀效果好，可有效降低出水浊度。
（4）投加本发明的复配混凝剂所形成的絮体颗粒大而密实，易于后续的沉淀和过滤。
（5）本发明的复配混凝剂对原水水质、水量变化的耐冲击性强，适应pH值范围宽，受水温变化影响小，解决了普通混凝剂不同季节处理效果不稳定的难题，且具有增加了脱色功能。
本发明提供的高效除磷复配混凝剂的制备方法具有以下优点：
（1）本发明采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的混合搅拌方式，能使各复配组分充分均匀混合，增加产品稳定性；
（2）本发明采用先快后慢、快慢结合的搅拌方式，根据实际需要调整搅拌速率，能够最大限度的节省能耗，降低成本；
（3）本发明将产品研磨成纳米级，加快了产品的溶解速率，提高了药剂吸附性能，改善了混凝效果；
（4）本发明制备的高效除磷复配混凝剂适用PH范围广；在pH值为5～9范围内，均具有良好的混凝效果。
附图说明
图1是本发明制备出的高效除磷复配混凝剂的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种高效除磷复配混凝剂，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 55%、硅藻土40%、氯化镧1.5%，余量为水。
所述聚合氯化铝为市售工业级PAC溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。
所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
上述高效除磷复配混凝剂采用以下方法制备，包括以下步骤：
（1）通过纳米研磨机分别将硅藻土、氯化镧研磨至粒径为80~120nm；
（2）将研磨后的氯化镧溶解于水中，氯化镧溶液的浓度为2.1g/L；
（3）在氯化镧溶液中搅拌（机械搅拌和压缩空气搅拌并用）加入纳米级硅藻土粉，搅拌速率为500r/min，压缩空气搅拌通气量为1.0m3/(m2·min)，再搅拌60s，制得胶体混合液
（4）将上述混合液采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的方式加入到质量浓度≤5%的聚合氯化铝溶液中形成悬浊液，搅拌过程为：先以500r/min搅拌2min、同时压缩空气搅拌通气量为1.0m3/(m2·min)；再以100 r/min机械搅拌5min后停止、同时压缩空气搅拌通气量为1.0m3/(m2·min)；最后将悬浊液喷雾干燥，得到粒径为0.4~0.6mm的高效除磷复配混凝剂。
实施例2
一种高效除磷复配混凝剂，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 50%、硅藻土45%、氯化镧0.5%，余量为水。
所述聚合氯化铝为市售工业级PAC溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。
所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
上述高效除磷复配混凝剂采用以下方法制备，包括以下步骤：
（1）通过纳米研磨机分别将硅藻土、氯化镧研磨至粒径为80~120nm；
（2）将研磨后的氯化镧溶解于水中，氯化镧溶液的浓度为2.1g/L；
（3）在氯化镧溶液中搅拌（机械搅拌和压缩空气搅拌并用）加入纳米级硅藻土粉，搅拌速率为550r/min，压缩空气搅拌通气量为0.8m3/(m2·min)，再搅拌60s，制得胶体混合液
（4）将上述混合液采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的方式加入到质量浓度≤5%的聚合氯化铝溶液中形成悬浊液，搅拌过程为：先以550r/min搅拌2min、同时压缩空气搅拌通气量为0.8m3/(m2·min)；再以110 r/min机械搅拌5min后停止、同时压缩空气搅拌通气量为0.53/(m2·min)；最后将悬浊液喷雾干燥，得到粒径为0.4~0.6mm的高效除磷复配混凝剂。
实施例3
一种高效除磷复配混凝剂，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 58%、硅藻土40%、氯化镧1.0%，余量为水。
所述聚合氯化铝为市售工业级PAC溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。
所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
上述高效除磷复配混凝剂采用以下方法制备，包括以下步骤：
（1）通过纳米研磨机分别将硅藻土、氯化镧研磨至粒径为80~120nm；
（2）将研磨后的氯化镧溶解于水中，氯化镧溶液的浓度为2.1g/L；
（3）在氯化镧溶液中搅拌（机械搅拌和压缩空气搅拌并用）加入纳米级硅藻土粉，搅拌速率为450r/min，压缩空气搅拌通气量为1.2m3/(m2·min)，再搅拌60s，制得胶体混合液
