鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其製備與應用的製作方法

2023-06-13 14:28:36 4

專利名稱：鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其製備與應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋁鹽-海藻酸鈉組合的膜前水處理劑及其製備與應用，屬於環境化學水處理劑技術領域。
背景技術：
近年來，由於水資源的短缺、水環境的惡化、飲用水標準的提高以及傳統飲用水處理工藝的局限性，開發新的飲用水安全保障技術以改造或代替傳統處理技術已經成為市政供水行業面臨的重要課題。膜技術被稱為21世紀的水處理技木，其在技術、經濟、運行管理等方面相對於傳統エ藝都有一定的優勢，以超濾為核心技術的組合エ藝被稱為第三代城市飲用水淨化工藝。超濾技術的核心是超濾膜，其主要以物理截留作用來去除水體中的汙染物。與常規エ藝比較，超濾膜エ藝具有以下優點①去濁率高，出水水質穩定可靠，其出水濁度穩定可在0. INTU以下，對顆粒物質的去除率可達99. 9%以上；②能有效去除病原微生物，超濾エ藝能有效去除水中賈第蟲、隱孢子蟲、細菌等病原微生物和病原病毒；③水廠佔地面積小。儘管超濾技術具有眾多優點，但是膜汙染成為制約其廣泛應用及發展的主要因素。膜汙染可以導致水通量的持續下降，而且膜的不可逆汙染難以水力清洗恢復，使得膜使用壽命縮短，這將增加膜的維護成本、提高制水成本。因此，膜エ藝在實際使用吋，往往與其他水處理工藝聯合使用。為了提高超濾對水中汙染物的去除效果，減輕超濾膜汙染，增大超濾膜通量，通常採用各種預處理方式來改變水中汙染物的表面性質和存在形態，如混凝、砂率、投加粉末活性炭或PAC等。在眾多預處理工藝中，混凝預處理由於簡便、易行，與超濾組合去除水中汙染物的眾多優勢而備受關注。有研究表示採用混凝-超濾組合エ藝可減少進入超濾膜孔的汙染物量，改善超濾膜表面沉積層的性質，從而減輕汙染物在超濾膜表面的吸附沉積，增大超濾膜滲透通量，可有效的降低濾餅層阻力和濃差極化阻力，改善周期物理清洗效果。鋁鹽是最傳統應用最廣泛的無機鹽混凝劑。簡單的鋁鹽，如硫酸鋁、氧化鋁和明礬等，其主要作用機理是通過對水中膠體顆粒的壓縮雙電層作用、吸附電中和、吸附架橋作用及沉澱卷掃作用，從而使膠體顆粒脫穩凝聚。儘管鋁鹽被廣泛使用，但鋁鹽是低毒物質，經各種渠道進入人體後，會在ー些集體組織中積聚，並參與許多生物化學反應，能將體內必須的營養元素和微量元素置換流失或沉澱，從而破壞各部位生理功能，導致人體出現病症。使用鋁鹽混凝劑時殘餘鋁可以在超濾膜表面上吸附，從而造成超濾膜的不可逆汙染，降低超濾膜使用壽命，所以降低混凝預處理時鋁鹽的用量成為亟待解決的課題。有機助凝劑的應用可以降低鋁鹽混凝劑的用量，但是卻増加了後續過濾或生物降解エ序的負擔。目前常用的助凝劑多由丙烯醯胺、丙烯酸、環氧氯丙烷等單體人工合成的高聚物，這些合成的有機助凝劑往往生產成本高，生物降解性差，甚至危害人體和環境，給後續處理帶來困難和風險。 因此需要尋找ー種環境友好、成本經濟的助凝劑。海藻酸鈉(SA)又稱藻酸鈉、海草酸鈉、褐藻膠，分子式為(C6H7Na)n，是ー種從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的聚陰離子多糖(海藻酸)的鈉鹽。自1883年由海帶中發現海藻酸鈉，至今19 年開始在美國應用於エ業生產，1944年應用於食品エ業，1983年經美國食品與藥品管理局(FDA)批准直接作為食品的成分用於醫藥エ業不過30年的時間。海藻酸鈉具有增稠性好、成膜性好、凝膠強度高、成絲性好等優點。海藻酸鈉現在多應用於食品、 醫學工程、塗膜保鮮和重金屬的汙染等方面。海藻酸鈉用於水處理的文獻很少。CN1016M^6(CN200910272146. 0)公開了ー種用於混凝土攪拌站沉澱池中廢漿水處理的混凝劑，它由助凝劑和聚丙烯醯胺組成，助凝劑與聚丙烯醯胺的質量比為(0.05 2.0) (0.005 1.0)；其中，助凝劑為生石灰、氯化鈣、 海藻酸鈉中的任意ニ種以上的混合。該發明中使用的胺類有機物價格昂貴，且水中殘體氧化後可以變成強致癌物質，這不利於水資源的回用。

