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CN102765790A - 一种无机-有机复合混凝剂的制备方法 - Google Patents

一种无机-有机复合混凝剂的制备方法 Download PDF

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CN102765790A CN2012102758448A CN201210275844A CN102765790A CN 102765790 A CN102765790 A CN 102765790A CN 2012102758448 A CN2012102758448 A CN 2012102758448A CN 201210275844 A CN201210275844 A CN 201210275844A CN 102765790 A CN102765790 A CN 102765790A
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ammonium chloride
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高宝玉
曹百川
赵爽
王萌萌
岳钦艳
王燕
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Shandong University
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Shandong University
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Abstract

本发明涉及一种无机-有机复合混凝剂的制备方法,包括如下步骤:将无机物AlCl3和/或FeCl3溶于蒸馏水中,加入Na2CO3使碱化度为0.5~2.0,待Na2CO3溶解后,按照Al和/或Fe元素与二甲基二烯丙基氯化铵均聚物质量比为(4~8):1的比例加入二甲基二烯丙基氯化铵均聚物,常温下混合均匀,反应1~3h,制得无机-有机复合絮凝剂。本发明所述的无机-有机复合混凝剂以AlCl3、FeCl3、Na2CO3、NaH2PO4和PDMDAAC为主要原料,使用时具有投药量低、电中和能力强、分子量大以及污泥量少的特点,对含藻原水具有较好的处理效果。

