CN1299783A

CN1299783A - 一种聚合碱式铝硅絮凝剂及其制备方法和设备

Info

Publication number: CN1299783A
Application number: CN 00130879
Authority: CN
Inventors: 吴友明; 肖锦; 周勤; 汪晓军
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2001-06-20
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: CN1173893C

Abstract

本发明是涉及一种聚合碱式铝硅絮凝剂及其制备方法和设备。该絮凝剂是把硅酸在碱性条件下预聚合达到所需分子量(即范围为30000～120000),然后在快速搅拌下加入硫酸铝和氢氧化钠聚合反应而成聚合碱式铝硅絮凝剂。本法通过改变硅酸的聚合度和硅铝之比例得到不同分子量的产品,可以满足不同的水处理的要求。产品吸附聚集作用强、能广泛使用于给水处理和工业废水处理。生产原料来源广、价格便宜,运行费用相对较低,易于被市场所接受。

Description

一种聚合碱式铝硅絮凝剂及其制备方法和设备

本发明涉及一种水处理絮凝剂，具体是指一种可用于给水和废水处理的聚合碱式铝硅絮凝剂及其制备方法和设备。

在给水和废水处理中，通常会使用硫酸铝，因为硫酸铝价格相对便宜，而且易于得到，处理效果也不错。但硫酸铝在低温时处理效果不好，所形成的絮体轻，难于沉降，在给水处理时水体中残余的铝含量高。

针对硫酸铝在使用中的不足，人们对此进行了大量的研究，发现使硅和铝按一定的形式结合，可以形成一种新的絮凝剂，这种絮凝剂具有一些新的特性。例如：中国专利申请CN87101246A介绍了一种水处理方法，它采用高聚合度硅酸和少量的铝盐一起使用。该絮凝剂由于采用了高聚合度的硅酸，因此它具有较高的分子量，在处理水时有很强的聚集能力，处理效果好，但该种产品的聚硅酸和无机混凝剂要分开生产、贮存，最好在使用现场生产，产品的保存期不长，使用不方便。

中国专利ZL89108931.4和93116227.0介绍了一种聚合碱式硅硫酸铝。它是采用碱金属硅酸盐、碱金属铝酸盐和硫酸铝混合反应制取聚合碱式硅硫酸铝。这种絮凝剂在低温时有较好的絮凝效果，而且在供水处理使用时可以降低水中游离铝的含量。但是，由于这种絮凝剂中硅铝比小于0.1[Si/Al≤0.1(摩尔比)]，使用范围受一定限制。

中国专利ZL90108702.5介绍了一种聚合硅酸/铝盐混合物絮凝剂。该絮凝剂以水矿渣为主要原料，于常温常压下，用盐酸或/和硫酸溶解聚合，滤去不溶物，聚合熟化和调整PH值后即得产品。这种方法原料易得，成本低，生产方法简单。但由于原料成分不能控制，难于对产品各成分的比例进行调节。

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，研究一种可以通过改变硅酸的聚合度和硅铝之比例得到不同分子量的聚合碱式铝硅絮凝剂及其制备方法，以满足不同的水处理的要求；并为该制备方法设计特定的设备。

一种聚合碱式铝絮凝剂，其特征在于它是由硫酸铝、硅酸钠和氢氧化钠钠聚合而成，产品为水溶液形式时，有如下化学组成及其重量百分比含量：

Al₂O₃ 4.00-6.00％

SiO₂ 0.94-3.53％

SO₄ ^2- 11.07-16.94％

Na⁺ 1.91-11.4％

H₂O 62.13-82.08％

水溶液的PH值为2.5-3.0，盐基度为45％-70％。

一种聚合碱式铝硅絮凝剂的制备方法，它包括以下工艺步骤及其条件：

步骤一：备料：

硫酸铝： 13.41～20.12％

硅酸钠： 1.91～7.18％

氢氧化钠：2.07～15.11％

水： 57.59～82.61％

步骤二：聚硅酸的预聚合：

硅酸钠用酸调节PH值至9.0～10.5，预聚时间1～16小时，得分子量范围为3000～120000的聚硅酸；

步骤三：聚合反应：

(1)先将硫酸铝水溶放入反应釜，在搅拌状态下，使用快速分散装置，在15～20分钟之内缓缓加入步骤二得的聚硅酸，并使用计量泵控制加料速度，同时采用冷却水保持反应釜温度在18～22℃范围内；

(2)然后在上述同样条件下，经计量泵控制加料速度，由快速分散装置在20～30分钟内缓缓加入氢氧化钠水溶液；

(3)加氢氧化钠20～40分钟后，关闭快速分散装置，关闭冷却水，开启蒸汽阀，使反应釜内的物料在0.8～1小时之内升温至60～70℃，恒温反应3～5小时；或者在常温下，搅拌反应20～24小时，然后自然冷却，即得产品，其分子量范围为103～105，经检验含产品在水溶液形式时，含如下化学组成及其重量百分比含量：

