CN113955873B - 适用于微污染原水的水处理除氟剂及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于微污染原水的水处理除氟剂及其制备和使用方法,将铝盐、铁盐、硅化合物、钛盐、铵化物、胺化物、碱化物、氧化剂以及水等原料组分,通过溶解、混合、碱化/聚合、氧化、熟化步骤制备得到外观为透明溶液的本除氟剂产品。本发明在传统除氟剂基础上引入钛盐、铵化物、胺化物,以增强水中氟化物的去除效果,同时在制备过程中采用碱化/聚合、氧化的方法更进一步增强除氟作用并减少药剂的残留;除氟效果好,且处理后出水酸化程度低,药剂残留量少不增加出水硬度。同时,本发明使用方便,无需新增水处理设施,无需二次投加其它絮凝剂或助凝剂,达到高效除氟的同时对水中悬浮颗粒、化学需氧量、总磷、金属汞等污染物协同去除效果。

Description

适用于微污染原水的水处理除氟剂及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域,具体涉及一种适用于微污染原水的水处理除氟剂及其制备和使用方法。
背景技术
随着近几年采矿、化肥、冶炼、煤化工、电解铝等产业的迅速发展,含氟废水的排放加剧了氟对环境的污染。加之我国西北地区受自身地质环境影响,地下水氟化物本底浓度较高,属于氟污染高发区,具有污染面积广,污染程度高,治理难度大等特点。氟污染对人民身体健康及生态环境保护有着较大负面的影响,成为一个亟待解决的问题。在防治地方性氟病与消除氟危害方面政府作了大量工作和努力,但在如何根治地方性氟病、降低氟的生态环境风险方面成效并不显著,所以水中氟离子的去除技术具有很高的开发及应用价值。
目前公开的除氟剂大多利用钙盐中的钙离子与氟离子反应生成氟化钙沉淀而除去,但这种方式只适用于氟化物浓度达到几百甚至几千上万mg/L的工业废水,且处理后出水氟化物浓度往往还有数十mg/L,与现行的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)以及《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中对氟化物浓度小于1.0mg/L的要求还有较大差距。对于氟化物浓度在1-10mg/L的微污染原水,要使处理后氟化物浓度小于1.0mg/L,若采用传统钙离子除氟剂往往达不到要求,采用氧化铝吸附法则运行操作复杂且存在吸附剂再生困难问题,若采用反渗透等膜处理法则处理成本高。
铝盐对水中氟化物也有一定的去除效果,其作用原理主要是依靠铝盐水解产生的氢氧化铝胶体对氟化物的吸附作用,或者氟离子取代铝羟基化合物中的羟基生成氟代铝羟基化合物而去除。但是,单纯的铝盐对氟化物的捕获能力有限,且往往需要较高的Al/F。
才能达到理想的除氟效果,而高铝投加量会导致出水铝离子或者与其复配的阴离子浓度显著升高。开发和使用一种复配的高效、低残留且适用于微污染原水的水处理除氟剂成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述原因,本发明的目的在于克服已有技术的不足之处,提供一种适用于微污染原水的水处理除氟剂及其制备和使用方法,实现微污染原水中氟化物的去除。该除氟剂除氟效率高、对水体酸化程度低、残留量小,且在去除氟化物的同时无需投加其它絮凝剂或助凝剂,对水中悬浮颗粒(SS)、化学需氧量(CODCr)、总磷(TP)、金属汞等污染物有较强的协同去除效果。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
一种适用于微污染原水的水处理除氟剂,每百份除氟剂包括以下质量份原料组分:铝盐1-30份、铁盐1-30份、硅化合物1-15份、钛盐1-20份、铵化物1-3份、胺化物1-3份、碱化物1-5份、氧化剂1-10份、其余为水。
作为上述方案的优选,所述铝盐包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁、聚合硅酸铝、聚合硅酸铝铁、三氯化铝、硫酸铝、硅酸铝、铝酸钠、十二水硫酸铝钾中的至少一种;
所述铁盐包括聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、高铁酸钠、高铁酸钾、三氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁铵中的至少一种;
所述硅化合物包括聚合硅酸铝、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、硅酸钠、硅酸镁铝、聚硅氧烷改性硅油、氨基硅油、羧基硅油、环氧基硅油、甲基丙烯基硅油中的至少一种;