Description

一种无机-有机复合混凝剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无机-有机复合混凝剂的制备方法,特别是一种用于含藻原水处理的无机-有机复合混凝剂的制备方法,属于环境与化学技术领域。
背景技术
混凝是水中胶体颗粒以及微小悬浮物的凝聚过程。混凝包括凝聚和絮凝两个方面,凝聚是指水中胶体的脱稳过程,而絮凝是指脱稳颗粒的聚集过程。混凝是水和废水处理中最重要的工艺之一,其处理效果决定了后续工艺的运行工况,并对出水水质和运行成本有较大的影响。在过去的几十年里,混凝技术的研究主要集中在混凝化学、混凝物理和混凝工艺学三个方面。随着混凝理论的不断完善,近几年的研究热点逐渐转向各类高效混凝剂的开发和使用、混凝反应过程和条件的控制等方面。
新型混凝剂的研发是水处理领域的研究热点,其总的发展趋势是从低分子到高分子、单一型到复合型、单功能型到多功能型。按照混凝剂的化学成分,可将其分为无机混凝剂、有机高分子絮凝剂、复合混凝剂和微生物絮凝剂。无机高分子混凝剂具有适用性好、对水温和pH的适用范围广和絮体生长快等特点,其主要缺点是污泥产生量大。有机高分子絮凝剂的优点是投加量少,缺点是成本高。无机-有机复合混凝剂是由无机混凝剂与有机高分子絮凝剂在使用前在通过发生物理化学反应,形成的一种稳定产品,具有较强的电中和能力和吸附架桥能力,可以发挥两种组分的协同作用,提高混凝效果。
由于工农业生产使得地表水中氮磷等营养元素的浓度增加,在适宜条件下容易造成藻类大量繁殖,引起水华等水污染事件,造成水质的急剧恶化,影响地表水的使用功能。另外,在水处理工艺中,藻类含量过高可降低沉淀效率,堵塞滤池,导致出水水质恶化。目前水厂广泛采用混凝-过滤-消毒传统处理工艺,所用混凝剂为无机混凝剂,该工艺对浊度有较好的去除效果,但对有机物和藻类的去除效果不佳。针对以上问题,在处理含藻原水时,采用新型混凝剂,可在不改变现有工艺的前提下,提高藻类去除率,改善出水水质,具有良好的经济、社会和环境意义。
中国专利文献CN101985373A(申请号201010566885.3)和中国专利文献CN102276036A(申请号201110210583.7)采用水玻璃、三氯化铁和无机酸等原料,制得聚合硅酸类无机混凝剂,可有效去除藻细胞。中国专利CN101054222(CN200710020777.4)则采用粉煤灰、超纯磁铁矿粉和浓盐酸制成了复合型磁性絮凝剂,用于藻华的处理。以上发明均为无机复合混凝剂,在处理含藻原水时仍存在投药量高的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种无机-有机复合混凝剂的制备方法。
术语解释
碱化度:碱化度指羟基化程度,是聚合氯化铝、聚合氯化铁或聚合氯化铝铁中羟基当量与铝和/或铁的当量之比。
本发明技术方案如下:
一种无机-有机复合絮凝剂的制备方法,包括如下步骤:
将无机物AlCl3和/或FeCl3溶于蒸馏水中,加入Na2CO3使碱化度为0.5~2.0,待Na2CO3溶解后,按照Al和/或Fe元素与二甲基二烯丙基氯化铵均聚物(PDMDAAC)质量比为(4~8):1的比例加入二甲基二烯丙基氯化铵均聚物,常温下混合均匀,反应1~3h,制得无机-有机复合絮凝剂。
根据本发明优选的,所述无机物为FeCl3或者AlCl3与FeCl3的混合时,待Na2CO3溶解后,还包括加入稳定剂NaH2PO4的步骤;进一步优选的,所述Fe元素与NaH2PO4中P元素的质量比为25:(1~3)。
根据本发明优选的,所述无机物为AlCl3与FeCl3的混合时,Al元素与Fe元素的摩尔比为(3~11):1。
根据本发明优选的,所述无机物为AlCl3时,加入Na2CO3使碱化度为1.0~2.0;所述无机物为FeCl3或者AlCl3与FeCl3的混合时,加入Na2CO3使碱化度为0.5~1.5。
当向AlCl3溶液、FeCl3溶液或者AlCl3和FeCl3混合溶液中添加Na2CO3时,会产生聚合氯化铝、聚合氯化铁或者聚合氯化铝铁。
当无机物为AlCl3时,制得的无机-有机复合絮凝剂为无色液体,其中Al2O3的质量含量为9.4~10.5%;当无机物为AlCl3和FeCl3时,制得的无机-有机复合絮凝剂为浅褐色液体,其中Al2O3和Fe2O3的质量含量为8.2~10.0%;当无机物为FeCl3时,制得的无机-有机复合絮凝剂为棕褐色液体,其中Fe2O3的质量含量为5.8~7.1%。
有益效果
本发明所述的无机-有机复合混凝剂以AlCl3、FeCl3、Na2CO3、NaH2PO4和PDMDAAC为主要原料制得,使用时具有投药量低、电中和能力强、分子量大以及污泥量少的特点,对含藻原水具有较好的处理效果。
具体实施方式
原料来源
AlCl3:购自国药集团化学试剂有限公司,成分为AlCl3·6H2O,纯度为分析纯;
FeCl3:购自天津市大茂化学试剂厂,成分为FeCl3·6H2O,纯度为分析纯;
聚二甲基二烯丙基氯化铵:英文缩写PDMDAAC,购自山东滨州嘉源环保公司,纯度为化学纯,固含量为40.0wt%,粘度为1.20mL/g;
其它试剂均为本领域常用市售产品。
检测方法
实施例中电导率的检测方法采用GB/T 27502-2011;浊度的检测方法采用GB/T13200-1991;溶解性有机碳的检测方法采用ISO 8245-1999;叶绿素-a含量的检测方法采用GB/T 22182-2008。
实施例1
聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂的制备方法,步骤如下:
称取44.17g的AlCl3·6H2O固体于烧杯中,加入蒸馏水溶解,制得AlCl3溶液;
称取19.63g的无水Na2CO3,在搅拌条件下向AlCl3溶液中加入Na2CO3,待泡沫消失后,加入6.25g聚二甲基二烯丙基氯化铵,然后在室温下继续搅拌3h,用蒸馏水定容至500mL,制得碱化度为2.0,Al2O3含量为18.89g/L的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂。
实施例2
如实施例1所述的制备方法,不同之处在于,加入3.12g聚二甲基二烯丙基氯化铵,然后在室温下继续搅拌3h,然后用蒸馏水定容至500mL,制得碱化度为2.0,Al2O3含量为18.89g/L的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂。
实施例3
聚合氯化铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂的制备方法,步骤如下:
称取23.88g的FeCl3固体于烧杯中,加入蒸馏水溶解,制得FeCl3溶液;
称取2.36g的无水Na2CO3,在搅拌条件下向FeCl3溶液中加入Na2CO3,待泡沫消失后,按照FeCl3中Fe元素与NaH2PO4中P元素的摩尔比为25:2的量加入NaH2PO4,加入6.25g聚二甲基二烯丙基氯化铵,然后在室温下继续搅拌3h,用蒸馏水定容至500mL,制得碱化度为0.5,Fe2O3含量为13.33g/L的聚合氯化铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂。
实施例4
如实施例3所述的制备方法,不同之处在于,加入3.12g聚二甲基二烯丙基氯化铵,然后在室温下继续搅拌3h,然后用蒸馏水定容至500mL,制得碱化度为0.5,Fe2O3含量为10g/L的聚合氯化铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂。
实施例5
聚合氯化铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂的制备方法,步骤如下:
称取34.07g的AlCl3固体和5.46g的FeCl3固体于烧杯中,加入蒸馏水溶解,称取8.65g的无水Na2CO3,在搅拌条件下向溶液中添加上述无水Na2CO3,待泡沫消失后,按照FeCl3中Fe元素与NaH2PO4中P元素的摩尔比为25:2的量加入NaH2PO4,加入6.25g聚二甲基二烯丙基氯化铵,然后在室温下继续搅拌3h,用蒸馏水定容至500mL,制得碱化度为1.0,Al2O3+Fe2O3含量为17.84g/L的聚合氯化铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂。
实施例6
如实施例5所述的制备方法,不同之处在于,
加入3.12g聚二甲基二烯丙基氯化铵,然后在室温下继续搅拌3h,用蒸馏水定容至500mL,制得碱化度为1.0,Al2O3+Fe2O3含量为17.84g/L的聚合氯化铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂。
应用效果实验
实验原水水质
含藻黄河水库水,水质如下:水温19.5~24.3℃,pH 8.17~8.43,电导率825~887μS/cm,浊度4.76~6.19NTU,245nm吸光度(UV254)0.037~0.046cm-1,溶解性有机碳(DOC)2.891~3.563mg/L,叶绿素-a含量18.68~34.73μg/L。
试验例1
将实施例1和实施例2中制备的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂投加到原水中,在200rpm转速下快速搅拌1min,然后在40rpm的转速下慢搅15min,静置沉淀15min后,在液面下2cm处取水样进行水质分析,结果如表1所示。
聚氯化铝做为对照,步骤同上,处理水水质结果如表1所示。
表1
从表1中可以看出,按照实施例1和实施例2制备的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂的电中和能力较强,且对实验原水中浊度、DOC和叶绿素-a的去除效果均明显优于传统无机高分子混凝剂聚氯化铝。
试验例2
将实施例3和实施例4中制备的聚合氯化铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂投加到原水中,在200rpm转速下快速搅拌1min,然后在40rpm的转速下慢搅15min,静置沉淀15min后,在液面下2cm处取水样进行水质分析,结果如表2所示。
聚氯化铁做为对照,步骤同上,处理水水质结果如表2所示。
表2
Figure BDA00001972305600042
Figure BDA00001972305600051
从表2中可以看出,按照实施例3和实施例4制备的聚合氯化铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂的电中和能力较强,且对实验原水中浊度、DOC和叶绿素-a的去除效果均明显优于传统无机高分子混凝剂聚氯化铁。
试验例3
将实施例5和实施例6中制备的聚合氯化铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂投加到原水中,在200rpm转速下快速搅拌1min,然后在40rpm的转速下慢搅15min,静置沉淀15min后,在液面下2cm处取水样进行水质分析,结果如表3所示。
聚氯化铝铁做为对照,步骤同上,处理水水质结果如表3所示。
表3
Figure BDA00001972305600052
从表3中可以看出,按照实施例5和实施例6制备的聚合氯化铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂的电中和能力较强,且对实验原水中浊度、DOC和叶绿素-a的去除效果均明显优于传统无机高分子混凝剂聚氯化铝铁。

Claims (5)

1.一种无机-有机复合絮凝剂的制备方法,包括如下步骤:
将无机物AlCl3和/或FeCl3溶于蒸馏水中,加入Na2CO3使碱化度为0.5~2.0,待Na2CO3溶解后,按照Al和/或Fe元素与二甲基二烯丙基氯化铵均聚物质量比为(4~8):1的比例加入二甲基二烯丙基氯化铵均聚物,常温下混合均匀,反应1~3h,制得无机-有机复合絮凝剂。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述无机物为FeCl3或者AlCl3与FeCl3的混合时,待Na2CO3溶解后,还包括加入稳定剂NaH2PO4的步骤。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述Fe元素与NaH2PO4中P元素的质量比为25:(1~3)。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述无机物为AlCl3与FeCl3的混合时,Al元素与Fe元素的摩尔比为(3~11):1。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述无机物为AlCl3时,加入Na2CO3使碱化度为1.0~2.0;所述无机物为FeCl3或者AlCl3与FeCl3的混合时,加入Na2CO3使碱化度为0.5~1.5。
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