CN115353183B - 一种污水处理用絮凝剂及其制备方法 - Google Patents

一种污水处理用絮凝剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水处理领域，具体关于一种污水处理用絮凝剂及其制备方法；本方法采用氯化铝(AlCl3·6H2O)、氯化铁(FeCl3·6H2O)、氢氧化钠溶液、稀土增效剂、无机加重材料制备污水处理用絮凝剂；本发明制备的絮凝剂，吸附污染物的能力更强，能够将污水中的污染物全部聚沉到水底，且出水水质情况要强于市售絮凝剂的处理效果，表面无浮油和杂质；处理后的污水含油量及COD符合国家相关排放标准，处理效果达到表面无浮油，絮体稳定沉降的要求。

Description

一种污水处理用絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其是一种污水处理用絮凝剂及其制备方法。
背景技术
CN201510096923.6：一种污水处理絮凝剂，包括丙烯酰胺60～120份、阴离子单体5～ 10份、阳离子淀粉5～10份、壳聚糖5～10份、5#白油300～500份、乳化剂10～15份、去离子水200～400份、氧化剂0.01～0.03份、还原剂0.01～0.03份、络合剂0.01～0.03 份。通过将各组分混合制备成絮凝剂，本发明絮凝剂产品为悬浮微乳液共聚，产品在水中极易分散均匀，起效速度快，除油率高达95％。
CN201210192436.6：本发明涉及一种污水处理用絮凝剂的制备方法，它是以聚丙烯酞胺、淀粉、次氯酸钠、羧甲基纤维素钠、硅酸钠、过硫酸钾、亚硫酸钠和水为原料，经复合而成。本发明方法制得的该絮凝剂具有绿色环保、成本低，并且投加量少，絮凝速度快，污泥少；使用方便、安全等优点。
CN201610641801.5：本发明涉及一种污水处理用絮凝剂，由以下组分组成：聚马来酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、水解聚马来酸酐、乙二胺四甲叉膦酸钠、氯酸钾、三氯异氰尿酸、三氯生、对羟基苯甲酸、过碳酸钠、沸石粉、二氧化钛粉末、硫酸铵、硫酸锌粉末、硫酸镁、硫酸锌、氯化铵、氯化苄、磷酸二氢钾、叔丁基溶纤剂、甘油硬脂酸脂、椰子油、癸醛、环氧氯丙烷、醋酸丁酯、环氧乙烷、三乙醇胺、聚甲基氢硅氧烷、聚乙二醇辛基苯基醚、聚二烯丙基二甲基氯化铵、淀粉磷酸酯、去离子水。本发明产品，反应速度快，过程中无有毒有害气体产生；反应后的生成物稳定，不会再分解成有毒物质；高效、无毒，反应前后对人体安全，对物件无腐蚀；针对污水处理效率高。
上述公开专利及现有技术，大都以有机高分子絮凝剂为主，有机高分子絮凝剂通常分为天然高分子和人工合成高分子絮凝剂这两个大类。虽然天然高分子絮凝剂的应用前景广泛，但因其分子量较小，电荷密度低，且容易被降解；人工合成的高分子絮凝剂适用范围最广泛的是聚丙烯酰胺，尽管聚丙烯酰胺在处理各类污水均有着很好的絮凝效果，但它也存在着一些不足：含有聚丙烯酰胺的高分子絮凝剂如果残留在水体中，很难被微生物降解，而且聚丙烯酰胺的单体丙烯酰胺具有很强的神经毒性，长期接触有致癌的危险，因此容易造成二次污染。
发明内容
为了解决上述问题，在本发明的一个方面，提供了一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：按照质量份数，称取14-50份氯化铝(AlCl3·6H2O)、2-5份氯化铁(FeCl3·6H2O)， 0.24-1.8份稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入9-33份无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
作为优选，所述反应温度为70-100℃，反应时间为1-3h。
作为优选，所述反应器材质宜采用塑料或搪瓷或不锈钢。
作为优选，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10-20％。
作为优选，所述碱化度为1-2。
作为优选，所述搅拌速率为500-800转/min。
作为优选，所述熟化时间为18-24h。
作为优选，所述烘干温度为85-100℃，烘干时间为20-24h。
作为优选，所述无机加重材料为硅酸钠或硅酸钙或高岭石或陶瓷。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种稀土增效剂，通过丙烯酸铝、(2-巯基乙基) 三甲基氯化铵、烯丙基溴化锌、铈(3+)丙烯酰酸酯之间发生巯基-烯加成反应，得到的化合物为稀土增效剂，与聚合氯化铝铁复合使用的污水处理用絮凝剂，可直接投加用于水的混凝净化处理，混凝反应快、矾花大、絮凝体沉降快，特别是对于微污染饮用水原水中的藻类去除，具有更加优良的强化混凝去除效果。
作为优选，所述一种稀土增效剂制备方案如下：
按照质量份数，将24-32份的丙烯酸铝、55-75份的(2-巯基乙基)三甲基氯化铵、200-220 份的甲醇，2-5份的甲醇钠，0.5-2.2份的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，40-55℃下反应60-100min，再加入2-7份的烯丙基溴化锌，40-55℃下反应 20-40min，再加入0.02-0.7份的铈(3+)丙烯酰酸酯(94232-54-9)、40-55℃下反应20-40min，蒸发除去甲醇，即可得到一种稀土增效剂。
