CN113955785A - 一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及净化技术领域，且公开了一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法，包括柱体，所述柱体的内部中空，并在柱体的顶部形成开口；所述柱体的内部设有铝碳床，所述柱体内底部固定安装有砂芯挡板。本发明提出一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法，本发明以铝屑‑生物炭为原料，利用铝碳形成铝碳还原电池，在阳极形成Fe²⁺，Fe²⁺可以与许多重金属发生氧化还原或者置换反应，将水体中的重金属去除。

Description

一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法

技术领域

本发明涉及净化领域，尤其涉及一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法。

背景技术

聚氯化铝是当前主要的絮凝剂产品之一，在工业废水处理、饮用水处理方面均具有广泛的市场。当前聚氯化铝主要通过铝矿粉、工业回收铝渣与工业副产盐酸反应制备聚氯化铝，由于该种制备方式中铝矿粉、铝渣及工业副产盐酸成分复杂，均含有一定的重金属、有机质等杂质，导致聚氯化铝产品中通常含有部分有害杂质，该产品使用后会对人体健康或者是水体环境产生危害。当对产品质量要求较高时，部分聚氯化铝的生产厂家采用冶炼厂中间产物氢氧化铝和正品盐酸制备聚氯化铝，该种方法原料成本高昂，无法大规模应用，不利于推动行业进步与发展。

随着《生活饮用水用聚氯化铝》GB15892-2020，于2020年7月23日发布，并于2021年8月1日开始实施。整个行业对于聚氯化铝的产品标准有了更高的要求，因此采用合适的方法对聚氯化铝进行提纯，提升聚氯化铝的品质已经成为聚氯化铝生产厂家的当务之急。

为解决上述问题，本申请中提出一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法，本发明以铝屑-生物炭为原料，利用铝碳形成铝碳还原电池，在阳极形成Fe²⁺，Fe²⁺可以与许多重金属发生氧化还原或者置换反应，将水体中的重金属去除。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法，包括柱体，所述柱体的内部中空，并在柱体的顶部形成开口；

所述柱体的内部设有铝碳床，所述柱体内底部固定安装有砂芯挡板。

优选的，所述柱体底部的一侧固定连通有进液管，所述柱体顶部的另一侧固定连通有出液管。

优选的，所述铝碳床采用铝和生物体混合形成。

优选的，所述铝碳床的填充孔隙率为35％。

优选的，所述柱体的直径值为20cm，高为30cm。

一种用于聚氯化铝的净化装置的净化方法，包括以下步骤：

S1、将聚氯化铝溶液通过进液管通入至柱体内；

S2、聚氯化铝溶液经过铝碳床反应，并通过出液管排出。

优选的，对S2中产生的气体进行收集。

优选的，铝碳床的PH为2-7。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

用铝碳床微电解法净化聚氯化铝絮凝剂的方法；利用铝、生物炭搭建铝碳床，铝作为阳极、碳作为阴极，产生微电解反应，将聚氯化铝溶液中的重金属杂质，置换并截留在铝碳床内，铝则变为Al³⁺融入产品中，该方法不仅能净化聚氯化铝，避免其他杂质的带入，并且能增加有效铝含量。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于聚氯化铝的净化装置的结构示意图。

图2为本发明提出的一种用于聚氯化铝的净化装置的内部结构示意图。

图3为本发明中铝炭比参数范围实验图。

图4为本发明中pH值最佳范围实验图。

图5为本发明中铝炭床停留时间实验图。

附图标记：1、柱体；2、铝碳床；3、砂芯挡板；4、进液管；5、出液管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图1-5，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-2所示，本发明提出的一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法，包括柱体1，柱体1的内部中空，并在柱体1的顶部形成开口；

