CN1179890C - 铁铝共聚净水剂的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁铝共聚净水剂制造方法，以盐酸、铁粉、铝酸钙粉为原料，先使盐酸与铁粉反应，温度达到30～40℃时加入铝酸钙粉，自反应物温度达到100℃开始聚合时继续搅拌反应10～30分钟，静置沉淀20～60分钟后，滤去沉淀得到产品。该方法中，各原料的重量份数分别为：浓度14～16%的盐酸溶液1000份，氧化铁含量＞80%的铁粉150份，含铝酸钙＞55%的铝酸钙粉300份。整个过程不需使用反应釜及蒸汽加热，生产周期短，不需另外加热，简化了操作，降低了生产成本。本发明提供的净水剂对源水的色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物等都有显著的净化作用。
Description
技术领域
本发明涉及水处理剂产品及其制造方法，尤其涉及一种铁铝共聚净水剂的制造方法。
技术背景
用于净水处理的方法主要包括化学法、物理法、微生物法等，应用较普遍的当属化学法，其相对于物理法和微生物法具有投资少，操作简便的优点。化学法进行的水处理中，使用的净水剂包括铝盐和铁盐净水剂、聚丙烯酰胺类助凝剂及聚合铝(PAC)净水剂等。
目前国内外普遍采用化学絮凝法，即使用铝盐或铁盐净水剂，利用铝离子或铁离子在水中水解反应形成絮状沉淀来达到净水目的。在实际应用中，发现已有的铝盐净水剂形成絮凝缓慢且形成的絮状不实，沉淀也慢，尤其是在处理低温、低浊度水时效果尤为不理想；铁盐净水剂虽然在处理低温低浊度水时效果好于铝盐，而且絮凝和沉淀较快，但其脱色能力差，甚至还会增加原水的色度，同时这种铁盐的稳定性不高，要想达到理想的效果，必须与熟石灰同时使用，而熟石灰本身又会带进大量的污泥，后处理中需要增加排污次数，不仅减少了产水量，对由此产生的污泥进行焙烧又会造成对环境的二次污染；再有，铁盐的用量增大还会腐蚀设备。
聚丙烯酰胺类的助凝剂主要用于高浊度水的絮凝处理，对于低浊度水一般无效果，而且投入量过大还会对人体带来危害。
当前公认水处理效果较好的净水剂是聚合铝(PAC)，但其中的氧化铝含量较高，与国家关于在净化生活饮用水中时必须使用铁盐或低铝净水剂的要求不相吻合，据文献报道，PAC的典型生产方法是以煤矿石或矾土高温焙烧后的萃取物为原料，先加热酸解，经回流、调pH值，再进行聚合反应，生产工艺复杂，若条件控制有差异，则很难得到聚集能力相同的产品，所以生产投资大，用于水处理的成本自然也高，大多数中小企业均难以负担。
鉴于上述原因，对于水处理领域来讲，开发和使用价廉高效，尤其是适用于低温低浊度水的净化处理的低铝高效净水剂，是一项急待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有产品的缺陷，研究提供一种新型的铁铝共聚净水剂，该净水剂中氧化铝含有量低于同类产品，但净水效果优于同类产品。
本发明同时提供了上述新型铁铝共聚净水剂的制造方法，该方法利用反应物自身的放热实现聚合，简化了生产工艺。
本发明提供的铁铝共聚净水剂，为一种pH值在5.0～7.0，密度1.30～1.35的粘稠状产品，其中的氧化铁含量＞5％重量，氧化铝含量＞9％重量，氧化钙含量＞6％重量，优选是以盐酸、铁粉、铝酸钙粉为原料聚合得到的液体产品。
根据本发明的第二个目的，该铁铝共聚净水剂的制造方法如下：以盐酸、铁粉、铝酸钙粉为原料，重量份数分别为：浓度14～16％的盐酸溶液1000份，氧化铁含量＞80％的铁粉150份，含铝酸钙＞55％的铝酸钙粉300份；该净水剂的制造过程为：先将盐酸溶液加入反应池，搅拌同时加入铁粉，反应物温度达到30～40℃时加入铝酸钙粉，当反应物温度达到100℃开始聚合时，继续搅拌反应10～30分钟，停止搅拌，反应物静置沉淀20～60分钟后，滤去沉淀。