本发明提供的方法的优势是：制备的絮凝剂，吸附污染物的能力更强，能够将污水中的污染物全部聚沉到水底，且出水水质情况要强于市售絮凝剂的处理效果，表面无浮油和杂质；处理后的污水含油量及COD符合国家相关排放标准，处理效果达到表面无浮油，絮体稳定沉降的要求。
本发明制备的絮凝剂处理污水最佳投药量为100-400mg/L，在10-40℃的污水温度范围内对油污和COD的去除率保持稳定，在污水pH值在6-8之间絮凝效果良好，油污去除率为96.7％，COD去除率为88.3％，浊度去除率为85.3％，悬浮物去除率为97.3％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方案进行进一步说明。但不以任何方式限制本发明。
实施例及对比例测试方法：
1、含油量测定方法
将污水水样转移到分液漏斗中，称取50ml的四氯化碳洗涤样品瓶，洗涤后的液体全部转移到分液漏斗中，振荡摇匀，振荡过程中要开启旋塞排气。静置后分层，将下层的液体转移到锥形瓶中，投加无水硫酸钠后振荡数次。上层液体转入到样品瓶中，继续按照上述步骤萃取，得到的萃取液转移到锥形瓶中。将萃取后的溶液加入到到40mm的比色皿之中，同时用四氯化碳作为参考对比的溶液，在2930cm-1、2960cm-1和3030cm-1这三个波长处测出各自的吸光度A2930、A2960和A3030，然后下式进行含油量的计算：
式中，C油是水样中油的浓度，单位mg/L；X、Y、Z和F均为公式中的校正系数， A2930、A2960和A3030分别为萃取液在各自波数下的吸光度；V1为萃取溶剂的体积，单位 ml；V2为水样的体积，单位ml；D为萃取液稀释的倍数。
2、COD测定方法：
20ml污水水样于锥形瓶中，加入0.4g硫酸汞除去氯化物。再向锥形瓶中加入10.0ml 重铬酸钾(K2Cr2O7)标准液，将回流冷凝管接在锥形瓶上，在冷凝管的顶部缓慢滴加体积为30ml的硫酸-硫酸银溶液后轻轻地摇匀，加热至溶液沸腾，再继续加热回流2h。反应时间结束后冷却实验装置，并用50ml的水冲洗整个冷凝管，然后取下锥形瓶，向瓶中加入蒸馏水，稀释至140ml。等到溶液冷却到室温之后，向锥形瓶中加入3滴试亚铁灵试剂，并使用硫酸亚铁铵的标准液进行滴定操作，随着滴定的进行，溶液的颜色会由初始的黄色，逐渐转变为蓝绿色，最后在滴定终点处变为红褐色。记录此时硫酸亚铁铵的标准液消耗的体积V4。接着用20ml的蒸馏水重复以上操作进行空白实验，记录空白实验中硫酸亚铁铵标准液消耗的体积V3，然后根据下式对污水水样的COD进行计算：
其中C0是值硫酸亚铁铵标准液的浓度，单位mg/L，V5是所取污水水样的体积，单位是ml。
3、浊度测定方法：
吸取50ml污水的水样，置于50ml的比色管中，按照绘制标准曲线的步骤去测定该水样的吸光度，然后根据浊度标准曲线换算出水样的浊度，如果测定之前用无浊度水稀释过，则在所得结果的基础上乘以稀释的倍数即得到稀释前水样的浊度。
4、悬浮物SS含量测定方法：
将100ml充分摇匀的水样抽滤，使水分全部通过滤膜，用蒸馏水洗涤滤膜，每次10ml 清洗三次，继续抽滤除去多余的水分。抽滤停止后，将载有悬浮物的滤膜放入到原来的称量瓶中，然后在温度为105℃的烘箱中烘干一小时，再放入干燥器中冷却，称出滤膜、悬浮物、称量瓶的总重量。重复以上步骤，直至两次称出的总重量之差小于0.4mg。悬浮物的含量按照下式进行计算：
其中M是指水中悬浮物的浓度，单位是mg/L；A是指滤膜、悬浮物、称量瓶的总重量，单位为g；E是指滤膜和称量瓶的重量，单位g；V6指的是水样的体积，单位是ml。
实施例1
一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：称取14g氯化铝(AlCl3·6H2O)、2g氯化铁(FeCl3·6H2O)，0.24g稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入9g无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
所述反应温度为70℃，反应时间为1h。
所述反应器材质宜采用塑料。
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
所述碱化度为1。
所述搅拌速率为500转/min。
所述熟化时间为18h。
所述烘干温度为85℃，烘干时间为20h。
所述无机加重材料为硅酸钠。
所述一种稀土增效剂的制备方法为：
将24g的丙烯酸铝、55g的(2-巯基乙基)三甲基氯化铵、200g的甲醇，2g的甲醇钠，0.5g的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，40℃下反应60min，再加入2g的烯丙基溴化锌，40℃下反应20min，再加入0.02g的铈(3+)丙烯酰酸酯 (94232-54-9)、40℃下反应20min，蒸发除去甲醇，即可得到一种稀土增效剂。
实施例2