Al₂O₃ 4.00-6.00％

SiO₂ 0.94-3.53％

SO₄ ^2- 11.07-16.94％

Na⁺ 1.91-11.4％

H₂O 62.1 3-82.08％

水溶液的PH值为2.5-3.0，盐基度为45％70％。

生产本发明聚合碱式铝硅絮凝剂的专用装置包括一个带可通入冷却水或蒸汽的夹套的反应釜1，反应釜1底部有一个排放产品的出口10，反应釜1内装有常规搅拌器2和快速分散装置3；聚硅酸贮槽7和氢氧化钠贮槽8分别通过带有计量泵6、9的管道4、5与反应釜1相通；

本发明与现有技术相比有如下突出的优点：

1、本发明生产的聚合碱式铝硅絮凝剂，分子量较大，对水中的杂质有很高的吸附聚集作用，在水中能快速形成大的絮凝体，适用范围宽，处理效果好，性能价格比高，具体量化数据详见应用例1：饮用原水处理；应用例2：再生纸废水处理；应用例3：印染废水处理。

2、本发明的生产方法，可以通过改变硅酸的聚合度和硅铝之比例得到不同分子量的产品，以满足不同的水处理的要求；又由于生产原料来源丰富、价格便宜，因此，使用本产品的运行费用相对较低。

3、本发明工艺流程简单，设备结构合理，操作方便，克服了CN87101246的产品的聚硅酸和无机混凝剂需分开生产、贮存，且保存期短，使用不方便的缺点；也克服了ZL90108702.5原料成分不能控制，产品各成分比例难调节的缺点。

图1为一种聚合碱式铝硅絮凝剂生产装置的结构示意图。

通过如下实施例及其附图、应用实施例对本发明作进一步详述：

实施例1

如图1所示，1为反应釜，2为搅拌器，3为快速分散装置，4、5为管道，6、9为计量泵，7、8为贮槽，10为产品出口。贮槽7、8是通过带有计量泵6、9的管道4、5与反应釜1相通，并且管道4、5出口端与快速散装置的进口端距离为0.09m。

向反应釜1中加入含Al₂O₃为9.5％的硫酸铝水溶液31.57公斤，开动搅拌器2。

按要求把含Si为2.63％的聚硅酸水溶液12.55公斤加入贮槽7中，开启快速分散装置3，同时开启反应釜1的冷却水阀，保持反应釜中的温度在℃之间。用计量泵6把贮槽7中的聚硅酸通过管道5泵入反应釜1中，控制计量泵6的加料速度，使聚硅酸在15～20分钟加完。

把含NaOH为50％的氢氧化钠水溶液5.88公斤加入贮槽8中，然后用计量泵9把贮槽8中的氢氧化钠溶液通过管道4泵入反应釜1中，在20～30分钟内加完，并快速混合，进行聚合反应。

加完氢氧化钠30分钟后，关闭快速分散装置3，关闭冷却水，开启蒸汽阀，使反应釜1内的物料在0.8-1小时的时间内升温至60-70℃，恒温反应4小时，然后自然冷却，即得产品。

实施例2

本实施例所用装置、反应步骤、投料顺序及投料方式同实施例1，投料比改为：

含Al₂O₃为8.11％的硫酸铝水溶液：24.66公斤

含Si为2.50％的聚硅酸水溶液：21.94公斤

含NaOH为30％的氢氧化钠水溶液：3.40公斤

投料完成后，不用蒸汽加热，物料在常温(30℃左右)下搅拌反应24小时，即得产品。

实施例1、2所得产品性状如下：

	实施例1	实施例2	优质PAC
	实施例1	实施例2	优质PAC	外观	无色透明液体	无色透明液体	浅黄色液体
PH	2.5-2.8	2.5-2.8	3.5-3.8	外观	无色透明液体	无色透明液体	浅黄色液体
PH	2.5-2.8	2.5-2.8	3.5-3.8	Al₂O₃(％)	6.0	4.0	8％
Si/Al(摩尔比)	0.2	0.5		Al₂O₃(％)	6.0	4.0	8％
Si/Al(摩尔比)	0.2	0.5		颗粒直径(nm)	300-410	290-380	200-260
分子量(道尔顿％)	＜1000 15-30％＞10⁵ 20-35％	＜1 000 20-30％＞10⁵ 15-30％	＜1000 30-50％＞10⁵ 5-15％	颗粒直径(nm)	300-410	290-380	200-260

应用实施例1：饮用原水处理

原水取自珠江广州河段

1、水质：

浊度(NTU) 35.7

水温(℃) 23

PH 6.81

氨氮(m/gl) 4.03

UV₂₅₄(cm^-1) 0.092

2、处理方法：

取专用1升量杯，注入水样，在ZR六联搅拌器控制转速300r/min加入实施例1制得的絮凝剂0.05ml，1分钟后调速为150r/min，继续搅拌5分钟，最后调速为60r/min搅拌10分钟，静置沉降20分钟，距液面2-3cm处取样测定浊度、滤膜系数(经砂滤后)、残留铝含量及UV₂₅₄值等数据。

