CN108373195A - 一种复合氯氧化-混凝剂的制备方法以及一体化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合氯‑混凝剂的制备方法以及可以用于上述制备过程的一体化反应器。其中制备方法为在强酸性条件下，利用氯气将二价铁盐氧化为三价铁；反应快到终点时泵入氯酸钠溶液，利用二价铁在强酸性条件下的还原作用将氯酸钠还原为二氧化氯；上述充分反应后继续通入氯气直至液氯浓度在近饱和溶解度范围，产生的尾气利用吸收器充分吸收。本发明所制备的药液具有净水性能强、保存期限长的优点，可进行大规模生产，不会显著增加生产成本。

Description

一种复合氯氧化-混凝剂的制备方法以及一体化反应器

技术领域

本发明涉及一种复合氯-混凝剂的制备方法，属于环境水处理的应用领域。具体而言，利用氯气将二价铁盐氧化为三价铁；临近氧化反应终点时，投加入氯酸钠溶液；部分二价铁在酸性条件下将氯酸钠还原为二氧化氯；之后继续通入氯气，利用物理吸收作用将氯气溶解到水中。本发明还提供了实现上述过程的一体化反应器。

背景技术

净水药剂在环境领域中实现污染控制、水质净化具有重要作用。常见的净水药剂包括混凝剂、助凝剂、消毒剂、吸附剂等，且不同净水剂可发挥不同的净水功能。例如，混凝剂一般通过压缩双电层、网捕、卷扫等作用，主要去除对象为浊度、胶体颗粒物、悬浮物和大分子有机物等；助凝剂则可促进絮体生长和大颗粒矾花生成；氧化剂不仅可发挥消毒灭活微生物的作用，也可以降解微量污染物。吸附剂可针对不同类型污染物性质进行设计，并通过相迁移的作用实现水中污染物净化。对不同药剂进行复配，有可能通过协同作用进一步充分发挥不同药剂的净水功能，进而大幅提高净水效果。例如，在传统絮凝剂的基础上复配氧化剂组分，利用氧化作用破坏颗粒物表面的有机涂层，则可能提高压缩“双电层”效果，表现出“氧化助凝”作用；同样，将吸附剂与混凝剂进行复配，则可能大幅提高小分子有机物去除效果。

三氯化铁是应用非常广泛的混凝剂，具有絮凝效果好、投量低、矾花生成比重大、易于固液分离等优点。三氯化铁的工业化制备方法一般为，在二价铁溶液或零价铁单质中通入氯气，利用氯气的强氧化作用将二价铁或铁单质氧化为三价铁；当反应基本完成时，氯气停止通入，反应终止，产品中氧化剂组分几乎为零。如果能将活性氯复配至铁盐中，则有可能获得兼具氧化与絮凝性能的氧化-混凝剂。但是，氯气在水中溶解度较低，可复配浓度较低且容易逸散产生“氯味”。二氧化氯溶解度较高，可与氯形成复合氯进行复配，从而增加氧化-混凝剂中氧化剂比例。若能利用三氯化铁中氯离子浓度高、酸度高以及制备过程温度高的特点，在制备过程中促进二氧化氯的生成，则有可能有效提高产品中氧化剂组分含量，形成含有复合氯与铁盐的氧化型絮凝剂。

围绕上述需求，本发明以传统三氯化铁制备工艺为基础，利用氯气将二价铁盐氧化为三价铁；临近氧化反应终点时，投加入氯酸钠溶液；剩余二价铁在酸性条件下将氯酸钠还原为二氧化氯；之后继续通入氯气，利用物理吸收作用将氯气溶解到水中。此外，本发明还提供了实现上述过程的一体化反应器。

发明内容

本发明一方面提供一种复合氯-混凝剂的制备方法；本发明另一方面提供实现上述过程的一体化反应器。

常规三氯化铁液体的工业化制备方法是，在酸性条件下利用氯气将零价铁、二价铁等氧化为三价铁，反应完成后停止通入氯气，反应终止。在上述过程中，氯气严格控制过量以避免氯气逸散。基于上述制备方法，改进的本发明的基本技术原理是：在高温、强酸性条件下，氯酸盐可被还原性组分还原为二氧化氯，且二氧化氯溶解度较高，稳定性较好，在氧化性条件下可稳定存在；之后再通入一定量氯气，一方面提高水中氧化性氯气浓度，另一方面确保氧化性环境，提高二氧化氯的稳定性。