一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：称取20g氯化铝(AlCl3·6H2O)、3g氯化铁(FeCl3·6H2O)，0.6g稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入15g无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
所述反应温度为80℃，反应时间为2h。
所述反应器材质宜采用搪瓷。
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为15％。
所述碱化度为1。
所述搅拌速率为600转/min。
所述熟化时间为20h。
所述烘干温度为90℃，烘干时间为21h。
所述无机加重材料为硅酸钙。
所述一种稀土增效剂的制备方法为：
将26g的丙烯酸铝、60g的(2-巯基乙基)三甲基氯化铵、205g的甲醇，3g的甲醇钠，1g的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，45℃下反应70min，再加入3g的烯丙基溴化锌，45℃下反应25min，再加入0.1g的铈(3+)丙烯酰酸酯 (94232-54-9)、45℃下反应25min，蒸发除去甲醇，即可得到一种稀土增效剂。
实施例3
一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：称取40g氯化铝(AlCl3·6H2O)、4g氯化铁(FeCl3·6H2O)，1.2g稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入30g无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
所述反应温度为90℃，反应时间为2h。
所述反应器材质宜采用搪瓷。
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1％。
所述碱化度为2。
所述搅拌速率为700转/min。
所述熟化时间为22h。
所述烘干温度为95℃，烘干时间为23h。
所述无机加重材料为高岭石。
所述一种稀土增效剂的制备方法为：
将30g的丙烯酸铝、70g的(2-巯基乙基)三甲基氯化铵、215g的甲醇，4g的甲醇钠，2g的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，50℃下反应90min，再加入6g的烯丙基溴化锌，50℃下反应35min，再加入0.5g的铈(3+)丙烯酰酸酯 (94232-54-9)、50℃下反应35min，蒸发除去甲醇，即可得到一种稀土增效剂。
实施例4
一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：称取50g氯化铝(AlCl3·6H2O)、5g氯化铁(FeCl3·6H2O)，1.8g稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入33g无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
所述反应温度为100℃，反应时间为3h。
所述反应器材质宜采用不锈钢。
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为20％。
所述碱化度为2。
所述搅拌速率为800转/min。
所述熟化时间为24h。
所述烘干温度为100℃，烘干时间为24h。
所述无机加重材料为陶瓷。
所述一种稀土增效剂的制备方法为：
将32g的丙烯酸铝、75g的(2-巯基乙基)三甲基氯化铵、220g的甲醇，5g的甲醇钠，2.2g的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，55℃下反应100min，再加入7g的烯丙基溴化锌，55℃下反应40min，再加入0.7g的铈(3+)丙烯酰酸酯 (94232-54-9)、55℃下反应40min，蒸发除去甲醇，即可得到一种稀土增效剂。
对比例1
一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：称取14g氯化铝(AlCl3·6H2O)、2g氯化铁(FeCl3·6H2O)，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入9g无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
所述反应温度为70℃，反应时间为1h。
所述反应器材质宜采用塑料。
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
所述碱化度为1。
所述搅拌速率为500转/min。
所述熟化时间为18h。
所述烘干温度为85℃，烘干时间为20h。
所述无机加重材料为硅酸钠。
对比例2
