CN108455642B - 一种利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣pac的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法，包括步骤：酸溶、重捕、乳化剪切搅拌。本发明的有益效果是：利用废碱代替了传统的铝矿土资源，避免了粉尘污染，且无二次危废产生，保证了产品的质量；利用新兴高效乳化剪切搅拌技术快速制备PAC，操作简便，处理量大，生产周期短，产量大，能耗低，且设备投资费用低，成本低廉；实现了含铝污泥、废盐酸及废碱的资源再生综合利用，变废为宝，保障了上游企业的可持续发展，节约了企业生产成本，实现了经济与环保的双重效益；制备的无渣PAC纯清透亮，性质稳定，流动性及分散性好，且能达到较高的盐基度，脱色除浊能力较一般市售PAC强5～10％。
Description
技术领域
本发明涉及固废处置与资源再生综合利用技术领域，涉及污水处理技术领域一种无渣PAC的技术改造，具体涉及一种利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法。
背景技术
聚合氯化铝是一种净水材料，无机高分子混凝剂，又被简称为聚铝，英文缩写为PAC，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。聚合氯化铝与传统无机混凝剂的根本区别在于传统无机混凝剂为低分子结晶盐，而聚合氯化铝的结构由形态多变的多元羧基络合物组成，絮凝沉淀速度快，适用pH值范围宽，对管道设备无腐蚀性，净水效果明显，能有效支除水中色质SS、COD、BOD及砷、汞等重金属离子，因此，该产品广泛应用于饮用水、工业用水和污水处理领域。
近年来，关于聚合氯化铝的制备技术亦是层出不穷、不断创新，其中较为前沿、广泛的是利用“废含铝原料+废酸+铝矿土”工艺制备PAC，即将废弃的含铝原料、废盐酸或废硫酸等无机强酸作为生产原料，先酸溶反应充分提取铝资源，再配以铝酸钙粉或铝土矿等含铝原料进行聚合调节。该技术虽清洁、绿色、环保，能有效防止二次污染，充分利用废弃资源，变废为宝，达到废弃物再生综合利用的目的，保障了上游企业的可持续发展，节约了企业生产成本，实现了经济与环保的双重效益，但该技术同时也存在着以下几点缺陷：(1)需要消耗大量的矿产资源，而如今矿产资源的稀缺导致原料价格的疯涨，最终不可避免地导致企业生产成本的增加；(2)二次危废泥渣产生量大，难以处理，易造成二次污泥，同时增加了企业委外处置成本；(3)工艺操作相对复杂，且生产过程中粉尘污染现象严重，易危害人体健康。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法，包括以下步骤：
(1)、酸溶，将工业副产废盐酸与铝型材行业含铝污泥进行酸溶反应，常温常压搅拌反应1～2h至含铝污泥完全溶解，即得有效成分为AlCl3的铝盐水，其中废盐酸与含铝污泥的质量比3:1；
(2)、重捕，向步骤(1)制得的铝盐水中加入液体重金属捕捉剂，搅拌反应0.5～1h后，静置沉降2～3h，即得淡黄色上清液含铝母液水，其中液体重金属捕捉剂与铝盐水的质量比为1:(500～2000)；
(3)、乳化剪切搅拌，将步骤(2)制得的上清液含铝母液水置于乳化剪切搅拌机中进行高速乳化剪切搅拌，并同时缓慢投加液体废碱调节溶液聚合度，投加完毕后继续高速乳化剪切搅拌30～45min出料，即得黄色或黄褐色澄清液体PAC，其中上清液含铝母液水与液体废碱的质量比为(299～327):(84～120)。
进一步地，所述的步骤(1)中工业副产废盐酸的酸度以HCl计为10～35wt％，铝型材行业含铝污泥为白色或灰白色固体物质，其有效成分为Al(OH)3，铝含量以Al2O3计为10～35wt％。
进一步地，所述的步骤(1)中铝盐水的铝含量以Al2O3计为2～9wt％，酸度以HCl计为0～12wt％。
进一步地，所述的步骤(1)中工业副产废盐酸与铝型材行业含铝污泥的投加量分别按铝盐水中所需的铝含量和酸度来计算。