本发明提出的复合氯-混凝剂制备方法和一体化反应器具有以下优点：

1、所制备的药液同时具备氧化、消毒和混凝等功能，具备更强的净水性能；

2、氧化剂组分中含有二氧化氯、氯等复合组分，具有更强的氧化、消毒能力，且保存期限更长；

3、充分利用三氯化铁工业化生产装置和反应条件，通过简单改造即可进行大规模生产，不会显著增加生产成本；

4、所有反应在密闭条件下进行，产生的尾气通过膜吸收器进行吸收，不会对周边环境产生不利影响；

5、反应装置和反应过程简单，控制方法简单易行，不需要复杂的操作。

附图说明

图1为本发明的未装填填料的“复合氯-混凝剂制备方法”反应器

图2为本发明的装填填料的“复合氯-混凝剂制备方法”反应器

附图标记

101溶液罐 102提升泵 103a、103b、103c、103d管线

104阀门 105反应釜 106穿孔布水管 107放空管

108吸收器 109穿孔布气管 110循环泵 111填料层

具体实施方式

除非上下文清楚地要求，否则，贯穿本说明书和权利要求，用于“包括”、“包含”等应以包含性的意义来解释而不是排他性或穷尽性的意义，即，其含义为“包括，但不限于”。在本详细描述部分中，使用单数或复数的用于也分别包括复数或单数。此外，在用于本申请中时，用语“在此”、“以上”、“以下”及类似意义的用语指的是作为整体的本申请而不是本申请人和特定部分。当权利要求使用用语“或”来引用两个或更多项时，此用语覆盖以下所有对该用语的解释。

本发明一方面提供一种复合氯-混凝剂的制备方法；本发明另一方面提供实现上述过程的一体化反应器。

常规三氯化铁液体的工业化制备方法是，在酸性条件下利用氯气将零价铁、二价铁等氧化为三价铁，反应完成后停止通入氯气，反应终止。在上述过程中，氯气严格控制过量以避免氯气逸散。基于上述制备方法，改进的本发明的基本技术原理是：在高温、强酸性条件下，氯酸盐可被还原性组分还原为二氧化氯，且二氧化氯溶解度较高，稳定性较好，在氧化性条件下可稳定存在；之后再通入一定量氯气，一方面提高水中氧化性氯气浓度，另一方面确保氧化性环境，提高二氧化氯的稳定性。

具体而言，本发明制备复合氯-混凝剂的技术方案如下：

(1)配制酸溶液，酸溶液质量百分比浓度为5％-10％；

(2)将亚铁盐溶解在上述酸溶液中，其中亚铁盐与酸的摩尔浓度之比范围为10:1～100:1；

优化地，也可以将零价铁粉、铁屑放置在酸溶液中浸泡溶解，铁粉或铁屑与酸溶液的质量比为0.05:1～0.20:1；

(3)将上述含有亚铁盐的酸溶液泵送至反应釜内，加热至50-70℃；

(4)往所述反应釜中通入氯气；

(5)配制摩尔浓度为2～20mol/L的氯酸盐溶液，且氯酸盐当量为所述反应釜中剩余亚铁当量的1.05-1.15倍；

(6)当通入氯气当量的为反应釜中亚铁当量的0.90-0.95倍时，停止通入氯气，将氯酸盐溶液缓慢泵送至所述反应釜中；

(7)开启反应釜循环泵，使得所述反应釜中氯酸盐与亚铁盐充分反应；

(8)当药液循环总流量为反应釜中药液体积的20-40倍时，关闭循环泵，重新通入氯气，氯气通入量为使得反应釜药液中有效氯浓度为0.5-2.0g/L。

其中，所述酸溶液可以是硫酸、盐酸、硝酸中的一种或大于一种以上的混合物；

其中，所述亚铁盐可以是硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁中的一种或大于一种以上的混合物；

其中，所述氯酸盐可以是氯酸钠、氯酸钾、氯酸钙、氯酸镁中的一种或大于一种以上的混合物。

优选地，反应前在反应釜中还可以装填锰氧化物、铁氧化物、铁锰复合氧化物中的一种或大于一种以上的混合物。

此外，本发明还提供了实现上述制备过程的一体化反应器。该反应器包括(1)溶液罐；(2)反应釜；(3)吸收器；(4)提升泵；(5)循环泵；反应器之间以管线和阀门进行连接，其中，所述的反应釜包括料液进口、料液出口、放空管、循环管、出气管等，反应过程中产生的尾气通过出气口至吸收器中进行吸收。