一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：称取14g氯化铝(AlCl3·6H2O)、2g氯化铁(FeCl3·6H2O)，0.24g稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入9g无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
所述反应温度为70℃，反应时间为1h。
所述反应器材质宜采用塑料。
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
所述碱化度为1。
所述搅拌速率为500转/min。
所述熟化时间为18h。
所述烘干温度为85℃，烘干时间为20h。
所述无机加重材料为硅酸钠。
所述一种稀土增效剂的制备方法为：
将24g的丙烯酸铝、200g的甲醇，2g的甲醇钠，0.5g的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，40℃下反应60min，再加入2g的烯丙基溴化锌，40℃下反应20min，再加入0.02g的铈(3+)丙烯酰酸酯(94232-54-9)、40℃下反应20min，蒸发除去甲醇，即可得到一种稀土增效剂。
对比例3
一种污水处理用絮凝剂及其制备方法，其操作步骤为：
S1：称取14g氯化铝(AlCl3·6H2O)、2g氯化铁(FeCl3·6H2O)，0.24g稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入9g无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂。
所述反应温度为70℃，反应时间为1h。
所述反应器材质宜采用塑料。
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
所述碱化度为1。
所述搅拌速率为500转/min。
所述熟化时间为18h。
所述烘干温度为85℃，烘干时间为20h。
所述无机加重材料为硅酸钠。
所述一种稀土增效剂的制备方法为：
将24g的丙烯酸铝、55g的(2-巯基乙基)三甲基氯化铵、200g的甲醇，2g的甲醇钠，0.5g的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，40℃下反应60min，再加入2g的烯丙基溴化锌，40℃下反应20min，蒸发除去甲醇，即可得到一种稀土增效剂。
上述实施例与对比例待处理污水水质情况：
絮凝剂对污水的处理结果：
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换和改变。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其操作步骤为：
S1：按照质量份数，称取14-50份氯化铝(AlCl3·6H2O)、2-5份氯化铁(FeCl3·6H2O)，0.24-1.8份稀土增效剂，加入到反应器中，搅拌，升温；
S2：再缓慢加入氢氧化钠溶液，控制碱化度，继续搅拌；待反应结束后，冷却到室温；
S3：继续进行熟化反应，得到聚合氯化铝铁溶液；然后将该溶液放入烘箱中，烘干并研磨成粉末；
S4：加入9-33份无机加重材料，复配得到污水处理用絮凝剂；
稀土增效剂的制备方法为：
按照质量份数，将24-32份的丙烯酸铝、55-75份的(2-巯基乙基)三甲基氯化铵、200-220份的甲醇，2-5份的甲醇钠，0.5-2.2份的过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后在氮气保护下升温，通入氮气，40-55℃下反应60-100min，再加入2-7份的烯丙基溴化锌，40-55℃下反应20-40min，再加入0.02-0.7份的铈(3+)丙烯酰酸酯、40-55℃下反应20-40min，蒸发除去甲醇，即可得到稀土增效剂。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S1升温至70-100℃，反应时间为1-3h。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S1中反应器材质宜采用塑料或搪瓷或不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S2的氢氧化钠溶液的质量浓度为10-20％。
5.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S2的碱化度为1-2。
6.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S1的搅拌速率为500-800转/min。
7.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S3的熟化时间为18-24h。
8.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S3的烘干温度为85-100℃，烘干时间为20-24h。
9.根据权利要求1所述的一种污水处理用絮凝剂的制备方法，其特征在于：
所述S4的无机加重材料为硅酸钠或硅酸钙或高岭石或陶瓷。
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