一種聚合鹼式鋁矽絮凝劑及其製備方法和設備的製作方法

2023-05-07 01:34:06 3

專利名稱：一種聚合鹼式鋁矽絮凝劑及其製備方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理絮凝劑，具體是指一種可用於給水和廢水處理的聚合鹼式鋁矽絮凝劑及其製備方法和設備。
在給水和廢水處理中，通常會使用硫酸鋁，因為硫酸鋁價格相對便宜，而且易於得到，處理效果也不錯。但硫酸鋁在低溫時處理效果不好，所形成的絮體輕，難於沉降，在給水處理時水體中殘餘的鋁含量高。
針對硫酸鋁在使用中的不足，人們對此進行了大量的研究，發現使矽和鋁按一定的形式結合，可以形成一種新的絮凝劑，這種絮凝劑具有一些新的特性。例如中國專利申請CN87101246A介紹了一種水處理方法，它採用高聚合度矽酸和少量的鋁鹽一起使用。該絮凝劑由於採用了高聚合度的矽酸，因此它具有較高的分子量，在處理水時有很強的聚集能力，處理效果好，但該種產品的聚矽酸和無機混凝劑要分開生產、貯存，最好在使用現場生產，產品的保存期不長，使用不方便。
中國專利ZL89108931.4和93116227.0介紹了一種聚合鹼式矽硫酸鋁。它是採用鹼金屬矽酸鹽、鹼金屬鋁酸鹽和硫酸鋁混合反應製取聚合鹼式矽硫酸鋁。這種絮凝劑在低溫時有較好的絮凝效果，而且在供水處理使用時可以降低水中游離鋁的含量。但是，由於這種絮凝劑中矽鋁比小於0.1[Si/Al≤0.1(摩爾比)]，使用範圍受一定限制。
中國專利ZL90108702.5介紹了一種聚合矽酸/鋁鹽混合物絮凝劑。該絮凝劑以水礦渣為主要原料，於常溫常壓下，用鹽酸或/和硫酸溶解聚合，濾去不溶物，聚合熟化和調整PH值後即得產品。這種方法原料易得，成本低，生產方法簡單。但由於原料成分不能控制，難於對產品各成分的比例進行調節。
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，研究一種可以通過改變矽酸的聚合度和矽鋁之比例得到不同分子量的聚合鹼式鋁矽絮凝劑及其製備方法，以滿足不同的水處理的要求；並為該製備方法設計特定的設備。
一種聚合鹼式鋁絮凝劑，其特徵在於它是由硫酸鋁、矽酸鈉和氫氧化鈉鈉聚合而成，產品為水溶液形式時，有如下化學組成及其重量百分比含量Al2O34.00-6.00％SiO20.94-3.53％SO42-11.07-16.94％Na+1.91-11.4％H2O62.13-82.08％水溶液的PH值為2.5-3.0，鹽基度為45％-70％。
一種聚合鹼式鋁矽絮凝劑的製備方法，它包括以下工藝步驟及其條件步驟一備料硫酸鋁 13.41～20.12％矽酸鈉 1.91～7.18％氫氧化鈉2.07～15.11％水 57.59～82.61％步驟二聚矽酸的預聚合矽酸鈉用酸調節PH值至9.0～10.5，預聚時間1～16小時，得分子量範圍為3000～120000的聚矽酸；步驟三聚合反應(1)先將硫酸鋁水溶放入反應釜，在攪拌狀態下，使用快速分散裝置，在15～20分鐘之內緩緩加入步驟二得的聚矽酸，並使用計量泵控制加料速度，同時採用冷卻水保持反應釜溫度在18～22℃範圍內；(2)然後在上述同樣條件下，經計量泵控制加料速度，由快速分散裝置在20～30分鐘內緩緩加入氫氧化鈉水溶液；(3)加氫氧化鈉20～40分鐘後，關閉快速分散裝置，關閉冷卻水，開啟蒸汽閥，使反應釜內的物料在0.8～1小時之內升溫至60～70℃，恆溫反應3～5小時；或者在常溫下，攪拌反應20～24小時，然後自然冷卻，即得產品，其分子量範圍為103～105，經檢驗含產品在水溶液形式時，含如下化學組成及其重量百分比含量Al2O34.00-6.00％SiO20.94-3.53％SO42-11.07-16.94％
Na+1.91-11.4％H2O62.1 3-82.08％水溶液的PH值為2.5-3.0，鹽基度為45％70％。