發明內容
為了彌補現有技術存在的不足，本發明主提供一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其製備與應用。該膜前水處理劑能增強混凝效果，提高後續エ序中的膜通量、降低膜汙染。本發明的技術方案如下一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，是將海藻酸鈉與鋁鹽混凝劑配合使用的膜前水處理劑；原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價鋁的質量計，1 50份。所述的海藻酸鈉配製成濃度0. 1 0. 2g/L的溶液使用，所述海藻酸鈉溶液是將海藻酸鈉置於軟化水中，在磁力攪拌下先溶脹再溶解製得；所述的鋁鹽混凝劑配成Al (III)質量百分含量為0. 5g/L的溶液使用。所述鋁鹽混凝劑為硫酸鋁、聚合氯化鋁(PFC)或聚合硫酸鋁(PFS)。優選的，所述的聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁中Al (III)質量百分含量為5% 15%， 鹼化度1. 0 2. 2，pH為2. 5 4. 0，分子量為IOOODa 50000Da。根據本發明優選的，鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價鋁的質量計3 20份。進ー步優選的，鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，硫酸鋁以鋁的質量計6份。進ー步優選的，鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，聚合氯化鋁以鋁的質量計10份。一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的製備方法，步驟如下(1)取鋁鹽混凝劑在室溫下至於軟化水中，配成Al(III)質量百分含量為0. 5g/L 的溶液。(2)將海藻酸鈉置於60_65°C的軟化水中，先溶脹5 15分鐘，再進行磁力攪拌， 200-400轉/秒攪拌時間25 30分鐘，使海藻酸鈉完全溶解，配成0. 1 0. 2g/L的海藻酸鈉溶液，於4°C貯存備用。(3)使用前，按配比取步驟(1)的鋁鹽混凝劑溶液、步驟( 的海藻酸鈉溶液，先後分別加入待處理水中。本發明的鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的應用，用於給水、廢水處理，石油開採、造紙、採礦、日用化工的水處理。方法如下一種組合使用鋁鹽混凝劑和海藻酸鈉處理廢水的方法，先將本發明組合型膜前水處理劑中的鋁鹽混凝劑溶液投入待處理水中30-50秒，然後將海藻酸鈉溶液加入待處理水中，處理20 30分鐘。再繼續後續的超濾膜處理工藝。根據本發明的鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑進行水處理吋，與傳統混凝エ 藝相比，海藻酸鈉溶液加入待處理水中處理20 30分鐘可明顯增大混凝絮體，明顯增強絮體強度，提高水處理效果，減輕超濾膜汙染，増大超濾膜通量。本發明的膜前水處理劑由硫酸鋁、聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁(鹼化度=0. 5)與海藻酸鈉組合應用。海藻酸鈉本身帶有負電荷，Zeta電位在-60mV士3mV，pH為7. 73-7. 86的無色透明粘稠液體。