（4）将上述混合液采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的方式加入到质量浓度≤5%的聚合氯化铝溶液中形成悬浊液，搅拌过程为：先以450r/min搅拌2min、同时压缩空气搅拌通气量为1.2m3/(m2·min)；再以90 r/min机械搅拌5min后停止、同时压缩空气搅拌通气量为1.5m3/(m2·min)；最后将悬浊液喷雾干燥，得到粒径为0.4~0.6mm的高效除磷复配混凝剂。
实施例4
一种高效除磷复配混凝剂，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 50%、硅藻土49%、氯化镧0.5%，余量为水。
所述聚合氯化铝为市售工业级PAC溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。
所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
上述高效除磷复配混凝剂的制备方法同实施例1。
对比例1
一种除磷复配混凝剂，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 40%、硅藻土54.2%、氯化镧0.3%，余量为水。
所述聚合氯化铝为市售工业级PAC溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。
所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
上述高效除磷复配混凝剂的制备方法同实施例1。
对比例2
一种除磷复配混凝剂，由下属重量百分比的原料直接混合而成：聚合氯化铝 55%、硅藻土40%、氯化镧1.5%，余量为水，制备出的除磷复配混凝剂不具有圈层结构。
所述聚合氯化铝为市售工业级PAC溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
除磷实验
将实施例1、实施例2、对比例1及对比例2的产品分别应用于某污水处理厂尾水深度除磷，进行除磷效果进行对照试验，去除效果如下：
从表1中可以看出，对比例2的产品的除磷效果较差，这是由于对比例2只是将各复配成份进行简单混合，制备出的产品不具有特殊的圈层结构；对比例1的产品的配方不在本发明要求保护的范围内，从表1可以看出其除磷效果明显没有实施例1和实施例2的除磷效果好。实施例1和实施例2提供的产品具有特殊的圈层结构，除磷效果良好，出水达到一级A标准。

Claims (5)

1.一种高效除磷复配混凝剂，其特征在于，具有圈层结构：外层为聚合氯化铝，内层为多孔硅藻土，硅藻土孔内负载有氯化镧；各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 50%~60%、硅藻土40%~50%、氯化镧0.5%~1.5%，余量为水，所述硅藻土的粒径为80~120nm；所述高效除磷复配混凝剂采用以下方法制备，包括以下步骤：
（1）通过纳米研磨机分别将硅藻土、氯化镧研磨至粒径为80~120nm；
（2）将研磨后的氯化镧溶解于水中，氯化镧溶液的浓度为2.1g/L；
（3）在氯化镧溶液中加入纳米级硅藻土粉，搅拌均匀制得胶体混合液，其中，搅拌采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的方法加入硅藻土粉，机械搅拌速率为450~550r/min，压缩空气搅拌通气量为0.8~1.2m3/(m2·min)，搅拌时间为60s；
（4）将上述混合液搅拌加入到质量浓度≤5%的聚合氯化铝溶液中形成悬浊液，喷雾干燥，得到粒径为0.4~0.6mm的高效除磷复配混凝剂，含水率≤5%，其中，搅拌过程采用机械搅拌和压缩空气搅拌并用的方法，先以450~550r/min搅拌2min、同时压缩空气搅拌通气量为0.8~1.2m3/(m2·min)；再以90~110 r/min机械搅拌5min后停止、同时压缩空气搅拌通气量为0.5~1.5m3/(m2·min)。
2.根据权利要求1所述的高效除磷复配混凝剂，其特征在于，各物质的重量百分比为：聚合氯化铝 55%、硅藻土40%、氯化镧1.5%，余量为水。
3.根据权利要求1或2所述的高效除磷复配混凝剂，其特征在于，所述聚合氯化铝为市售工业级聚合氯化铝溶液，氧化铝含量≥10%，盐基度为70%~90%，水不溶物含量≤0.5%。
4.根据权利要求3所述的高效除磷复配混凝剂，其特征在于，所述聚合氯化铝的粒径为80~120nm。
5.根据权利要求1或2所述的高效除磷复配混凝剂，其特征在于，所述硅藻土的SiO2含量≥70%，堆密度≥0.5g/mL，比表面积≥40m2/g。
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