生產本發明聚合鹼式鋁矽絮凝劑的專用裝置包括一個帶可通入冷卻水或蒸汽的夾套的反應釜1，反應釜1底部有一個排放產品的出口10，反應釜1內裝有常規攪拌器2和快速分散裝置3；聚矽酸貯槽7和氫氧化鈉貯槽8分別通過帶有計量泵6、9的管道4、5與反應釜1相通；本發明與現有技術相比有如下突出的優點1、本發明生產的聚合鹼式鋁矽絮凝劑，分子量較大，對水中的雜質有很高的吸附聚集作用，在水中能快速形成大的絮凝體，適用範圍寬，處理效果好，性能價格比高，具體量化數據詳見應用例1飲用原水處理；應用例2再生紙廢水處理；應用例3印染廢水處理。
2、本發明的生產方法，可以通過改變矽酸的聚合度和矽鋁之比例得到不同分子量的產品，以滿足不同的水處理的要求；又由於生產原料來源豐富、價格便宜，因此，使用本產品的運行費用相對較低。
3、本發明工藝流程簡單，設備結構合理，操作方便，克服了CN87101246的產品的聚矽酸和無機混凝劑需分開生產、貯存，且保存期短，使用不方便的缺點；也克服了ZL90108702.5原料成分不能控制，產品各成分比例難調節的缺點。


圖1為一種聚合鹼式鋁矽絮凝劑生產裝置的結構示意圖。
通過如下實施例及其附圖、應用實施例對本發明作進一步詳述實施例1如圖1所示，1為反應釜，2為攪拌器，3為快速分散裝置，4、5為管道，6、9為計量泵，7、8為貯槽，10為產品出口。貯槽7、8是通過帶有計量泵6、9的管道4、5與反應釜1相通，並且管道4、5出口端與快速散裝置的進口端距離為0.09m。
向反應釜1中加入含Al2O3為9.5％的硫酸鋁水溶液31.57公斤，開動攪拌器2。
按要求把含Si為2.63％的聚矽酸水溶液12.55公斤加入貯槽7中，開啟快速分散裝置3，同時開啟反應釜1的冷卻水閥，保持反應釜中的溫度在℃之間。用計量泵6把貯槽7中的聚矽酸通過管道5泵入反應釜1中，控制計量泵6的加料速度，使聚矽酸在15～20分鐘加完。
把含NaOH為50％的氫氧化鈉水溶液5.88公斤加入貯槽8中，然後用計量泵9把貯槽8中的氫氧化鈉溶液通過管道4泵入反應釜1中，在20～30分鐘內加完，並快速混合，進行聚合反應。
加完氫氧化鈉30分鐘後，關閉快速分散裝置3，關閉冷卻水，開啟蒸汽閥，使反應釜1內的物料在0.8-1小時的時間內升溫至60-70℃，恆溫反應4小時，然後自然冷卻，即得產品。
實施例2本實施例所用裝置、反應步驟、投料順序及投料方式同實施例1，投料比改為含Al2O3為8.11％的硫酸鋁水溶液24.66公斤含Si為2.50％的聚矽酸水溶液21.94公斤含NaOH為30％的氫氧化鈉水溶液3.40公斤投料完成後，不用蒸汽加熱，物料在常溫(30℃左右)下攪拌反應24小時，即得產品。
實施例1、2所得產品性狀如下
應用實施例1飲用原水處理原水取自珠江廣州河段1、水質濁度(NTU)35.7
水溫(℃)23PH 6.81氨氮(m/gl) 4.03UV254(cm-1) 0.0922、處理方法取專用1升量杯，注入水樣，在ZR六聯攪拌器控制轉速300r/min加入實施例1製得的絮凝劑0.05ml，1分鐘後調速為150r/min，繼續攪拌5分鐘，最後調速為60r/min攪拌10分鐘，靜置沉降20分鐘，距液面2-3cm處取樣測定濁度、濾膜係數(經砂濾後)、殘留鋁含量及UV254值等數據。
3、混凝淨化效果在多批次試驗基礎上，作定量對比試驗，作出分析評價PASS1-實施例1樣品PASS2-實施例2樣品SA-工業級硫酸鋁PAC-優質聚合鹼式氯化鋁投加量3.0mg/l(以Al2O3計) 從實驗中可看出，在投加量為3.0mg/l(以Al2O3計)時，PASS的效果遠優於硫酸鋁，也好於聚合鹼式氯化鋁。
PASS對以UV254代表的有機物去除效果比硫酸鋁和聚合鹼式氯化鋁好，這是由於PASS中同時含有鋁和矽兩種不同電性的離子。
PASS較硫酸鋁和聚合鹼式氯化鋁使經處理後的水中有較低的殘餘鋁量，使給水處理後的出水較易達到國家新頒布的殘餘鋁量試行標準(0.2mg/l)。
