专利名称：一种重金属高聚絮凝剂及其制备和应用方法
技术领域：
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种重金属废水处理的高聚絮凝剂及其制备和应用方法。
背景技术：
重金属污染是我国水环境面临的严峻问题之一，也是危害巨大的水污染问题。由于其高毒性、累积性和持久性，严重威胁着水环境生态和饮用水安全。污染广泛来源于采矿、选矿、冶炼、化工、金属加工等行业，主要的污染因子为铅、镉、铬、汞、砷、锌等。国家 “十一五”水专项也将湘江流域重金属治理作为主要控制目标。高浓度重金属废水处理实现污染因子达标排放非常困难，因而开发高效经济处理重金属废水的药剂和技术非常重要。目前，针对重金属废水处理方法主要有四类1)物理处理法主要是通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质的废水处理方法，如重力离心法(气浮、浮选等)、离心分离法和筛滤截流法等。2)化学处理法是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理法，如混凝、中和、氧化还原、吸附、离子交换或反渗透等。3)物理化学法是利用物理化学作用去除废水中的污染物质的方法，如吸附分离法、萃取法和气提法等。4)生物化学处理法是通过微生物的代谢作用去除废水中污染物质的方法。最为常用的方法仍然是化学处理法。重金属废水成分复杂，浓度差异较大，处理达标要求较为严格，传统的处理技术存在处理剂使用量大、能耗高、反应不易控制、反应较慢、效果不理想、水质差、残渣不稳定、 回收贵金属难等缺点。因此，开发和利用功效好、成本低、对环境无影响药剂的代用品和无毒无害新型水处理药剂是处理重金属废水的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于寻找能够克服现有处理技术的不足之处，提供一种新型处理重金属废水的高聚絮凝剂及其制备和应用方法，该高聚絮凝剂能高效去除冶炼等行业废水中的重金属，并具有处理时间短、适应面广和易控制等优点。一种新型重金属高聚絮凝剂的制备方法，是将聚合硅酸硫酸铁溶液与二甲基二烯丙基氯化铵溶液在70-100°C下混合，搅拌均勻，(先快速搅拌混合均勻，之后慢速搅拌)至混合液呈棕红色即可。所述的聚合硅酸硫酸铁溶液质量浓度20-30%。所述的二甲基二烯丙基氯化铵溶液的质量浓度50-70%。所述的聚合硅酸硫酸铁溶液与二甲基二烯丙基氯化铵溶液的体积比为5-8 1。所述的聚合硅酸硫酸铁溶液的制备如下在摩尔比!^e Si = 1 0.2-1条件下， 将聚合硫酸铁缓慢加入活性硅酸溶液中，搅拌，反应1. 5-2h ；静止、陈化2- 后，得到棕色的聚合硅酸硫酸铁溶液；所述的活性硅酸溶液制备称取5. 7g硅酸钠溶于至120ml水中，制成硅酸钠溶液，然后用6mol/L H2SO4滴定至溶液pH值为1-1. 5，搅拌；室温活化1. 5小时后，即得活性硅酸溶液。所述的高聚絮凝剂的应用于重金属废水处理。具体是将重金属废水加入所述的高聚絮凝剂8-10mL/L。加入高聚絮凝剂后，首先快速搅拌(100-200r/min)，待混合均勻后降低搅拌速度(50-70r/min)，避免形成的矾花被打碎，然后静置沉降。在加入高聚絮凝剂之前，将重金属废水的pH值调节在8-9 ；在这个PH值范围内能实现最好的絮凝效果，亦满足出水PH值6-9的要求。所述的重金属废水来源于采矿、选矿、 冶炼、电镀或重金属加工废水(包括以下重金属离子的一种或几种=HkCcU As、Zn、Cr、Mn、 !^Cu 等)；本发明的优势在于(1)本发明利用活性硅酸中的Si-O和二甲基二烯丙基氯化铵的特殊C-N结构，开发出分子量大、沉淀速度快、能够有效沉降高浓度重金属废水的絮凝剂；本发明方法处理重金属废水操作简单、沉降时间短，易控制，能有效沉降重金属和脱除色度。(2)针对有色冶炼行业的重金属废水，经废水预处理絮凝沉降后，沉淀絮体可返回冶炼工艺进行重金属的资源化利用。(3)低浓度的重金属废水，进行絮凝沉降后，重金属浓度可达标排放。(4)高浓度重金属废水经絮凝沉降后大部分重金属迁移至絮体中，为后续的处理创造有利的条件，减轻负荷。(5)本发明高聚絮凝剂沉降速度快，不需要投加助凝剂聚丙烯酰胺，节约废水处理成本。
