专利名称：一种高a113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环保领域，特别涉及一种高A113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法及装置，适用于各种污染严重的工业废水和生活污水的处理。
背景技术：
在废水处理中，混凝技术是其中得到最为广泛应用的技术之一。混凝剂是混 凝技术的关键。按其化学性质可以大致区分为两大类，即无机与有机混凝剂。由 于有机高分子絮凝剂存在毒性问题，且价格高昂。无机混凝剂具有无毒(或低毒)、 价廉、原料易得等多方面的优点，在混凝技术中占据极其重要的地位， 一直来得 到广泛的应用。在传统无机盐基础上发展起来的无机高分子絮凝剂，作为一类新 型水处理药剂，经历了近四十多年的研制开发逐渐形成了铝系、铁系以及多类复 合型品种。但存在着较多的问题，且质量参差不齐，多数产品稳定性较差。聚合 铝作为一种新型高效水处理药剂，在国内外已得到迅速发展并成为目前产量最 大，应用范围最广的主流水处理药剂。但是无论哪种类型的无机高分子絮凝剂， 其主体成分仍然是具有高价态的羟基聚合铝离子。其中起主要决定作用的成分为A113形态。现行主流聚合铝产品质量参差不齐，A113的含量仍然很低(仅在 15 —50% )。常见的以三氯化铝为原料的生产方法主要有以下两种(1 )中 和法。在三氯化铝溶液中加入氢氧化钠、石灰、石灰石、碳酸钠等固体碱性物质， 不同的加碱量可以得到不同碱化度的聚合铝产品，这种方法的实际生产不易控 制，产品质量不够稳定。(2)电渗析法(日本公开特许昭和49 一 24353 ;昭和49 一 24355)。这种方 法利用了水的电解和离子交换膜的选择性透过原理，以三氯化铝为原料制取聚合 氯化铝，这种方法工艺复杂，制造的产品质量完全于依赖于离子交换膜的质量。 (3 )热分解法日本专利昭和49 一 43477 ;德国专利10271311，公开了三氯化 铝晶体在加热条件下，发生分解反应，可以生成聚合氯化铝的方法，这种方法的 生成设备庞大，分解温度也不宜过高，否则易产生三氧化二铝，所以成品的碱化 度一般在50 %以下，分解效率也较低。实验室中以微量滴碱或缓慢加碱方式可制备出高A113含量的PAC 。但使 用传统的方式进行反应时，常规的加碱速度往往使反应体系中局部碱浓度过大，由于A1的水解速度极快，在这种条件下所形成的反应产物非目标产物A113 ; 通过缓慢加碱配合强烈混合以减小局部碱浓度过大，效率太低。微量加碱法可得 到Ab含量较高(80y。以上)的聚合氯化铝(PAC),且有较好的可重复性，但该法 采用较低浓度的AlCl3和NaOH溶液和极慢的加碱速度，存在反应时间长(20h 以上)，总铝浓度低(《0.1mol/L)等缺点。由于不同碱化度的PAC所需碱量不 同，采取恒定加碱速率的方法合成不同指标的PAC也存在一些不确定影响因素。 因此，有必要对该方法进行改进，提高反应速度，縮短反应时间，并提高其总铝 浓度。发明内容本发明的目的是要克服以微量滴碱或缓慢加碱方式耗时太长、效率低，电渗 析法工艺复杂，中和法产品质量不稳定的缺点。提供一种高碱化度、高A113含 量并具有优异絮凝性能的聚合氯化铝合成方法及产品。一种高A113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法，其中按制备产品的 要求，将A1C13配成浓度为0. 5-3 mol/L 、NaOH配成浓度为0.5-5 mol/L的溶液， 在A1C13溶液中不断加入NaOH进行混合反应，最终A1C13与NaOH原料当中 NaOH与三氯化铝摩尔比值为0. 2-3. 5，反应温度为40-100 °C，反应时间1_10 小时，熟化时间5-24小时。具体工艺为用泵将AlCl3溶液从反应釜抽出，在静态混合器和混合阀前注入 NaOH溶液，调节混合阀开度，使混合压差0.01-0.1Mpa,使AlCl3溶液和NaOH 充分混合，然后进入超声波混合器，超声波混合器超声强度为0.5-5W/cm2，进 一步混合反应后进入带搅拌的反应釜，再将反应釜中的反应产物用泵抽入混合阀 前与NaOH溶液混合反应，再进入超声混合器后入反应釜，到了预定反应时间 后可从釜底放出，反应后的溶液常温熟化5-24小时即可。一种高A113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备装置，由l搅拌器、2反应 釜、3碱储罐、4碱液泵、5碱液泵、6静态混合器、7混合阀、8超声波混合器、 9超声发生器、10超声发生器构成。用泵5将AlCl3溶液从带搅拌器l的反应釜 2抽出，NaOH溶液由碱液泵4从碱储罐3中抽出，进入在静态混合器6和混合 阀7，调节混合阀7开度，然后进入超声波混合器8在超声发生器9、 10作用下 使超声强度达到0.5-5W/cm2，进一步混合反应后进入带搅拌的反应釜2。 发明的原理如下在AlCl3溶液NaOH液进入静态混合器和混合阀后，二者可以通过静态混合 器中的流向不断改变得到充分混合反应，超声波作为一种能量，可以强化分子接 触反应，从而提高了反应速度，縮短了反应时间，并提高了 A1C13和NaOH的 允许浓度以及产品的总铝浓度。本发明生产工艺参数容易控制，反应时间短，产品浓度高，絮凝效果好。该 产品有效絮凝成份A113可达70y。-82 %。适用于各种污染严重的工业废水和生活污水的处理。絮凝试验显示本发明制备的聚合铝的絮凝效果明显优于市售聚合铝，用量可比一般聚合铝降低。