本发明净水剂的制造生产工艺简单，易于操作，本发明人经多次实验和分析认为，一定比例的氧化铁和铝酸钙与盐酸作用放出的热量总和可满足整个反应过程对热量的要求，完全可以代替目前的蒸汽加热来加速反应的完成，所以本发明的特点之一是直接利用氧化铁和铝酸钙与盐酸作用放热来完成聚合反应，不需使用反应釜及蒸汽加热，生产周期短，不需另外加热，简化了操作，降低了生产成本。
本发明方法用到的原料中，氧化铁粉是炼铁的原料，亦称铁粉，主要成份是氧化铁，铝酸钙粉则是耐火材料，主要包括氧化铝和氧化钙，这两种原料均可直接由生产厂家购得；另一种原料是盐酸溶液，本发明中盐酸的使用量是以16～18％的盐酸为定量基准，但没有特别限定，也可以使用不同浓度的盐酸进行换算来确定生产中具体的投入量，使用浓度高于所述浓度的盐酸时，需以相应量的水或稀盐酸予以稀释调整，根据实际情况，可以直接购买化工原料，也可以使用其它行业的废酸，经换算配制成14～16％的所需浓度即可使用。
本发明的制备工艺通过以下反应过程实现：
得到的产品中含有：氧化铁＞5％，氧化铝＞9％，氧化钙＞6％。用于净水处理时，产品中的上述金属氧化物及铁、铝和钙离子在水中由于水解反应形成胶体状的聚合物，在水中产生强烈的吸附和架桥作用，压缩胶体液颗粒的扩散层，使悬浮在水中的带电微粒相互粘结聚集而沉淀出来，达到净水目的。
本发明要求铝酸钙粉中氧化铝含量＞55％，铁粉中氧化铁含有量＞80％，但若得到的原料中这两种成份的含量低于要求，亦可通过含有量的换算重新确定原料配比，这对于该领域的普通技术人员是很容易完成的。
本发明净水剂制造工艺中除了原料及其比例的确定、盐酸浓度的确定外，投料时间也是技术关键之一，即应该是先向盐酸溶液中投入铁粉，搅拌使反应物的温度达到30～40℃时再加入铝酸钙粉，继续完成反应，根据本发明，铝酸钙粉的投料温度优选为35～40℃之间，并且铝酸钙粉应快速加入，反应温度达到100℃时，反应物开始聚合，其中的铁盐将置换出部分铝盐而转化为高分子聚合物，此时继续反应一段时间，经沉淀后的滤液即为本发明的净水剂产品。
本发明的产品之所以称是铁铝共聚净水剂，是由于该净水剂中的铁盐和铝盐之间不是简单的机械混合状态，而是经化学反应后的聚合状态，发明人采用简单的试验即得到证明：在本发明的铁铝共聚净水剂中加入KF溶液没有沉淀生成，而在单体的水合铁盐和水合铝盐中分别加入KF溶液后均出现白色沉淀，说明单体的水合铁、水合铝均与KF发生了化学反应。由此可以认为本发明净水剂中铁和铝的金属形态不是离子态而是聚合态，同时本发明最终得到的产物是一种黄色粘稠状，也可证明其中共聚反应的发生。
本发明与现有技术的区别在于提供了一种铁铝共聚的新型净水剂，其中的氧化铝含量低于目前普遍使用的同类产品2倍多(为达到净水效果，目前使用的净水剂的标准是氧化铝含量不低于10％，多数产品达到20％左右)，同时存在一定量的铁盐，使用结果相同用量下，本发明的铁铝共聚净水剂的处理效果明显优于氧化铝含量为30％的聚合铝(PAC)和聚合铁(PFC)净水剂，能获得理想的絮凝效果。可以说是有效地综合了聚合铝和聚合铁的优点，克服了这两种净水剂的缺陷。
本发明提供的净水剂产品的净化水效果已被大量实践所证明，其对处理高温、高浊度水和低温、低浊度水均有特效，当水温高达90℃时不会出现翻池，水浊度高达几千度时也不需投加助凝剂；反之，当水温低至1℃，水浊度仅4度，使用本发明产品仍然能达到絮凝快、絮状物大、沉淀快的最佳净化效果。
经有关监测部门的鉴定，本发明产品的各项指标均达到国家规定标准，且一次混凝达标率为100％，对源水的色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物等都有显著的净化作用；经毒理学检测结果，通过本发明净水剂净化的生活饮用水达到国家规定的各项卫生指标，不会对人体带来危害。由此可得出结论，本发明提供的净水剂可广泛应用于城市生活饮用水源水净化处理、工业用水的净化处理、城市污水处理、市政建设排放及各种工业废水的净化处理。
实施例
