专利名称：一种生态型高效复合絮凝剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及污水处理和给水领域，具体地说是一种用于工业废水或生活污水处理以及饮用水净化的生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法。
背景技术：
当前，在污水处理中广泛应用的絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂和复合絮凝剂等种类。其中无机絮凝剂造价低廉，絮凝效果较好，以铝盐、铁盐及其聚合物为代表；铁盐形成的矾花密度和强度较大，净水效果显著，受水温影响效果小，PH值使用范围广，对某些原水有较好的处理效果，但铁盐絮凝剂不仅有强烈的腐蚀性，对设备要求高，而且容易残留铁离子，使处理水带有颜色，影响处理效果；当处理含有硫化物较多的工业废水时，铁盐絮凝剂中的狗3+被还原成狗2+，并与硫结合生成FeS和狗2&的混合物，使絮凝活性丧失。此外，被无机类絮凝剂处理的水体中含有大量无机离子，过量的无机离子不仅影响到水质的口感、也不利于人体健康，因而给水工艺中需要增加脱盐、去离子工艺。铝盐絮凝剂絮凝效果也不错，但其中的铝经各渠道进入人体后，通过蓄积和参与许多生物化学反应，能将体内必需的营养元素和微量元素置换流失或沉积，干扰破坏各部位的生理功能， 导致人体出现诸如铝性脑病、铝性骨病、铝性贫血等临床铝中毒病症。同时，铝盐的毒性也表现在对水生生物、植物的毒性效应。当铝的浓度较大时，对废水生物处理过程中的微生物也可能产生不良影响。世界卫生组织对水中残留铝含量的限制标准为0. ang/L，美国定为 0. 05mg/L，我国也在2000年暂行水质目标中，增加了铝的标准值为0. 2mg/L0有机絮凝剂包括人工合成高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。人工合成高分子絮凝剂以聚丙烯酰胺类为代表，它们因为絮凝效果好、投加量少在市场上很受欢迎。但是这些类型的絮凝剂在生产、使用及后续处理中，也给环境带来了很大的压力，并对人类的健康构成了明显或潜在的危害。现有资料表明目前应用范围最广、使用量最大的人工合成有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺类是低毒的，虽多数商品不刺激皮肤，但某些水解体可能有残余的碱性，反复、长期接触时会有刺激性。但合成成本高而且在合成过程中丙烯酰胺单体和夹带的有毒重金属对人体健康危害很大，使用后大部分高分子很难被环境降解，在自然环境中大量积累并长期存在，给环境带来巨大的压力；小部分能被降解成小分子如丙烯酰胺单体则是有毒物质，有足够多的研究证明它是一种毒害神经性很强的物质，且具有很强的致癌性，对人类健康构成威胁。一般人的无毒害日摄取量为0.5mg/kg。美国批准的聚丙烯酰胺最大容许浓度为1. Omg/L,当残留单体量超过0. 5% (质量比)时，就应在PAM的产品包装上贴上“毒物”的标签。英国规定聚丙烯酰胺平均投加浓度为0. 5mg/L，最大投加量不得超过lmg/L，丙烯酰胺在聚合物的残余量应小于0. 05%。天然高分子絮凝剂主要包括淀粉、丹宁、多糖类、壳聚糖类、木质素、纤维素和动物胶等天然有机高分子物质，通过化学改性制成。由于天然有机高分子物质具有无毒，能安全降解且价格低廉等特点，曾一度引起各科研机构的重视，但纯天然多糖类初始物质分子量较低且不稳定，用量大，絮凝效果不佳且有可能产生BOD等问题。国内外研究人员尝试将天然多糖类物质用丙烯酰胺等有机分子接枝，得到的复合物具有较强的絮凝效果。但丙烯酰胺单体的二次污染和生物学毒性问题还是未能得到有效的解决，制备过程复杂，生产成本也因此大大升高。致使多年来在此领域能真正商业化的产品并不多。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集沉淀的特殊高分子代谢产物。利用生物技术，通过微生物发酵、抽提、精制而得到。但是现有的微生物细菌筛选、培养、发酵和提取絮凝物质的方法和生产工艺过程复杂、生产成本过高，现阶段大都还处在实验室阶段，实施大规模产业化还不太现实。由于传统的无机高分子絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂存在着一些固有的缺点， 微生物絮凝剂也一直未大规模应用，近年来复合絮凝剂得到了迅速的发展，尤其是它能克服使用单一絮凝剂的许多不足，兼具了单一絮凝剂的优点，适应范围广，对低浓度或高浓度废水、有色废水、多种工业废水、生活废水等都有良好的净化效果，还能提高絮凝过程中有机物的去除率，并能降低残留金属离子浓度，减少二次污染。