所述钛盐包括钛酸、四氯化钛、三氯化钛中的至少一种;
所述铵化物包括硫酸铵、氯化铵、氢氧化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵、氯化苄基三乙基铵、硫酸氢四丁基铵中的至少一种;
所述胺化物包括聚丙烯酰胺、聚胺、三乙醇胺中的至少一种;
所述碱化物包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种;
所述氧化剂包括双氧水、次氯酸钠、高氯酸钠中的至少一种。
一种适用于微污染原水的水处理除氟剂的制备方法,包括以下制备步骤:
(1)溶解:将相应质量份的铝盐、铁盐、硅、钛盐、铵化物、胺化物、碱化物、氧化剂中的固体组分分别加水搅拌至充分溶解,液体组分直接称量待用;
(2)混合:在搅拌状态下按照先铝盐,再铁盐,再钛盐,再硅化合物,再铵化物,再胺化物,再剩余的水的顺序将步骤(1)配制好的溶液依次混合;
(3)碱化/聚合:对步骤(2)得到的混合溶液进行加热、回流,温度控制在25-90℃,搅拌条件下缓慢多次向混合溶液中加入步骤(1)配制好的碱溶液,聚合反应30-120分钟;
(4)氧化:将步骤(3)得到混合溶液冷却,搅拌条件下加入步骤(1)配制好的氧化物溶液;
(5)熟化:向步骤(4)得到的混合溶液室温熟化1-7天,得到为透明溶液的除氟剂产品。
一种适用于微污染原水的水处理除氟剂的使用方法,先用盐酸或氢氧化钠溶液将氟化物浓度为1-10mg/L的待处理原水pH调至6-9,每吨原水按照氟化物浓度在1mg/L基础上每增加1mg/L投加0.1-1.2L本发明的除氟剂,快速搅拌1-3分钟,慢速搅拌10-20分钟,静置沉淀10-30分钟,得到氟化物浓度小于1mg/L的上清液出水。
由于具有上述结构,本发明的有益效果在于:
1、本发明在传统除氟剂基础上引入钛盐、铵化物、胺化物,以增强水中氟化物的去除效果,所用原料均为常规试剂,价格便宜、来源广,可广泛应用于工业废水、地表水和地下水中氟化物的去除,且不含钙盐和镁盐,使用后不增加出水硬度。
2、本发明的除氟效果好,可将氟化物浓度为1-10mg/L的微污染原水中氟化物稳定降至1mg/L以下,且由于预碱化/聚合处理,使处理后出水酸化程度低,药剂残留量少。
3、本发明制备过程加入氧化剂,提高了除氟剂的氧化还原电位,避免了除氟剂过度凝聚而失效,且对水中氟化物及其它污染物的去除起到增效作用。
4、本发明使用方便,在目前水处理厂普遍建设的絮凝沉淀水处理工艺基础上无需新增水处理设施,无需二次投加其它絮凝剂或助凝剂,达到高效除氟的同时对水中悬浮颗粒(SS)、化学需氧量(CODCr)、总磷(TP)、金属汞等污染物协同去除效果。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例涉及一种适用于微污染原水的水处理除氟剂及其制备方法。
一种适用于微污染原水的水处理除氟剂,按每百份计,包括以下质量份的原料组分:铝盐1-30份、铁盐1-30份、硅化合物1-15份、钛盐1-20份、铵化物1-3份、胺化物1-3份、碱化物1-5份、氧化剂1-10份、其余为水。
实施例1.1
在本实施例中,除氟剂按每百份计包括以下质量份的原料组分:聚合氯化铝18份、聚合氯化铁1份、聚合硅酸铝铁3份、钛酸5份、聚二甲基二烯丙基氯化铵1份、聚胺1份、碳酸钠1份、双氧水5份、水65份。
实施例1.2
在本实施例中,除氟剂按每百份计包括以下质量份的原料组分:聚合氯化铝15份、聚合硫酸铁3份、硅酸钠5份、四氯化钛3份、聚二甲基二烯丙基氯化铵2份、聚胺1份、碳酸氢钠2份、次氯酸钠3份、水66份。
各实施例中水处理除氟剂的原料配方如下表所示:
实施例1.3
在本实施例中,除氟剂按每百份计包括以下质量份的原料组分:聚合硫酸铝12份、聚合氯化铁7份、硅酸钠3份、四氯化钛1份、硫酸铵4份、聚丙烯酰胺2份、氢氧化钠1份、高氯酸钠3份、水67份。
上表中各水处理除氟剂的制备方法如下:
(1)溶解:将相应质量份的铝盐、铁盐、硅、钛盐、铵化物、胺化物、碱化物、氧化剂中的固体组分分别加水搅拌至充分溶解,液体组分直接称量待用;
(2)混合:在搅拌状态下按照先铝盐,再铁盐,再钛盐,再硅化合物,再铵化物,再胺化物,再剩余的水的顺序将步骤(1)配制好的溶液依次混合;
(3)碱化/聚合:对步骤(2)得到的混合溶液进行加热、回流,温度控制在80℃,搅拌条件下缓慢多次向混合溶液中加入步骤(1)配制好的碱溶液,聚合反应60分钟;
(4)氧化:将步骤(3)得到混合溶液冷却,搅拌条件下加入步骤(1)配制好的氧化物溶液;
