专利名称：聚硅酸金属盐复合絮凝剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及水处理用絮凝剂及其制备方法。
背景技术：
絮凝是一种重要的水质净化方法，在饮用水处理和污水处理中应用广泛。在饮用水处理中，絮凝沉淀是去除原水中悬浮物和胶体的有效手段；在污水处理中，可以作为生化处理前的预处理，也可以与生化处理同步强化进行，可以高效去除悬浮物，提高污水的可生化性。目前生产上常用的聚硅酸金属盐复合混凝剂在使用时需要外加大量的碱化剂，例如 NaOH等，来增强混凝剂的碱化度和聚合程度，使水处理的成本增高。
发明内容
本发明是要解决现有的聚硅酸金属盐复合混凝剂需要外加的碱化剂来增强混凝剂的碱化度和聚合程度，使水处理的成本增高的技术问题，而提供聚硅酸金属盐复合絮凝剂及其制备方法。本发明的聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由35 45份的硅酸盐、25 40 份的铝盐、25 40份的铁盐、0. 1 30份的辅剂A和0. 1 30份的辅剂B制成，其中硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾，铝盐为硫酸铝或氯化铝，铁盐为硫酸铁或氯化铁，辅剂A为磷酸盐、 氧化钙、聚丙烯酰胺和壳聚糖中的一种或其中几种的组合，辅剂B为氢氧化钠、氢氧化钾、 碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。本发明的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法按以下步骤进行一、按重量份数比称取35 45份的硅酸盐、25 40份的铝盐、25 40份的铁盐、0. 1 30份的辅剂A和 0. 1 30份的辅剂B ；二、将步骤一称取的硅酸盐配制成浓度为0. lmol/L 0. 2mol/L的水溶液，然后调节溶液的pH为2 4，搅拌20min 40min，然后静置IOmin 20min，得到聚硅酸溶液；三、将步骤一称取的铝盐、铁盐、辅剂A和辅剂B加入到步骤二得到的聚硅酸溶液中并混合均勻，得到聚硅酸金属盐复合絮凝剂；其中步骤一中的硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾， 铝盐为硫酸铝或氯化铝；铁盐为硫酸铁或氯化铁；辅剂A为磷酸盐、氧化钙、PAM和壳聚糖中的一种或其中几种的组合；辅剂B为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。本发明的聚硅酸金属盐复合絮凝剂为透明、均一的液体，pH为0.4 1.5。本发明的聚硅酸金属盐复合絮凝剂中的铝盐、高铁盐以及聚硅酸盐聚合而成的无机或无机-有机高分子物质，因而充分发挥了该复合絮凝剂各组分的良好的电性-中和、吸附架桥以及网捕卷扫作用。铝盐、铁盐的复合能充分发挥铝、铁絮凝剂的优点，铝盐絮凝剂絮体大，脱色性能好、铁盐絮凝剂絮体密实、沉降速度快等特点。复合絮凝剂在在水中的水解物具有为三价阳离子，具有较高正电荷的羟基多核络合物，对带负电荷的胶体颗粒以及磷酸根产生电性-中和作用以及缔合吸附作用，形成水溶性低的离子缔合物。辅剂B的引入，促使复合絮凝剂在水解过程中形成大量氢氧化物絮体沉淀其内部有很大的比表面积，具有很强的吸附能力，可以吸附一部分胶体和颗粒物，同时絮体沉淀时也可以网捕卷扫杂质颗粒物，从而达到除污效果。聚硅酸盐和金属盐的聚合，增长了絮凝剂的分子链、增大了其分子量，大大提高了絮凝剂粘结聚集、吸附架桥效能。本絮凝剂可用于饮用水除浊、生活污水除悬浮物和COD、工业废水除浊除色等，并对废水中的磷有很好的去除的效果，对水温和PH值适应能力强。利用该复合絮凝剂处理温度为 15°C 的生活污水(SS 100 200mg/L ；COD, 350 500mg/L ；PO43T3, 3 5mg/L ；NH4+_N， 30 50mg/L ；)时，其对悬浮物、COD和Ρ0/—-Ρ均有很好的去除效果，去除率分别可达99%、 75%和99% ；而且投加量低，在投加量为80mg/L时，即可达到最佳效果。在常温条件下，絮凝剂最佳投加量相应减小到60mg/L。本发明的聚硅酸金属盐复合絮凝剂具有投量少、去除效果更好、温度、PH值以及水质适用范围广等优点，且不需要另加其他试剂，成本低，可广泛用于水处理领域。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由35 45份的硅酸盐、25 40份的铝盐、25 40份的铁盐、0. 1 30份的辅剂A和0. 