图1为高A113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备装置结构图具体实施方式
实施例l:将AlCl3配成浓度为0.5 mol/L、 NaOH浓度为0.5mol/L溶液，NaOH 与三氯化铝摩尔比值为0.2: 1，反应温度为50 °C，混合压差0.01Mpa，超声强 度为0.5W/cm2，反应时间1.5小时，熟化时间5小时。熟化后的产品Aln含量 81%。某炼油厂工业污水，其处理前水质为油110mg/1 ， C0D1011mg/1，将上 述絮凝剂用泵加入气浮装置，加入量为30 mg/l。处理后水质状况为COD430 mg/1， 去除率56% ，油31mg/1 ，去除率达72%。而用市售聚合铝(八1203含量28%) 30 mg/1处理后COD仅除率26%，油除率36%。实施例2:将AlCl3配成浓度为3mol/L、 NaOH浓度为5mol/L溶液，NaOH与三氯化 铝摩尔比值为3: 1，反应温度为95 'C，混合压差0.1Mpa，超声强度为5W/cm2， 反应时间10小时，熟化时间24小时。熟化后的产品Al13含量76%。用本产品处理某炼油厂电脱盐装置排出的含油污水，处理前油510 mg/1， C0D3210 mg/1,悬浮物330 mg/1，用泵加入排水管线，加入量为30 mg/1.经沉 降分离装置，处理后水质状况为油28 mg/1，去除率94% ， C0D530 mg/1，去 除率80% ，悬浮物18 mg/1，去除率达94. 6%。用本产品处理某钢厂循环水，处理前循环水透光率30%,加30 mg/1实施实 例2所制产品，分离后透光率达到90%。用本产品处理某油田电脱水排出的含油污水，处理前油810mg/1， C0D3120 mg/1，悬浮物330 mg/1，加入量为实施实例2所制的产品20 mg/1，经沉降分离 装置，处理后水质状况为油28 mg/1，去除率97% ， COD 540 mg/l，去除率 81% ，悬浮物15mg/l去除率达96%。
权利要求
1、一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法，其特征在于按制备产品的要求，将AlCl3配成浓度为0.5-3mol/L、NaOH配成浓度为0.5-5mol/L的溶液，在AlCl3溶液中不断加入NaOH进行混合反应，最终AlCl3与NaOH原料当中NaOH与三氯化铝摩尔比值为0.2-3.5，反应温度为40-100℃，反应时间1-10小时，熟化时间5-24小时。
2、 根据权利要求1所述的高A113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法， 其特征在于具体工艺为用泵将AlCl3溶液从反应釜抽出，在静态混合器和混合阀 前注入NaOH溶液，调节混合阀开度，混合压差0.01-0.1Mpa，让AlCl3溶液和 NaOH混合后迸入超声波混合器，超声波混合器超声强度为0.5-5W/cm2，进一 步混合反应后进入带搅拌的反应釜，再将反应釜中的反应产物用泵抽入混合阀前 与NaOH溶液混合反应，再进入超声混合器后入反应釜，到了预定反应时间后 从釜底放出。
3、 一种高A113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备装置，其特征在于制备装 置由(1)搅拌器、(2)反应釜、(3)碱储罐、(4)碱液泵、(5)碱液泵、(6) 静态混合器、(7)混合阀、(8)超声波混合器、(9)超声发生器、(10)超声发 生器构成；用泵(5)将AlCl3溶液从带搅拌器(1)的反应釜(2)抽出，NaOH 溶液由碱液泵(4)从碱储罐(3)中抽出，进入在静态混合器(6)和混合阀(7)， 调节混合阀(7)开度，然后进入超声波混合器(8)在超声发生器(9)、 (10)作用下 使超声强度达到0.5-5W/cm2，进一步混合反应后进入带搅拌的反应釜(2)。
全文摘要
一种高Al13含量高浓度的聚合铝的制备方法，属于水处理高效絮凝剂的生产和应用技术领域。本发明按制备产品的要求，将AlCl<sub>3</sub>配成浓度为0.5-3mol/l、NaOH浓度为0.5-5mol/l溶液，NaOH与三氯化铝摩尔比值为0.2-3.5，反应温度为40-100℃，反应时间1-10小时，熟化时间5-24小时；即可制成聚合氯化铝的水溶液。本发明生产工艺参数容易控制，反应时间短，产品浓度高，絮凝效果好。该产品有效絮凝成份Al13可达70％-82％。适用于各种污染严重的工业废水和生活污水的处理。絮凝试验显示本发明制备的聚合铝的絮凝效果明显优于市售聚合铝，用量可比一般聚合铝降低。
文档编号C02F1/52GK101264964SQ20081008908
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月17日 优先权日2007年4月26日
发明者娄世松, 范洪波 申请人:北京科技大学