CN1785835A - 海水淡化预处理絮凝剂的制备方法 - Google Patents

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衣守志
刘丹凤
宋彦梅
张明聪
张丽红
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Abstract

本发明采用工业酸洗废液和氧化铁皮为主要原料，利用高剪切设备，制备稳定的聚硅酸氯化铁无机高分子絮凝剂并在海水淡化预处理中应用。其制备工艺特点在于：根据盐酸酸洗废液中的游离酸含量和铁含量，用盐酸和氧化铁皮来补充酸洗废液中的铁和酸来调整总铁的含量，然后加入氧化剂和稳定剂，当氧化、聚合到一定程度时，采用氧化钙(或氧化镁或氢氧化镁氢氧化钙混合浆料)调节碱化度，制备出稳定性聚合氯化铁，再加入聚硅酸，在高剪切条件下进一步发生聚合反应，便可制备出稳定的聚硅酸氯化铁絮凝剂。本发明工艺简单，反应条件温和，投资少，充分利用工业废料，具有很好的环境效益和经济效益。制得的聚硅酸氯化铁在海水淡化预处理中应用效果优于聚合氯化铁、氯化铁等其他含铁絮凝剂。

Description

海水淡化预处理絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明主要采用钢铁工业生产过程中产生盐酸酸洗废液和的氧化铁皮来制备一种水处理药剂---聚硅酸氯化铁，并将其用于海水淡化预处理中。
背景技术
目前我国水资源严重短缺，现有的大部分水系都造成了不同程度的污染和破坏，开发新的淡水资源已迫在眉睫。近20年来，海水淡化技术日益成熟，反渗透(RO)海水淡化工艺已逐步成为海水淡化的主导技术。其技术的关键是反渗透膜，虽然膜及膜组件的生产已相当成熟，但膜的寿命短仍然是造成海水淡化成本高的一个主要原因，而膜污染又是造成寿命短的主要原因。对海水进行预处理是减缓膜污染、延长膜的使用寿命，保证反渗透系统长期稳定运行的关键。因此反渗透对海水进水的水质要求较高，加之海水水质差、浊度高，一般的预处理方法很难达到要求，必须采用多功能无机高分子絮凝剂进行强化絮凝预处理。所以开发高效、无毒、廉价的絮凝剂就显得尤为重要。
目前在实际使用的水处理絮凝剂中，主要是有机高分子和无机高分子絮凝剂两大类。有机高分子絮凝剂具有高效的优点，但大都存在毒性问题，在饮用水中受到严格的限制；传统的铝系和铁系盐类低分子絮凝剂，在使用过程中反应速率慢、药耗高、低温低浊水处理效果不佳，因此开发聚合类无机絮凝剂逐渐成为人们关注的焦点。而无机高分子絮凝剂主要有聚合铝、聚合铁两大类，由于铝离子潜在的毒性，故其在饮用水处理应用中受到了一定的限制。因此开发铁盐絮凝剂成为研究的热点。目前应用比较广泛的聚铁主要有聚合硫酸铁。其生产工艺技术已相当成熟。聚合氯化铁由于存在稳定性问题，而未被大规模生产应用。近20年来，新一代的聚硅酸类的无机高分子絮凝剂已陆续出现。
聚硅酸铝盐的开发研制在国外开始于20世纪80年代，加拿大汉迪化学品公司首先报道了聚合硅酸硫酸铝(PASS)的研制成功，并于1991年投产，年产能力600万磅，此后英国和日本也分别建立了年产两万吨的工厂。国内的近年来研究和专利也较多。
聚硅酸铁盐的研制始于20世纪90年代初期，日本研究的较多，且均以专利形式报道。国内多以硅酸钠、硫酸和硫酸铁为原料制备聚硅酸硫酸铁(PFSS)。聚硅酸铁盐同聚硅酸铝盐相比，具有凝聚沉降速度快，沉渣量少，pH值适用范围广、安全无毒等优点，但在水处理中常常会留下一定的颜色。而且成本较高。
目前铁盐的絮凝剂有三氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁，其中由于聚合氯化铁的不稳定性，所以在市场上占有率很低，而三氯化铁和聚合硫酸铁的技术相对来说，比较成熟，在市场上占有一定的份额。同时市场上也出现了一些聚铁硅复合无机高分子絮凝剂。聚合硫酸铁生产工艺复杂，并且目前硫酸酸洗废液少，采用工业硫酸为原料成本较高；三氯化铁虽然有较好的絮凝效果，但游离酸含量高，对设备腐蚀严重，处理后的水往往需要调节pH值。
在专利CN1266819A中曾报道了用酸洗废液来制备聚合氯化铁絮凝剂，该专利需要补加铁屑，最后要用酸调节碱化度，铁屑的来源有限，钢铁工业中能产生一定量的铁屑，但其表面涂有一层防锈油，在使用前很难处理，如不处理，直接使用，生产中会散发出刺激性嗅味，给操作环境带来不利影响。本发明应用氧化铁皮来增加铁的含量，同样能起到很好的作用。另外在专利CN1210818A中，聚合氯化铁和聚硅酸复合，需要用三氯化铁来制取聚合氯化铁，再制取聚合硅酸，生产的成本较高，而且工艺相对来说较复杂。
发明内容
以工业酸洗废液和氧化铁皮为主要原料，根据游离酸含量补加一定量的盐酸或氧化铁皮，使铁含量达到10％以上，然后加入一定量的氧化剂和稳定剂，在30～70℃下快速搅拌使其发生氧化、聚合反应，当氧化、聚合反应15～60分钟后，用氧化钙(或氧化镁或氢氧化镁氢氧化钙混合浆料)作碱化剂调节碱化度到10～25％，便可制备出稳定性聚合氯化铁。