因此，复合絮凝剂有着很广泛的发展前景。天然有机高分子絮凝剂由于分子量大、活性基团多、结构多样化及其原料来源广泛、价格低廉、易于生物降解、无二次污染等特点，近年来，被国内外众多研究工作者用来研制新型絮凝剂。无机絮凝剂特别是高分子无机絮凝剂虽然有用量大，沉淀时间慢，残留等问题，但价格低廉和成产工艺相对成熟等优点也使其在今天仍然有很大的应用空间。无机-天然高分子复合絮凝剂更是兼有两者优点，因此也是复合絮凝剂研制的焦点。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种经济、无二次污染特别是通过减少铝的使用量而降低因铝导致的生态风险的生态型高效复合絮凝剂的制备方法。本发明技术方案一种生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，以羧甲基纤维素钠和无机铝盐为原料，水作为溶剂，无机铝盐作为母体基本物质制作由羧甲基纤维素钠和无机铝盐组成的复合絮凝剂，步骤如下1)羧甲基纤维素钠溶液的制备将羧甲基纤维素钠与水混合，在35°C 60°C温度下充分搅拌，制得透明粘状羧甲基纤维素钠溶液；2)聚合铝盐溶液的制备将无机铝盐与水混合制得聚合铝盐溶液；3)复合絮凝剂的制备在高速搅拌加热状态下，将羧甲基纤维素钠溶液和聚合铝盐溶液混合，在温度为 350C _95°C条件下搅拌，搅拌速度为100转/分钟 600转/分钟，搅拌时间为5_60分钟， 然后在温度为40°C _80°C条件下，进行复合反应1 12小时，制得淡黄色乳状复合絮凝剂。所述羧甲基纤维素钠与水的混合比例为每克羧甲基纤维素钠加水25 100mL。所述无机铝盐为硫酸铝、氯化铝或硝酸铝。所述无机铝盐中的铝与水的质量比为1 10-800。所述聚合铝盐中的铝与羧甲基纤维素钠的质量比为1 1-35。
所述淡黄色乳状复合絮凝剂进行干燥后制得固体。本发明具有以下优点1.絮凝效果好。其原因是在絮凝初期通过羧甲基纤维素链上结合的铝盐所带的正电荷通过压缩双电层过程絮凝废水中的污染物，随后复合物中富含多羟基的纤维素高分子链发挥网捕和架桥特性使水体中微小颗粒和污染物聚集形成大絮凝体，又因为复合物的分子量高，絮凝体沉降速度比现有同类产品快，具体表现在与现有技术中聚合氯化铝处理生活污水相比较，本发明絮凝效果相当于普通市售絮凝剂聚合氯化铝的1-2. 5倍。2.适用范围广。适用于多种工业废水和生活废水，甚至给水工业的饮用水源，并可通过调整配方比例，进一步扩大使用范围。3.生态安全性好。本发明是由普通建筑工业用的羧甲基纤维素钠和铝盐制得的高分子絮凝剂，羧甲基纤维素中特有的多羟基与无机铝盐复合，改变铝离子的结合形式，使活性铝的浓度大大降低，铝盐离子催化水体中微小有机污染物产生自由基的概率大大降低， 最大限度的降低甚至消除了铝盐毒性。4.无二次污染。采用羧甲基纤维素钠为原料，絮凝剂残留物很容易被环境中的微生物降解，不存在二次污染问题。5.制备方法简单。该方法对设备要求不高，反应条件温和，制作过程简单，根据处理对象和污水性质的不同，适当调整配方比例，达到最好的处理效果。易于实行产业化，获得经济利润。6.经济性能好，成本低。羧甲基纤维素钠和无机铝盐为本发明的合成原料，来源广，价格低。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进一步详细说明。实施例1 一种生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，步骤如下1)取1克羧甲基纤维素钠加25mL水充分搅拌混合配成羧甲基纤维素钠溶液；2)取聚合氯化铝5克，含铝0. 667克，加IOOmL水配成聚合铝盐溶液；3)在磁力搅拌300转/分钟，70°C温度条件下，缓缓将聚合铝盐溶液加入到羧甲基纤维素钠溶液中，搅拌30分钟得混合液，然后将混合液放入40°C水浴条件下复合反应3小时，得淡黄色乳状物，即产品絮凝剂A。实施例2 一种生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，步骤如下1)取1克羧甲基纤维素钠加25mL水充分搅拌混合配成羧甲基纤维素钠溶液；2)取聚合氯化铝5克，含铝0. 667克，加IOOmL水配成聚合铝盐溶液；3)在磁力搅拌300转/分钟，加温80°C条件下，缓缓将羧甲基纤维素钠溶液加入到聚合铝盐溶液中，搅拌15分钟得混合液，然后将混合液置于50°C水浴条件下复合反应5 小时，得淡黄色乳状物，即产品絮凝剂B。实施例3 一种生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，步骤如下