1 30份的辅剂B制成，其中硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾，铝盐为硫酸铝或氯化铝，铁盐为硫酸铁或氯化铁，辅剂A为磷酸盐、氧化钙、聚丙烯酰胺和壳聚糖中的一种或其中几种的组合，辅剂B为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。本实施方式中当辅剂A为组合物时，各辅剂以任意比组合。本实施方式中当辅剂B为组合物时，各辅剂以任意比组合。本实施方式的絮凝剂可用于饮用水除浊、生活污水除悬浮物和COD、工业废水除浊除色等，并对废水中的磷有很好的去除的效果，对水温和PH值适应能力强。利用该复合絮凝剂处理温度为15°C的生活污水(SS 100 200mg/L ；COD, 350 500mg/L ；Ρ043Τ，3 5mg/L ；NH4+-N, 30 50mg/L ；)时，其对悬浮物、COD和Ρ0/—-Ρ均有很好的去除效果，去除率分别可达99%、75%和99%;而且投加量低，在投加量为80mg/L时，即可达到最佳效果。在常温条件下，絮凝剂最佳投加量相应减小到60mg/L。本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂具有投量少、去除效果更好、温度、PH值以及水质适用范围广等优点，且不需要另加其他试剂，成本低，可广泛用于水处理领域。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由37 42份的硅酸盐、观 38份的铝盐、观 38份的铁盐、0. 5 28 份的辅剂A和0. 5 观份的辅剂B制成。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由40份的硅酸盐、30份的铝盐、30份的铁盐、10份的辅剂A和10份的辅剂B制成。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由40份的硅酸盐、35份的铝盐、32份的铁盐、15份的辅剂A和 18份的辅剂B制成。其他与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法按以下步骤进行一、按重量份数比称取35 45份的硅酸盐、25 40份的铝盐、25 40份的铁盐、0. 1 30份的辅剂A和0. 1 30份的辅剂B ；二、将步骤一称取的硅酸盐配制成浓度为 0. lmol/L 0. 2mol/L的水溶液，然后调节溶液的pH为2 4，搅拌20min 40min，然后静置IOmin 20min，得到聚硅酸溶液；三、将步骤一称取的铝盐、铁盐、辅剂A和辅剂B加入到步骤二得到的聚硅酸溶液中并混合均勻，得到聚硅酸金属盐复合絮凝剂；其中步骤一中的硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾，铝盐为硫酸铝或氯化铝；铁盐为硫酸铁或氯化铁；辅剂A为磷酸盐、氧化钙、PAM和壳聚糖中的一种或其中几种的组合；辅剂B为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。本实施方式制备的絮凝剂可用于饮用水除浊、生活污水除悬浮物和COD、工业废水除浊除色等，并对废水中的磷有很好的去除的效果，对水温和PH值适应能力强。利用该复合絮凝剂处理温度为15°C的生活污水(SS 100 200mg/L ；COD, 350 500mg/L ；ΡΟ,-Ρ， 3 5mg/L ；NH4+-N, 30 50mg/L ；)时，其对悬浮物、COD和Ρ0/—-Ρ均有很好的去除效果，去除率分别可达99^^75%和99% ；而且投加量低，在投加量为80mg/L时，即可达到最佳效果。在常温条件下，絮凝剂最佳投加量相应减小到60mg/L。本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂具有投量少、去除效果更好、温度、PH值以及水质适用范围广等优点，且不需要另加其他试剂，成本低，可广泛用于水处理领域。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中按重量份数比称取38 42份的硅酸盐、观 38份的铝盐、28 38份的铁盐、0. 5 28份的辅剂A和 0.5 观份的辅剂B。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中按重量份数比称取40份的硅酸盐、30份的铝盐、32份的铁盐、25份的辅剂A和20份的辅剂B。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