进一步地，所述的步骤(2)中液体重金属捕捉剂为TMT，其投加量为铝盐水总质量的0.5～2‰。
进一步地，所述的步骤(3)中乳化剪切搅拌机的转速投加液碱时需控制在10000～12000r/min，液碱投加完毕后需控制在8000～10000r/min，否则会因高速乳化剪切而大量放热，反应剧烈容易导致溢釜。
进一步地，所述的步骤(3)中液体废碱主要成分为铝酸钠，其铝含量以Al2O3计为15～20wt％，碱度以NaOH计为22～28wt％，铝酸钠的投加量为含铝母液水总质量的13～50％。
进一步地，所述的步骤(3)中液体聚合氯化铝的铝含量以Al2O3计≥6wt％，盐基度为30～95wt％，水不溶物含量≤0.3wt％，pH值(10g/L水溶液)为3.5～5.0，符合国家标准GB/T22627-2014的规定要求。
本发明的有益效果是：本发明操作简便，设计合理，具有以下优点：
(1)、本发明利用废碱代替了传统的铝矿土资源，即避免了钙、铁离子的引入又避免了粉尘污染，且无二次危废产生，节约了企业生产成本，保证了产品的质量；
(2)、本发明利用新兴高效乳化剪切搅拌技术快速制备PAC，无需二次压滤操作简便，处理量大，生产周期短，产量大，不需额外热源能耗低，且设备投资费用低，成本低廉；
(3)、本发明方法实现了含铝污泥、废盐酸及废碱的资源再生综合利用，变废为宝，保障了上游企业的可持续发展，节约了企业生产成本，实现了经济与环保的双重效益；
(4)、利用本发明方法制备的无渣PAC纯清透亮，性质稳定，流动性及分散性好，且在避免钙、铁离子引入的同时能达到较高的盐基度，脱色除浊絮凝能力较一般市售PAC强5～10％；
(5)、本发明方法清洁、绿色、环保，彻底实现了“零污染零排放”的生产目标，具备高新技术含量及创新性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
将工业副产废盐酸300g(HCl质量分数为12.75％)与铝型材行业含铝污泥100g(Al2O3质量分数为16.35％)进行酸溶反应，常温常压搅拌反应1h至含铝污泥完全溶解，得到Al2O3质量分数为4.09％、HCl质量分数为0.79％的铝盐水；加入0.2gTMT液体重金属捕捉剂，搅拌反应0.5h后，静置沉降2h，即得淡黄色上清液含铝母液水；取上清液含铝母液水325g置于乳化剪切搅拌机中进行高速乳化剪切搅拌，并同时缓慢投加84g液体废碱(Al2O3质量分数为18.62％，NaOH质量分数为24.47％)调节溶液聚合度，投加完毕后继续高速乳化剪切搅拌30min出料，即得黄色澄清液体聚合氯化铝(PAC)。经检验成品中Al2O3质量分数为7.27％，盐基度B为90.16％，水不溶物含量≤0.3％，pH值(10g/L水溶液)为5.0。
实施例2
将工业副产废盐酸300g(HCl质量分数为26.63％)与铝型材行业含铝污泥100g(Al2O3质量分数为27.73％)进行酸溶反应，常温常压搅拌反应1.5h至含铝污泥完全溶解，得到Al2O3质量分数为6.93％、HCl质量分数为5.09％的铝盐水；加入0.4gTMT液体重金属捕捉剂，搅拌反应1h后，静置沉降2.5h，即得淡黄色上清液含铝母液水；取上清液含铝母液水327g置于乳化剪切搅拌机中进行高速乳化剪切搅拌，并同时缓慢投加120g液体废碱(Al2O3质量分数为18.62％，NaOH质量分数为24.47％)调节溶液聚合度，投加完毕后继续高速乳化剪切搅拌40min出料，即得黄色澄清液体聚合氯化铝(PAC)。经检验成品中Al2O3质量分数为10.25％，盐基度B为70.08％，水不溶物含量≤0.3％，pH值(10g/L水溶液)为4.5。
实施例3