3、混凝净化效果

在多批次试验基础上，作定量对比试验，作出分析评价

PASS1-实施例1样品

PASS2-实施例2样品

SA-工业级硫酸铝

PAC-优质聚合碱式氯化铝

投加量：3.0mg/l(以Al₂O₃计)

从实验中可看出，在投加量为3.0mg/l(以Al₂O₃计)时，PASS的效果远优于硫酸铝，也好于聚合碱式氯化铝。

PASS对以UV₂₅₄代表的有机物去除效果比硫酸铝和聚合碱式氯化铝好，这是由于PASS中同时含有铝和硅两种不同电性的离子。

PASS较硫酸铝和聚合碱式氯化铝使经处理后的水中有较低的残余铝量，使给水处理后的出水较易达到国家新颁布的残余铝量试行标准(0.2mg/l)。

水的滤膜系数(Mf=V/pt)表示“在一定压力和时间下，水流过一定滤膜表面的平均流速”，它代表了水的可滤性，也反映了水中微细颗粒物的情况，滤膜系数越小，即通过0.45μm滤膜的时间越长，表明水中的超微颗粒物(＜5μm)越多，从试验可看出，PASS的滤膜系数比PAC和SA的大，表明PASS对微细颗粒的吸附性能较好。

应用例2：再生纸废水处理

原水取自再生纸生产废水

1、水质：

COD：800-1 500mg/l

BOD：300-580mg/l

SS： 500-1500mg/l

2、处理方法：

处理方法同应用例1，投加实例2制得的絮凝剂400-600ppm。

3、净化效果：

出水水质：

COD： 105-150mg/l

BOD： 22-56mg/l

SS： 30-45mg/l

应用例3：印染废水处理

原水取自某棉制品印染厂，所用染料有活性、分散等。

1、水质：

颜色：红、黄、黑

色度：300-500(倍)

COD：450-600mg/l

2、处理方法：

处理方法同应用例1，投加实施例1制得的絮凝剂500-800ppm。

3、净化效果：

出水水质：

色度：50-80(倍)

COD：150-220mg/l

Claims

1、一种聚合碱式铝絮凝剂，其特征在于它是由硫酸铝、聚合硅酸和氢氧化钠聚合而成，产品为水溶液形式时，有如下化学组成及其重量百分比含量：

Al₂O₃ 4.00-6.00％

SiO₂ 0.94-3.53％

SO₄ ^2- 11.07-1 6.94％

Na⁺ 1.91-11.4％

H₂O 62.13-82.08％

水溶液的PH值为2.5-3.0，盐基度为45％-70％。

2、一种聚合碱式铝硅絮凝剂的制备方法，其特征在于它包括以下工艺步骤及其条件：

步骤一：备料：

硫酸铝： 13.41～20.12％

硅酸钠： 1.91～7.18％

氢氧化钠：2.07～15.11％

水： 57.59～82.61％

步骤二：聚硅酸的预聚合：

步骤三：聚合反应：

(1)先将硫酸铝水溶放入反应釜，在搅拌状态下，使用快速分散装置，在15～20分钟之内缓缓加入预聚合硅酸，并使用计量泵控制加料速度，同时采用冷却水保持反应釜温度在18～22℃范围内；

(2)然后上述同样条件下，经计量泵控制加料速度，由快速分散装置在20～30分钟内缓缓加入氢氧化钠水溶液；

(3)加氢氧化钠20～40分钟后，关闭快速分散装置，关闭冷却水，开启蒸汽阀，使反应釜内的物料在0.8～1小时之内升温至60～70℃，恒温反应3～5小时，然后自然冷却，即得产品，其分子量范围为10³～10⁵，经检验含产品在水溶液形式时，含如下化学组成及其重量百分比含量：

Al₂O₃ 4.00-6.00％

SiO₂ 0.94-3.53％

SO₄ ^2- 11.07-1 6.94％

Na⁺ 1.91-11.4％

H₂O 62.1 3-82.08％

水溶液的PH值为2.5-3.0，盐基度为45％-70％。

3、根据权利要求2所述的一种聚合碱式铝硅絮凝剂的制备方法，其特在于聚合反应在常温下，搅拌反应20～24小时。

4、一种生产聚合铝硅絮凝剂的装置，其特征在于它包括一个带可通入冷却水或蒸汽的夹套的反应釜(1)，反应釜底部有一个排放产品的出口(10)，反应釜1内装有常规搅拌器(2)和快速分散装置(3)；聚硅酸贮槽(7)和氢氧化钠贮槽(8)分别通过带有计量泵(6)、(9)的管道(4)、(5)与反应釜(1)相通；把聚合硅酸和氢氧化钠引入到反应釜的管道(4)、(5)的出口端与快速分散装置(3)的进口端的距离为0.02～0.12m。