五至七之一不同的是步骤二中硅酸盐水溶液的浓度为0. 12mol/L 0. 18mol/L。其他与具体实施方式
五至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
五至七之一不同的是步骤二中硅酸盐水溶液的浓度为0. 15mol/L。其他与具体实施方式
五至七之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
五至九之一不同的是步骤二中搅拌时间为25min 35min。其他与具体实施方式
五至九之一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
五至九之一不同的是步骤二中搅拌时间为30min。其他与具体实施方式
五至九之一相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
五至十一之一不同的是步骤二中静置时间为12min 18min。其他与具体实施方式
五至i^一之一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
五至十一之一不同的是步骤二中静置时间为15min。其他与具体实施方式
五至十一之一相同。
具体实施方式
十四本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法按以下步骤进行一、称取4. 26g的硅酸钠、2. 4g的硫酸铝、2. 4g的硫酸铁、0. 5g的壳聚糖和0. 5g的碳酸氢钠；二、将步骤一称取的硅酸钠配制成浓度为0. 15mol/L的水溶液，然后调节溶液的 PH为1. 4，搅拌30min，然后静置lOmin，得到聚硅酸溶液；三、将步骤一称取的硫酸铝、硫酸铁、壳聚糖和碳酸氢钾加入到步骤二得到的聚硅酸溶液中并混合均勻，得到聚硅酸金属盐复合絮凝剂。
本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂为透明、均一的棕黄色液体，pH为1. 0。利用本实施方式制备的聚硅酸金属盐复合絮凝剂处理温度为15°C的生活污水，其中生活污水中 SS 为 150mg/L、COD 为 400mg/L、PO43T 为 5mg/L、NH4+-N 为 48mg/L ；按聚硅酸金属盐复合絮凝剂的投加量为60mg/L，将本实施方式制备的聚硅酸金属盐复合絮凝剂加入到待处理的生活污水中，以120转/分的速度搅拌15分钟，然后再以40转/分的速度搅拌 15分钟，然后静置30min，完成对生活污水的处理。结果表明，本实施方式制备的聚硅酸金属盐复合絮凝剂对生活污水中的悬浮物、COD和Ρ0/—-Ρ均有很好的去除效果，去除率分别可达 99%、75%和 99%。
具体实施方式
十五本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法按以下步骤进行一、4. 26g的硅酸钾、2. 4g的硫酸铝、2. 4g的硫酸铁、0. 5g的壳聚糖、0. 5g聚丙烯酰胺和0. 5g的碳酸氢钾；二、将步骤一称取的硅酸钾配制成浓度为0. 15mol/L的水溶液，然后调节溶液的PH为1.2，搅拌30min，然后静置15min，得到聚硅酸溶液；三、将步骤一称取的硫酸铝、硫酸铁、壳聚糖和碳酸氢钾加入到步骤二得到的聚硅酸溶液中并混合均勻，得到聚硅酸金属盐复合絮凝剂。本实施方式的聚硅酸金属盐复合絮凝剂为透明、均一的棕黄色液体，pH为1. 2。利用本实施方式制备的聚硅酸金属盐复合絮凝剂处理制药废水，处理制药废水 制药废水中SS为1590mg/L、COD为9750mg/L ；按聚硅酸金属盐复合絮凝剂的投加量为 60mg/L，将本实施方式制备的聚硅酸金属盐复合絮凝剂加入到待处理的制药废水中，以120 转/分的速度搅拌15分钟，然后再以40转/分的速度搅拌15分钟，然后静置30min，完成对生活污水的处理。结果表明本实施方式制备的聚硅酸金属盐复合絮凝剂对制药废水中的悬浮物、COD均有很好的去除效果，处理后SS为566mg/L、C0D为6800mg/L，出水的去除率分别可达65%和30%。
权利要求
1.聚硅酸金属盐复合絮凝剂，其特征在于聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由 35 45份的硅酸盐、25 40份的铝盐、25 40份的铁盐、0. 1 30份的辅剂A和0. 1 30份的辅剂B制成，其中硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾，铝盐为硫酸铝或氯化铝，铁盐为硫酸铁或氯化铁，辅剂A为磷酸盐、氧化钙、聚丙烯酰胺和壳聚糖中的一种或其中几种的组合，辅剂B为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