海藻酸鈉的主要成分為多糖類物質，含有羧基分別以-C00-和COOH的形式存在。根據現有技術製備或市場購得。海藻酸鈉是ー種高分子陰離子型絮凝劑，它含有多種有機官能團，其中具有代表性的官能團是羧基和羥基等，能夠與鋁鹽混凝劑的吸附架橋作用形成協同作用，增強其吸附卷掃的作用，因為當採用鋁鹽與海藻酸鈉復配吋，海藻酸鈉的線型高分子結構可以穿過水膜，通過所含有的官能團，在顆粒與顆粒之間吸附架橋。將海藻酸鈉水處理劑，與現有鋁鹽混凝劑復配，應用於給水和廢水的處理，可以取得良好的混凝處理效果。本發明與現有技術相比具有如下優良效果1、本發明與単獨使用無機鋁鹽混凝劑處理效果相比，投加海藻酸鈉有助凝作用， 在地表水處理中，去除有機物效果在更寬泛的範圍內均得到了明顯的改善；2、本發明與単獨使用鋁鹽混凝劑處理效果相比，添加海藻酸鈉後所形成的絮體明顯増大，沉降性能顯著提高，有效縮短了運行周期；3、本發明與聚丙烯醯胺等人工合成有機高分子相比，海藻酸鈉作為馬尾藻的提取物質具有安全無毒，易生物降解，無二次汙染的優點；4、本發明膜前水處理劑通過鋁鹽混凝劑與海藻酸鈉復配使用後，能增強混凝的效果，對後續的膜エ藝起到提高膜通量、減輕膜汙染的效果。


圖1是應用實例三採用硫酸鋁-海藻酸鈉混凝劑、硫酸鋁混凝劑進行混凝-超濾處理分散黃RGFL模擬水樣的膜通量與處理時間關係圖。氯化鋁加量以Al (III)的質量計為6mg/L，海藻酸鈉加量為lmg/L。圖2是應用實例四採用聚合氯化鋁-海藻酸鈉混凝劑、聚合氯化鋁混凝劑進行混凝-超濾處理活性翠蘭KG-L模擬水樣的膜通量與處理時間關係圖。氯化鋁加量以Al (III) 的質量計為10mg/L，海藻酸鈉加量為lmg/L。
具體實施例方式下面結合實施例和應用例對本發明做進ー步說明。實驗水樣實驗採用分散黃RGFL模擬水樣和活性翠蘭KG-L模擬水樣兩種水樣， 水樣的製備方法參見徐秀明等聚合氯化鋁中Alb形態去除腐殖酸的效果及機制研究，山東大學環境科學與工程學院，環境科學，2008，四(11) =3064-3070 稱取Ig分散黃RGFL或活性翠蘭KG-L，以少量去離子水調和，並加入一定量的NaOH調節溶液pH，促進溶解，磁力攪拌 0. 5h後定容到1L，配製成lg/L的模擬水樣貯備液。混凝實驗吋，以自來水調和，配成濃度為100mg/L模擬水樣。在以下應用實例一、應用實例三採用分散黃RGFL模擬水樣，應用實例ニ、應用實例四採用活性翠蘭KG-L模擬水樣。實施例中的原料均為市購產品。實施例1 海藻酸鈉與硫酸鋁混凝劑組合膜前水處理劑及進行膜前水處理海藻酸鈉硫酸鋁混凝劑(以鋁計)=1 2 20組合質量比。(1)市售的硫酸鋁混凝劑，在室溫下至於軟化水中，配成Al(III)質量百分含量為 0. 5g/L的溶液。(2)稱取一定量的海藻酸鈉，用60_65°C的軟化水使其初歩的溶脹10分鐘，在磁力攪拌器下用200-400轉/秒的速度攪拌25-30分鐘，使其完全溶解，配成0. lg/L的海藻酸鈉溶液放於4°C備用。(3)按配比取上述的硫酸鋁混凝劑溶液、海藻酸鈉溶液，先將鋁鹽混凝劑溶液加入待處理水中混凝處理30秒，再加入所述海藻酸鈉溶液加入水樣中處理20-30分鐘。海藻酸鈉的加藥量分別為0、0. 5mg/L、lmg/L、ang/L(以海藻酸鈉固體質量計)， 硫酸鋁混凝劑加藥量以Al (III)的質量計分別為％ig/L、4. 5mg/L、5mg/L、5. 5mg/L、6mg/L、 6. 5mg/L。處理結果列於表1中。應用實例一將實施例1製備的無機鋁混-海藻酸鈉復配膜前水處理劑(硫酸鋁-海藻酸鈉)， 用於分散黃RGFL模擬水樣的混凝處理(硫酸鋁加藥量以Al (III)的質量計，海藻酸鈉的投加量以固體質量計)，同時與硫酸鋁(AS)混凝處理作對比。原水水質情況如下分散黃RGFL 固含量為100mg/L, pH值為7. 37-7. 40，吸光度為0. 578-0. 632。處理結果列於表1 表1硫酸鋁/硫酸鋁-海藻酸鈉組合膜前水處理劑處理含分散黃RGFL水樣的脫