将工业副产废盐酸300g(HCl质量分数为23.88％)与铝型材行业含铝污泥100g(Al2O3质量分数为26.31％)进行酸溶反应，常温常压搅拌反应2h至含铝污泥完全溶解，得到Al2O3质量分数为6.58％、HCl质量分数为3.79％的铝盐水；加入0.8gTMT液体重金属捕捉剂，搅拌反应1h后，静置沉降3h，即得淡黄色上清液含铝母液水；取上清液含铝母液水299g置于乳化剪切搅拌机中进行高速乳化剪切搅拌，并同时缓慢投加120g液体废碱(Al2O3质量分数为18.62％，NaOH质量分数为24.47％)调节溶液聚合度，投加完毕后继续高速乳化剪切搅拌45min出料，即得黄色澄清液体聚合氯化铝(PAC)。经检验成品中Al2O3质量分数为10.23％，盐基度B为80.32％，水不溶物含量≤0.3％，pH值(10g/L水溶液)为5.0。
本发明制得的无渣PAC混凝净水效果评价如下：
采用本发明的工艺方法制备的无渣PAC与现有市售PAC进行污水处理混凝效果对比，即分别取相同投加量的无渣聚合氯化铝与市售聚合氯化铝作为絮凝剂加入二沉水中，比较同一投加水平下污水的COD及浊度去除率。试验所用污水来源于吴江三联印染二沉水，其典型水质指标见表1：
表1 吴江三联印染二沉水典型水质指标
试验结果见下表2：
表2 不同PAC对吴江三联印染二沉水的COD及浊度去除率
结论：与市售PAC相比，本发明制备的无渣PAC对污水的混凝处理效果更好，COD及浊度去除率较市售PAC高5～10％，且由于高速乳化剪切使得成品PAC分子更小，更具流动性与分散性，混凝处理絮体大而密实，沉降速度快，后续污泥脱水效果更好。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、酸溶，将工业副产废盐酸与铝型材行业含铝污泥进行酸溶反应，常温常压搅拌反应1～2h至含铝污泥完全溶解，即得有效成分为AlCl 3的铝盐水，其中废盐酸与含铝污泥的质量比3:1；
(2)、重捕，向步骤(1)制得的铝盐水中加入液体重金属捕捉剂，搅拌反应0.5～1h后，静置沉降2～3h，即得淡黄色上清液含铝母液水，其中液体重金属捕捉剂与铝盐水的质量比为1:(500～2000)；
(3)、乳化剪切搅拌，将步骤(2)制得的上清液含铝母液水置于乳化剪切搅拌机中进行高速乳化剪切搅拌，并同时缓慢投加液体废碱调节溶液聚合度，投加完毕后继续高速乳化剪切搅拌30～45min出料，即得黄色或黄褐色澄清液体PAC，其中上清液含铝母液水与液体废碱的质量比为(299～327):(84～120)；
所述的步骤(3)中乳化剪切搅拌机的转速投加液碱时需控制在10000～12000r/min，液碱投加完毕后需控制在8000～10000r/min；
所述的步骤(3)中液体废碱主要成分为铝酸钠，其铝含量以Al 2O 3计为15～20wt％，碱度以NaOH计为22～28wt％，铝酸钠的投加量为含铝母液水总质量的13～50％；
所述的步骤(3)中液体聚合氯化铝的铝含量以Al2O3计≥10.23wt％，盐基度为70.08～80.32wt％，水不溶物含量≤0.3wt％，pH值为3.5～5.0。
2.根据权利要求1所述的利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中工业副产废盐酸的酸度以HCl计为10～35wt％，铝型材行业含铝污泥为白色或灰白色固体物质，其有效成分为Al(OH)3，铝含量以Al 2O 3计为10～35wt％。
3.根据权利要求1所述的利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中铝盐水的铝含量以Al2O 3计为2～9wt％，酸度以HCl计为0～12wt％。
4.根据权利要求1所述的利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中工业副产废盐酸与铝型材行业含铝污泥的投加量分别按铝盐水中所需的铝含量和酸度来计算。
5.根据权利要求1所述的利用高效乳化剪切搅拌技术制备无渣PAC的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中液体重金属捕捉剂为TMT，其投加量为铝盐水总质量的0.5～2‰。
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