2.根据权利要求1所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂，其特征在于聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由37 42份的硅酸盐、观 38份的铝盐、观 38份的铁盐、0. 5 28 份的辅剂A和0. 5 观份的辅剂B制成。
3.根据权利要求1所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂，其特征在于聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由40份的硅酸盐、30份的铝盐、30份的铁盐、10份的辅剂A和10份的辅剂B制成。
4.如权利要求1所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法，其特征在于聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法按以下步骤进行一、按重量份数比称取35 45份的硅酸盐、 25 40份的铝盐、25 40份的铁盐、0. 1 30份的辅剂A和0. 1 30份的辅剂B ；二、 将步骤一称取的硅酸盐配制成浓度为0. lmol/L 0. 2mol/L的水溶液，然后调节溶液的pH 为2 4，搅拌20min 40min，然后静置IOmin 20min，得到聚硅酸溶液；三、将步骤一称取的铝盐、铁盐、辅剂A和辅剂B加入到步骤二得到的聚硅酸溶液中并混合均勻，得到聚硅酸金属盐复合絮凝剂；其中步骤一中的硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾，铝盐为硫酸铝或氯化铝； 铁盐为硫酸铁或氯化铁；辅剂A为磷酸盐、氧化钙、PAM和壳聚糖中的一种或其中几种的组合；辅剂B为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾
5.根据权利要求4所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤一中按重量份数比称取38 42份的硅酸盐、观 38份的铝盐、观 38份的铁盐、0. 5 观份的辅剂A和0. 5 观份的辅剂B。
6.根据权利要求4或5所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤一中按重量份数比称取40份的聚硅酸、30份的铝盐、32份的铁盐、25份的辅剂A和20份的辅剂B。
7.根据权利要求4或5所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤二中硅酸盐水溶液的浓度为0. 12mol/L 0. 18mol/L。
8.根据权利要求4或5所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤二中搅拌时间为25min 35min。
9.根据权利要求4或5所述的聚硅酸金属盐复合絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤二中静置时间为12min 18min。
全文摘要
聚硅酸金属盐复合絮凝剂及其制备方法，它涉及水处理用絮凝剂及其制备方法。本发是解决了现有的聚硅酸金属盐复合混凝剂需要外加的碱化剂来增强混凝剂的碱化度和聚合程度，使水处理的成本增高的技术问题。聚硅酸金属盐复合絮凝剂按重量份数比由硅酸盐、铝盐、铁盐、辅剂A和辅剂B制成，辅剂A为磷酸盐、氧化钙、聚丙烯酰胺和壳聚糖中的一种或其中几种的组合；辅剂B为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。将硅酸盐水溶液，调节pH后搅拌静置，得到聚硅酸溶液，然后加入铝盐、铁盐、辅剂A和辅剂B并混合均匀，得到聚硅酸金属盐复合絮凝剂。本絮凝剂不需要另加其他试剂，成本低，可用于水处理领域。
文档编号C02F1/52GK102249387SQ20111019600
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者张卉, 李伟光, 田文德, 郭旋 申请人:哈尔滨工业大学