1)取4克羧甲基纤维素钠加IOOmL水充分搅拌混合配成羧甲基纤维素钠溶液；2)取聚合氯化铝2克，含铝0. 267克，加40mL水配成聚合铝盐溶液；3)在磁力搅拌200转/分钟，加温70°C条件下，缓缓将羧甲基纤维素钠溶液加入到聚合铝盐溶液中，搅拌15分钟得混合液；然后将混合液置于50°C水浴条件下复合反应3 小时，得淡黄色乳状物，即产品絮凝剂C。实施例4 一种生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，步骤如下1)取1克羧甲基纤维素钠加25mL水充分搅拌混合配成羧甲基纤维素钠溶液；2)取聚合氯化铝10克，含铝0. 155克，加IOOmL水配成聚合铝盐溶液；3)在磁力搅拌200转/分钟，加温80°C条件下，缓缓将聚合铝盐溶液加入到羧甲基纤维素钠溶液中，搅拌20分钟得混合液；然后将混合液置于40°C水浴条件下复合反应5 小时，得淡黄色乳状物，即产品絮凝剂D。该复合絮凝剂的性能检测用高岭土悬浊液模拟废水，取IOOOmL模拟废水于每个烧杯中，选取模拟废水浑浊程度、PH值、废水温度、搅拌速度、絮凝剂投加量五个因素，设计正交试验，对实施例产品A、 B、C、D分别使用混凝试验搅拌机进行试验，所有试验后模拟废水静置20min后，取距液面 30mm处的上清液，进行水质分析。其吸光度是在λ =MOnm处进行的检测，同时测定浊度。对于四种实例产品的透光度去除率来说，最佳絮凝方案如下，透光度去除率可以达到 60% -90%
权利要求
1.一种生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，其特征在于以羧甲基纤维素钠和无机铝盐为原料，水作为溶剂，无机铝盐作为母体基本物质制作由羧甲基纤维素钠和无机铝盐组成的复合絮凝剂，步骤如下1)羧甲基纤维素钠溶液的制备将羧甲基纤维素钠与水混合，在35 V 60°C温度下充分搅拌，制得透明粘状羧甲基纤维素钠溶液；2)聚合铝盐溶液的制备将无机铝盐与水混合制得聚合铝盐溶液；3)复合絮凝剂的制备在高速搅拌加热状态下，将羧甲基纤维素钠溶液和聚合铝盐溶液混合，在温度为35° C -95° C条件下搅拌，搅拌速度为100转/分钟飞00转/分钟，搅拌时间为5-60分钟，然后在温度为40°C -80°C条件下，进行复合反应广12小时，制得淡黄色乳状复合絮凝剂。
2.根据权利要求1所述生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，其特征在于所述羧甲基纤维素钠与水的混合比例为每克羧甲基纤维素钠加水25 100mL。
3.根据权利要求1所述生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，其特征在于所述无机铝盐为硫酸铝、氯化铝或硝酸铝。
4.根据权利要求1所述生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，其特征在于所述无机铝盐中的铝与水的质量比为1 :10 - 800。
5.根据权利要求1所述生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，其特征在于所述聚合铝盐中的铝与羧甲基纤维素钠的质量比为1 :1_35。
6.根据权利要求1所述生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，其特征在于所述淡黄色乳状复合絮凝剂进行干燥后制得固体。
全文摘要
一种生态型复合高效复合絮凝剂的制备方法，以无机铝盐作为母体基本物质制作由羧甲基纤维素钠和无机铝盐组成的复合絮凝剂，步骤如下1)将羧甲基纤维素钠与水混合搅拌，制得透明粘状羧甲基纤维素钠溶液；2)将无机铝盐与水混合制得聚合铝盐溶液；3)将羧甲基纤维素钠溶液和聚合铝盐溶液混合并搅拌，然后进行复合反应，制得淡黄色乳状复合絮凝剂。本发明的优点是絮凝效果好、无二次污染、生态安全性好；制备方法简单，反应条件温和，易于放大实现工业化生产；经济性能好、成本低，合成原料来源广，符合循环经济、清洁生产的要求；适用范围广，适用于多种工业废水和生活废水，甚至给水工业用水，并可通过调整配方比例，进一步扩大使用范围。
文档编号C02F1/52GK102285709SQ201110231449
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者华涛, 周启星, 杨晓霞, 王玉哲 申请人:南开大学