(5)熟化:向步骤(4)得到的混合溶液室温熟化3天,得到为透明溶液的除氟剂产品。
实施例二
本实施例涉及一种适用于微污染原水的水处理除氟剂的使用方法及效果。
将实施例一中的水处理除氟剂分别应用到氟化物浓度为1-10mg/L的微污染含氟地下原水、地表原水及工业废水中,先用盐酸或氢氧化钠溶液将待处理原水pH调至6-9,每吨原水按照氟化物浓度在1mg/L基础上每增加1mg/L投加0.1-1.2L本发明的除氟剂,快速搅拌1-3分钟,慢速搅拌10-20分钟,静置沉淀10-30分钟,得到氟化物浓度小于1mg/L的上清液出水。
具体使用方法及效果如下表所示:
由以上实施例可以看出,本发明的除氟剂能使微污染地下原水、地表原水以及工业废水中的氟化物浓度将至1mg/L以下,且不导致水体硬度上升,同时对水中悬浮颗粒(SS)、化学需氧量(CODCr)、总磷(TP)、金属汞等污染物有较强的协同去除效果。
对比例一
采用实施例1.1中制备的除氟剂,以及目前市场上销售的除氟剂分别对含氟地下原水进行处理。对处理后的出水进行检测,对比测试数据如下表所示:
由以上对比例可以看出,在相同投量条件下,本发明的除氟剂相比市售的两种产品,除氟效果好,药剂残留量少,不导致水体硬度上升,同时对水中悬浮颗粒(SS)、化学需氧量(CODCr)、总磷(TP)、金属汞等污染物有较强的协同去除效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于微污染原水的水处理除氟剂,其特征在于,每百份除氟剂包括以下质量份原料组分:铝盐1-30份、铁盐1-30份、硅化合物1-15份、钛盐1-20份、铵化物1-3份、胺化物1-3份、碱化物1-5份、氧化剂1-10份、其余为水;
其制备方法包括以下制备步骤:
(1)溶解:将相应质量份的铝盐、铁盐、硅、钛盐、铵化物、胺化物、碱化物、氧化剂中的固体组分分别加水搅拌至充分溶解,液体组分直接称量待用;
(2)混合:在搅拌状态下按照先铝盐,再铁盐,再钛盐,再硅化合物,再铵化物,再胺化物,再剩余的水的顺序将步骤(1)配制好的溶液依次混合;
(3)碱化/聚合:对步骤(2)得到的混合溶液进行加热、回流,温度控制在25-90℃,搅拌条件下缓慢多次向混合溶液中加入步骤(1)配制好的碱溶液,聚合反应30-120分钟;
(4)氧化:将步骤(3)得到混合溶液冷却,搅拌条件下加入步骤(1)配制好的氧化物溶液;
(5)熟化:向步骤(4)得到的混合溶液室温熟化1-7天,得到为透明溶液的除氟剂产品。
2.根据权利要求1所述的适用于微污染原水的水处理除氟剂,其特征在于,所述铝盐包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁、聚合硅酸铝、聚合硅酸铝铁、三氯化铝、硫酸铝、硅酸铝、铝酸钠、十二水硫酸铝钾中的至少一种;
所述铁盐包括聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、高铁酸钠、高铁酸钾、三氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁铵中的至少一种;
所述硅化合物包括聚合硅酸铝、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、硅酸钠、硅酸镁铝、聚硅氧烷改性硅油、氨基硅油、羧基硅油、环氧基硅油、甲基丙烯基硅油中的至少一种;
所述钛盐包括钛酸、四氯化钛、三氯化钛中的至少一种;
所述铵化物包括硫酸铵、氯化铵、氢氧化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵、氯化苄基三乙基铵、硫酸氢四丁基铵中的至少一种;
所述胺化物包括聚丙烯酰胺、聚胺、三乙醇胺中的至少一种;
所述碱化物包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种;
所述氧化剂包括双氧水、次氯酸钠、高氯酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于微污染原水的水处理除氟剂的使用方法,其特征在于,先用盐酸或氢氧化钠溶液将氟化物浓度为1-10mg/L的待处理原水pH调至6-9,每吨原水按照氟化物浓度在1mg/L基础上每增加1mg/L投加0.1-1.2L本发明的除氟剂,快速搅拌1-3分钟,慢速搅拌10-20分钟,静置沉淀10-30分钟,得到氟化物浓度小于1mg/L的上清液出水。
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