色效果
權利要求
1.一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，是將海藻酸鈉與鋁鹽混凝劑配合使用的膜前水處理劑；原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價鋁的質量計1 50份；所述的海藻酸鈉配製成濃度0. 1 0. 2g/L的溶液使用，所述海藻酸鈉溶液是將海藻酸鈉置於軟化水中，在磁力攪拌下先溶脹再溶解製得；所述的鋁鹽混凝劑配成Al (III)質量百分含量為0. 5g/L的溶液使用；所述鋁鹽混凝劑為硫酸鋁、聚合氯化鋁(PFC)或聚合硫酸鋁(PFS)。
2.如權利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特徵在幹，原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價鋁的質量計3 20份。
3.如權利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特徵在幹，原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，硫酸鋁以鋁的質量計6份。
4.如權利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特徵在幹，原料質量份組成如下海藻酸鈉1份，聚合氯化鋁以鋁的質量計10份。
5.如權利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特徵在於，所述的聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁中Al(III)質量百分含量為5% 15%，鹼化度1. 0 2. 2，pH為2. 5 4. 0，分子量為 IOOODa 50000Da。
6.權利要求1 5任ー項所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的製備方法，步驟如下(1)取鋁鹽混凝劑在室溫下至於軟化水中，配成Al(III)質量百分含量為0.5g/L的溶液；(2)將海藻酸鈉置於60-65°C的軟化水中，先溶脹5 15分鐘，再進行磁力攪拌， 200-400轉/秒攪拌時間25 30分鐘，使海藻酸鈉完全溶解，配成0. 1 0. 2g/L的海藻酸鈉溶液，於4°C貯存備用；(3)使用前，按配比取步驟(1)的鋁鹽混凝劑溶液、步驟( 的海藻酸鈉溶液，先後分別加入待處理水中。
7.權利要求1 5任一項所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的應用，用於給水、 廢水處理，或石油開採、造紙、採礦、日用化工的水處理。
8.一種組合使用鋁鹽混凝劑和海藻酸鈉處理廢水的方法，先將權利要求1 5任ー項所述組合型膜前水處理劑中的鋁鹽混凝劑溶液投入待處理水中30-50秒，然後將海藻酸鈉溶液加入待處理水中，處理20 30分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其製備與應用。組合型膜前水處理劑原料質量份組成為海藻酸鈉1份、鋁鹽混凝劑以鋁的質量計1～50份；分別配置成溶液，先後加入待處理水中。鋁鹽混凝劑溶液、海藻酸鈉溶液間隔30-50秒先後投加使用。本發明組合型膜前水處理劑綜合了海藻酸鈉分子量高、對膠體物質的吸附架橋能力強以及無機鋁鹽混凝劑混凝效果好、超濾效果好及應用範圍廣的優點，廣泛應用於水處理領域具有生產工藝簡捷，適用範圍廣的優勢。
文檔編號C02F1/52GK102531129SQ20121002664
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者武彩紅, 王燕, 趙豔俠, 高寶玉 申請人:山東大學