水的濾膜係數(Mf=V/pt)表示「在一定壓力和時間下，水流過一定濾膜表面的平均流速」，它代表了水的可濾性，也反映了水中微細顆粒物的情況，濾膜係數越小，即通過0.45μm濾膜的時間越長，表明水中的超微顆粒物(＜5μm)越多，從試驗可看出，PASS的濾膜係數比PAC和SA的大，表明PASS對微細顆粒的吸附性能較好。
應用例2再生紙廢水處理原水取自再生紙生產廢水1、水質COD800-1 500mg/lBOD300-580mg/lSS 500-1500mg/l2、處理方法處理方法同應用例1，投加實例2製得的絮凝劑400-600ppm。
3、淨化效果出水水質COD105-150mg/lBOD22-56mg/lSS30-45mg/l應用例3印染廢水處理原水取自某棉製品印染廠，所用染料有活性、分散等。
1、水質顏色紅、黃、黑色度300-500(倍)COD450-600mg/l2、處理方法處理方法同應用例1，投加實施例1製得的絮凝劑500-800ppm。
3、淨化效果出水水質色度50-80(倍)COD150-220mg/l
權利要求
1.一種聚合鹼式鋁絮凝劑，其特徵在於它是由硫酸鋁、聚合矽酸和氫氧化鈉聚合而成，產品為水溶液形式時，有如下化學組成及其重量百分比含量Al2O34.00-6.00％SiO20.94-3.53％SO42-11.07-1 6.94％Na+1.91-11.4％H2O 62.13-82.08％水溶液的PH值為2.5-3.0，鹽基度為45％-70％。
2.一種聚合鹼式鋁矽絮凝劑的製備方法，其特徵在於它包括以下工藝步驟及其條件步驟一備料硫酸鋁 13.41～20.12％矽酸鈉 1.91～7.18％氫氧化鈉2.07～15.11％水 57.59～82.61％步驟二聚矽酸的預聚合矽酸鈉用酸調節PH值至9.0～10.5，預聚時間1～16小時，得分子量範圍為3000～120000的聚矽酸；步驟三聚合反應(1)先將硫酸鋁水溶放入反應釜，在攪拌狀態下，使用快速分散裝置，在15～20分鐘之內緩緩加入預聚合矽酸，並使用計量泵控制加料速度，同時採用冷卻水保持反應釜溫度在18～22℃範圍內；(2)然後上述同樣條件下，經計量泵控制加料速度，由快速分散裝置在20～30分鐘內緩緩加入氫氧化鈉水溶液；(3)加氫氧化鈉20～40分鐘後，關閉快速分散裝置，關閉冷卻水，開啟蒸汽閥，使反應釜內的物料在0.8～1小時之內升溫至60～70℃，恆溫反應3～5小時，然後自然冷卻，即得產品，其分子量範圍為103～105，經檢驗含產品在水溶液形式時，含如下化學組成及其重量百分比含量Al2O34.00-6.00％SiO20.94-3.53％SO42-11.07-1 6.94％Na+1.91-11.4％H2O 62.1 3-82.08％水溶液的PH值為2.5-3.0，鹽基度為45％-70％。
3.根據權利要求2所述的一種聚合鹼式鋁矽絮凝劑的製備方法，其特在於聚合反應在常溫下，攪拌反應20～24小時。
4.一種生產聚合鋁矽絮凝劑的裝置，其特徵在於它包括一個帶可通入冷卻水或蒸汽的夾套的反應釜(1)，反應釜底部有一個排放產品的出口(10)，反應釜1內裝有常規攪拌器(2)和快速分散裝置(3)；聚矽酸貯槽(7)和氫氧化鈉貯槽(8)分別通過帶有計量泵(6)、(9)的管道(4)、(5)與反應釜(1)相通；把聚合矽酸和氫氧化鈉引入到反應釜的管道(4)、(5)的出口端與快速分散裝置(3)的進口端的距離為0.02～0.12m。
全文摘要
本發明是涉及一種聚合鹼式鋁矽絮凝劑及其製備方法和設備。該絮凝劑是把矽酸在鹼性條件下預聚合達到所需分子量(即範圍為30000～120000),然後在快速攪拌下加入硫酸鋁和氫氧化鈉聚合反應而成聚合鹼式鋁矽絮凝劑。本法通過改變矽酸的聚合度和矽鋁之比例得到不同分子量的產品,可以滿足不同的水處理的要求。產品吸附聚集作用強、能廣泛使用於給水處理和工業廢水處理。生產原料來源廣、價格便宜,運行費用相對較低,易於被市場所接受。
文檔編號C01F7/00GK1299783SQ00130879
公開日2001年6月20日 申請日期2000年12月22日 優先權日2000年12月22日
發明者吳友明, 肖錦, 周勤, 汪曉軍 申請人:華南理工大學