在聚合氯化铁中室温下(15-35℃)加入聚硅酸，在高剪切条件下使其发生进一步聚合，然后在30～50℃下熟化0.5～2h。便可得到稳定的聚硅酸氯化铁。
本发明的优点在于：
1、原料都是钢铁工业生产过程中的废弃物，属于废物利用、变废为宝；
2、运用高剪切设备生产的聚硅酸氯化铁产品稳定性好、质量均一、性能优良；
3、在海水絮凝处理中，其效果均优于聚合氯化铁、三氯化铁。
实施方式
下面结合本发明的具体实施例作详细说明。
实施例1：
聚合氯化铁的制备：取200ml盐酸酸洗废液，加入4g氧化铁皮，在大于60℃下的温度下搅拌2.5小时，过滤后，在滤液中加入10g KClO3，3.2g KH2PO4，2g CaO搅拌1.5小时即得聚合氯化铁。
聚硅酸的制备：用20g硅酸钠，以25ml 1∶1的盐酸与120ml水活化0.5h，即得聚硅酸。
聚硅酸氯化铁的制备：在高剪切搅拌条件下将制备好的聚硅酸和聚合氯化铁混合搅拌均匀，40℃熟化1h即可制得。
实施例2：
聚合氯化铁的制备：取500ml盐酸酸洗废液，加入10g氧化铁皮，在大于70℃下的温度下搅拌2小时，过滤后，在滤液中加入25g KClO3，8g KH2PO4，6g MgO搅拌1.7小时即得聚合氯化铁。
聚硅酸的制备：用50g硅酸钠，以75ml 1∶1的盐酸与300ml水活化0.5h，即得聚硅酸。
聚硅酸氯化铁的制备：在高剪切搅拌条件下将制备好的聚硅酸和聚合氯化铁混合搅拌均匀，35℃熟化1.5h即可制得。
实施例3：
聚合氯化铁的制备：取500ml盐酸酸洗废液，加入10g氧化铁皮，在大于70℃下的温度下搅拌2小时，过滤后，在滤液中加入25g KClO3，8g KH2PO4，20g Mg(OH)2Ca(OH)2混合浆料，搅拌1.6小时即得聚合氯化铁。
聚硅酸的制备：用50g硅酸钠，以75ml 1∶1的盐酸与300ml水活化0.5h，即得聚硅酸。
聚硅酸氯化铁的制备：在高剪切搅拌条件下将制备好的聚硅酸和聚合氯化铁混合搅拌均匀，45℃熟化0.5h即可制得。
应用实例1：
用以上实例1中制备的产品用于硅藻土模拟水样的除浊实验，同时与聚合氯化铁做对比，原水浊度：44.35NTU，pH：8.63，水温：18℃处理结果如表一所示。
表1聚合氯化铁(PFC)与聚硅酸氯化铁(PFSC)絮凝剂对模拟水样絮凝处理效果
                PFC                 PFSC
 絮凝剂投加量(ppm)  剩余浊度(NTU)  絮凝剂投加量(ppm)  剩余浊度(NTU)
  40   1.28   40   1.19
  50   1.14   50   0.98
  60   1.33   60   0.52
由表1结果可见，在相同投入量时，聚硅酸氯化铁絮凝剂的净水效果明显好于聚合氯化铁，尤其当加入量大于40ppm时，聚合硅酸氯化铁的净水效果远远好于聚合氯化铁，相同处理效果情况下可节省药剂量约20％。
应用实例2：
用以上实例2中制备的絮凝剂产品用于海水的混凝除浊处理，同时与聚合硫酸铁，聚合氯化铁，氯化铁做了对比。海水原水浊度：38.5NTU，pH值：8.63，水温：18℃，处理结果见表2
            表2 不同絮凝剂的除浊效果
  絮凝剂种类           絮凝剂加入量(ppm)
  30   35   40   45
  三氯化铁   1.77   1.93   2.10   2.32
  聚合氯化铁   1.81   1.58   1.43   1.45
  聚硅酸氯化铁   1.50   1.32   1.11   1.11
由以上处理结果可见：自制聚硅酸氯化铁絮凝剂的絮凝效果明显优于目前使用的氯化铁和聚合氯化铁。

Claims (4)

1、海水淡化预处理絮凝剂的制备方法。其特征在于所述的方法主要是：以工业酸洗废液和氧化铁皮为主要原料，根据游离酸含量补加一定量的盐酸或氧化铁皮，使铁含量达到10％以上，然后加入一定量的氧化剂和稳定剂，在30～70℃下快速搅拌使其发生氧化、聚合反应，当氧化、聚合反应15～60分钟后，用氧化钙(或氧化镁或氢氧化镁氢氧化钙混合浆料)作碱化剂调节碱化度到10～25％，便可制备出稳定性聚合氯化铁。
2、在聚合氯化铁中室温下(15-35℃)加入聚硅酸，在高剪切条件下使其发生进一步聚合，然后在30～50℃下熟化0.5～2h。便可得到稳定的聚硅酸氯化铁。
3、如权利1所述的制备工艺，原料采用工业酸洗废液和氧化铁皮；用氯酸钾作氧化剂；用磷酸二氢钾作稳定剂；聚硅酸由工业水玻璃活化制得。
4、如权利1、2、3所述，制备的聚硅酸氯化铁絮凝剂适用于给水净化、废水处理、低温低浊水处理。尤其在海水淡化预处理中有良好的效果。
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