结合上述一体化反应器的具体结构，制备流程如下：在溶液罐101中配制酸液；将亚铁盐溶解在酸液中，或者将零价铁粉、铁屑放置在酸溶液中浸泡溶解；利用提升泵102将含有亚铁盐的酸溶液泵送至反应釜105内，酸液通过穿孔布水管106均匀进入反应釜；氯气通过管线103b进入反应釜中进行反应；同时，在溶液罐101中配制氯酸盐溶液；当通入氯气当量的为反应釜中亚铁当量的0.90-0.95倍时，停止通入氯气，利用提升泵102将氯酸盐溶液泵送至反应釜105内，氯酸盐溶液通过穿孔布水管106均匀进入反应釜；开启循环泵110，将反应釜中上层料液进入下层，如此循环使得所述反应釜中氯酸盐与亚铁盐充分反应；反应釜105产生的尾气通过管线103c和穿孔布气管109进入吸收器108得以吸收。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释发明，并不用于限定本发明。

实施例1：复合氯-混凝剂制备

具体制备过程如下，在溶液罐101中配制酸液；将亚铁盐溶解在酸液中，或者将零价铁粉、铁屑放置在酸溶液中浸泡溶解；利用提升泵102将含有亚铁盐的酸溶液泵送至反应釜105内，酸液通过穿孔布水管106均匀进入反应釜；氯气通过管线103b进入反应釜中进行反应；同时，在溶液罐101中配制氯酸盐溶液；当通入氯气当量的为反应釜中亚铁当量的0.90-0.95倍时，停止通入氯气，利用提升泵102将氯酸盐溶液泵送至反应釜105内，氯酸盐溶液通过穿孔布水管106均匀进入反应釜；开启循环泵110，将反应釜中上层料液进入下层，如此循环使得所述反应釜中氯酸盐与亚铁盐充分反应；反应釜105产生的尾气通过管线103c和穿孔布气管109进入吸收器108得以吸收。

实施例2：本发明制备获得的复合氯-混凝剂的水质净化效果

待处理水为某城市污水厂二级出水。采用常规三氯化铁药剂进行混凝强化处理，投量为100mg/L，COD去除率为35.7％，细菌总数去除率为92％；采用本发明制备的药剂进行混凝强化处理，投量为100mg/L，COD去除率为41.2％，细菌总数去除率为99.99％。

待处理水为某受污染水源水。采用常规聚合氯化铝进行混凝沉淀处理，投量为30mg/L，浊度去除率为85％，COD去除率为12.5％；采用本发明制备的药剂进行混凝沉淀处理，投量为30mg/L，浊度去除率为93％，COD去除率为26.2％。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合氯-混凝剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)配制酸溶液，酸溶液质量百分比浓度为5％-10％；

(2)将亚铁盐溶解在上述酸溶液中，其中亚铁盐与酸的摩尔浓度之比范围为10:1～100:1；

(3)将上述含有亚铁盐的酸溶液泵送至反应釜内，加热至50-70℃；

(4)往所述反应釜中通入氯气；

(5)配制摩尔浓度为2～20mol/L的氯酸盐溶液，且氯酸盐当量为所述反应釜中剩余亚铁当量的1.05-1.15倍；

(6)当通入氯气当量的为反应釜中亚铁当量的0.90-0.95倍时，停止通入氯气，将氯酸盐溶液缓慢泵送至所述反应釜中；

(7)开启反应釜循环泵，使得所述反应釜中氯酸盐与亚铁盐充分反应；

(8)当药液循环总流量为反应釜中药液体积的20-40倍时，关闭循环泵，重新通入氯气，氯气通入量为使得反应釜药液中有效氯浓度为0.5-2.0g/L。

2.根据权利要求1所述的复合氯-混凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中也可以将零价铁粉、铁屑放置在酸溶液中浸泡溶解，铁粉或铁屑与酸溶液的质量比为0.05:1～0.20:1。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的复合氯-混凝剂的制备方法，其特征在于，所述酸溶液可以是硫酸、盐酸、硝酸中的一种或大于一种以上的混合物。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的复合氯-混凝剂的制备方法，其特征在于，所述亚铁盐可以是硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁中的一种或大于一种以上的混合物。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的复合氯-混凝剂的制备方法，其特征在于，所述氯酸盐可以是氯酸钠、氯酸钾、氯酸钙、氯酸镁中的一种或大于一种以上的混合物。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的复合氯-混凝剂的制备方法，其特征在于，反应前在反应釜中还可以装填锰氧化物、铁氧化物、铁锰复合氧化物中的一种或大于一种以上的混合物。

7.权利要求1-6所述的复合氯-混凝剂的制备方法所涉及的一体化反应器，其特征在于，所述反应器包括(1)溶液罐；(2)反应釜；(3)吸收器；(4)提升泵；(5)循环泵；反应器之间以管线和阀门进行连接。

8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述反应釜包括料液进口、料液出口、放空管、循环管、出气管等，反应过程中产生的尾气通过出气口至吸收器中进行吸收。