柱体1的内部设有铝碳床2，柱体1内底部固定安装有砂芯挡板3。

在一个可选的实施例中，柱体1底部的一侧固定连通有进液管4，柱体1顶部的另一侧固定连通有出液管5。

在一个可选的实施例中，铝碳床2采用铝和生物体混合形成。

在一个可选的实施例中，铝碳床2的填充孔隙率为35％。

在一个可选的实施例中，柱体1的直径值为20cm，高为30cm。

一种用于聚氯化铝的净化装置的净化方法，包括以下步骤：

S1、将聚氯化铝溶液通过进液管4通入至柱体1内；

S2、聚氯化铝溶液经过铝碳床2反应，并通过出液管排出。

在一个可选的实施例中，对S2中产生的气体进行收集。

在一个可选的实施例中，铝碳床2的PH为2-7。

需要说明的是，聚氯化铝经过床体时会发生如下反应：

阳极：Al→Al³⁺+3e^-阴极：2H⁺+2e^-→2[H]→H₂↑

M²⁺+2e^-→M(M代表金属单质)。

经过铝碳床2反应后，铝碳床中的单质铝会被消耗一部分，形成Al³⁺进入聚氯化铝产品中，而产品中的各种重金属杂质则会被交换形成金属单质，最终被床体截留在铝碳床2内部，该方法不需要对聚氯化铝产品的pH进行调整，操作方法简单，并且通过该方法的实施可以增加聚氯化铝中Al3+的含量。并且此方法具有更高的经济性，对于聚氯化铝生产的原材料无要求。

实验：

1、铝炭比参数范围优选：

聚氯化铝流速：60mL/min，水力停留时间1h，pH＝4，污染物浓度pb²⁺为20mg/L，总铬为10mg/L。

参考附图3，实验结果标明，在2:1-1:1的范围内，对于其他重金属离子具有较好的去除效果，定义为最佳铝炭比范围。

2、pH值最佳范围确定：

聚氯化铝流速：60mL/min，水力停留时间1h，pH范围由2～7，铝炭比1:1，污染物浓度pb²⁺为20mg/L，总铬为10mg/L。

参考附图4，由实验结果可以看出，在pH值在2-4的范围内均具有良好的效果基本保持一致，当pH>4过后，随着pH值的增加，去除效果明显降低。主要是因为铝炭微电解的激发条件需要在酸性条件下，当pH超过5时，铝炭微电解作用减弱，导致效果变差。聚氯化铝的出厂pH值一般为3～4，从经济性角度考虑，最佳pH范围定位3～4，不用额外调节pH值。

3、铝炭床停留时间优化

调节流速20mL/min-300mL/min水力停留时间范围0.5h-3h，pH为4，铝炭比1:1，污染物浓度pb²⁺为20mg/L，总铬为10mg/L。

参考附图5，从实验结果来看，当水力停留时间低于1小时的时候，由于反应时间不够充分，水流速度过来，导致对于重金属离子的去除效果较差，而当水力停留时间超过1h后，效果较为接近，增加水力停留时间效率提升不大。考虑经济和效率两方面因素，将最佳水力停留时间范围定位1～1.5h。

综上，参数：

1、铝炭质量比2:1-1:1为本发明最佳质量比范围；

2、最佳pH值范围为3-4；

3、铝碳床停留时间，1-1.5h范围之内，经济效益最佳；

综合在pH为4，铝碳比为1：1，停留时间为1h时，对聚氯化铝中铅、砷、铬等各种重金属均具有较好的效果，去除效率均在70％以上，结果见表1。

表1铝碳床对各种重金属的处理效果

	处理前	处理后	净化效率
				铅	23.3ppm	5.3ppm	77.2％
砷	5ppm	1.4ppm	72％
				铬	10.8ppm	2.6ppm	82.41％

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种用于聚氯化铝的净化装置及其净化方法，包括柱体(1)，其特征在于：所述柱体(1)的内部中空，并在柱体(1)的顶部形成开口；

所述柱体(1)的内部设有铝碳床(2)，所述柱体(1)内底部固定安装有砂芯挡板(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于聚氯化铝的净化装置，其特征在于，所述柱体(1)底部的一侧固定连通有进液管(4)，所述柱体(1)顶部的另一侧固定连通有出液管(5)。

3.根据权利要求1所述的一种用于聚氯化铝的净化装置，其特征在于，所述铝碳床(2)采用铝和生物体混合形成。

4.根据权利要求1或3所述的一种用于聚氯化铝的净化装置，其特征在于，所述铝碳床(2)的填充孔隙率为35％。

5.根据权利要求1所述的一种用于聚氯化铝的净化装置，其特征在于，所述柱体(1)的直径值为20cm，高为30cm。

6.一种用于聚氯化铝的净化装置的净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将聚氯化铝溶液通过进液管(4)通入至柱体(1)内；

S2、聚氯化铝溶液经过铝碳床(2)反应，并通过出液管排出。

7.根据权利要求1所述的一种用于聚氯化铝的净化装置的净化方法，其特征在于，对S2中产生的气体进行收集。

8.根据权利要求1所述的一种用于聚氯化铝的净化装置的净化方法，其特征在于，铝碳床(2)的pH为2-7。

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