原料：浓度30～32％的盐酸溶液500公斤，水500公斤，氧化铁含量＞80％的铁粉150公斤，含铝酸钙＞55～58％的铝酸钙粉300公斤，先将盐酸溶液加入反应池，搅拌同时加入铁粉，反应物温度达到35～40℃时快速加入铝酸钙粉，继续搅拌，当反应物温度达到100℃开始聚合时，继续反应15分钟，停止搅拌，反应物静置沉淀30分钟后，滤去沉淀，滤液即是本发明的铁铝共聚净水剂。
该产品经牡丹江市自来水公司中心实验室的检测，结果如下：
| 检测项目 | 结果 | 检测项目 | 结果 |
| 外观 | 黄色 | 密度 | 1.34(20℃) |
| Al2O3含量 | 9.2％ | 砷 | 0.0003ppm |
| Fe2O3含量 | 5.4％ | 铅 | ＜2ppm |
| CaO含量 | 6.1％ | 汞 | ＜0.01ppm |
| PH值 | 5.0 | 镉 | ＜1ppm |
该净水剂用于水处理的混凝效果检测结果如下：
| 检测项目 | 原水样测定结果 | 净化水样测定结果 | 检测项目 | 原水样测定结果 | 净化水样测定结果 |
| 色度 | 45(度) | 5(度) | 硫酸盐 | 8.21mg/l | 8.21mg/l |
| 浑浊度 | 62(度) | 2.17(度) | 氯化物 | 8.45mg/l | 16.28mg/l |
| 臭味强度 | 2 | 0 | 溶解性总固体 | 232mg/l | 24.0mg/l |
| 肉眼描述 | 棕色 | 无色 | 氨 氮 | 0.63mg/l | 0.72mg/l |
| 可见物 | 沉淀物 | 无 | 亚硝酸 | 0.017mg/l | 0.01mg/l |
| pH | 7.3 | 7.15 | 盐 氮 | ||
| 总硬度 | 54.05mg/l | 54.05mg/l | 耗氧量 | 7.03mg/l | 2.89mg/l |
| 钙 | 16.38mg/l | 16.79mg/l | 氟化物 | 0.321mg/l | 0.238mg/l |
| 镁 | 5.26mg/l | 5.07mg/l | 氰化物 | 0.321mg/l | 0.238mg/l |
| 铁 | 3.84mg/l | 0.52mg/l | 砷 | ＜0.01mg/l | ＜0.01mg/l |
| 锰 | 1.30mg/l | 0.04mg/l | 汞 | ＜0.001mg/l | ＜0.001mg/l |
| 铜 | ＜0.5mg/l | ＜0.5mg/l | 铬 | ＜0.004mg/l | ＜0.004mg/l |
| 锌 | ＜0.5mg/l | ＜0.5mg/l | 铅 | ＜0.025mg/l | ＜0.025mg/l |
| 挥发酚类 | ＜0.002mg/l | ＜0.002mg/l | 硝酸盐氮 | 0.74mg/l | 0.389mg/l |
| 阴离子 | ＜0.1mg/l | ＜0.1mg/l | 细菌总数 | 290个/ml | 120个/ml |
| 洗涤剂 | 总大肠菌数 | ＞230个/ml | 7个/ml |
Claims (3)
1、一种铁铝共聚净水剂的制造方法，是以盐酸、铁粉、铝酸钙粉为原料，其重量份数分别为：浓度14～16％的盐酸溶液1000份，氧化铁含量＞80％的铁粉150份，含铝酸钙＞55％的铝酸钙粉300份；
该净水剂的制造过程为：先将盐酸溶液加入反应池，搅拌过程中加入铁粉，反应物温度达到30～40℃时加入铝酸钙粉，自反应物温度达到100℃开始聚合时，继续搅拌反应10～30分钟，停止搅拌，静置沉淀20～60分钟后，滤去沉淀。
2、权利要求1所述的制造方法，其中，铁粉与盐酸反应的温度达到35～40℃时快速加入铝酸钙粉。
3、权利要求1或2所述的制造方法，其中，原料的重量份数为：浓度30～32％的盐酸500份，水500份，氧化铁含量＞80％的铁粉150份，含铝酸钙＞55％的铝酸钙粉300份。
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