具体实施例方式以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。实施例1，制备高聚絮凝剂(1)制备活性硅酸溶液称取5. 7g硅酸钠溶于至120ml水中，制成硅酸钠溶液，然后用6mol/L H2SO4滴定至pH至1. 5，搅拌；室温活化1. 5小时；( 制备聚合硅酸硫酸铁溶液在摩尔比!^e Si = 1 0. 2条件下，将聚合硫酸铁溶液缓慢加入活性硅酸溶液中，搅拌，反应1. 5-池，静止、陈化2- 后得到棕色的聚合硅酸硫酸铁溶液；(3)将20%聚合硅酸硫酸铁溶液与60%的二甲基二烯丙基氯化铵溶液混合，在 70-100°C下合成。聚合硅酸硫酸铁溶液与二甲基二烯丙基氯化铵溶液的用量比为6 1。实施例2锌冶炼企业排放的综合废水中含有多种对环境有巨大污染的重金属As、Cd、Zn 等。选取湖南省某大型冶炼企业的综合废水为研究对象，废水PH值正常工况下介于5-6;量取废水500mL，首先用碱(氢氧化钠)将废水的pH值调节至8. 9，快速搅拌使废水混合均勻、 然后在较慢的搅拌速度下缓慢加入改性合成后的新型絮凝剂5mL，完全混合后静置30min 后，检测废水中重金属离子的浓度As由9. 5mg/L降低至23. 5ug/L，Cd由24. 7mg/L降低至37ug/L，Zn由217mg/L降低至1. ang/L，可实现废水的达标排放。实施例3对重金属浓度较低、pH值为中性的废水，调pH值8，直接加入新型絮凝剂。取废水 500mL,加入高聚絮凝剂4mL，搅拌均勻后沉降30min检测重金属浓度1 由0. 7mg/L降低至0. 18mg/L, Zn由5. 7mg/L降低至1. 48mg/L，色度由20倍降低至8倍。实施例4选取湖南省某企业钒冶炼废水为供试对象，水质pH 6-7，总Cr2. 76-5. 10mg/L, Cd 0. 97-2. 33mg/L。量取废水1L，调节pH值到8. 2，加入高聚絮凝剂8mL，搅拌5min后，自由沉降30min。检测污染因子含量变化总Cr 0. 3-0. 5mg/L, Cd 30_46ug/L。实施例5电解锰行业产生的废水中含有大量有毒有害的重金属离子，若未对其进行处理， 严重危害生态环境安全。选取某电解锰企业的废水为供试材料，原水PH值2. 89 ；量取废水 1L，调节pH至8. 7，投加高聚絮凝剂9mL，搅拌、静置30min后检测原水中Mn由158mg/L降低至 0. 7mg/L，Fe 由 16. lmg/L 降低值 1. 3mg/L，Cu 由 1. 96mg/L 降低值 0. 41mg/L，实现废水水质达标排放。
权利要求
1.一种重金属高聚絮凝剂的制备方法，其特征在于，是将聚合硅酸硫酸铁溶液与二甲基二烯丙基氯化铵溶液在70-100°C下混合，搅拌均勻，至混合液呈棕红色即可。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚合硅酸硫酸铁溶液质量浓度为 20-30%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二甲基二烯丙基氯化铵溶液的质量浓度50% -70%。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的聚合硅酸硫酸铁溶液与二甲基二烯丙基氯化铵溶液的体积比为5-8 1。
5.一种重金属废水处理的高聚絮凝剂，其特征在于，是由权利要求4所述的方法制备得到的高聚絮凝剂。
6.权利要求5所述的高聚絮凝剂的应用方法，其特征在于，用于重金属废水处理。
7.根据权利要求6所述的高聚絮凝剂的应用方法，其特征在于，将重金属废水加入所述的高聚絮凝剂8-10mL/L。
8.根据权利要求7所述的高聚絮凝剂的应用方法，其特征在于，加入所述的高聚絮凝剂后，首先快速搅拌，待混合均勻后降低搅拌速度，避免形成的矾花被打碎，然后静置沉降。
9.根据权利要求7所述的高聚絮凝剂的应用方法，其特征在于，在加入所述的高聚絮凝剂之前，将所述的重金属废水的PH值调节在8-9。
10.根据权利要求6所述的高聚絮凝剂的应用方法，其特征在于，所述的重金属废水来源于采矿、选矿、冶炼、电解、电镀或重金属加工废水。
全文摘要
本发明公开了一种重金属高聚絮凝剂及其制备和应用方法。是由聚合硅酸硫酸铁与二甲基二烯丙基氯化铵改性合成。用碱调节重金属废水的pH值至8-9，在搅拌的同时加入新型高聚絮凝剂，经反应、沉淀后可实现废水中重金属Cd、Zn、As、Cr、Pb等的高效分离。本发明利用活性硅酸中的Si-O和二甲基二烯丙基氯化铵的特殊C-N结构，开发出分子量大、沉淀速度快、能够有效沉降高浓度重金属废水的絮凝剂；废水经处理后，沉降絮体中重金属含量较高，可返回冶炼工艺回收利用；出水水质稳定可达到或优于国家污水综合排放标准GB 8978-1996。本发明操作简单易控、运行时间短、成本低廉，具有良好的社会、环境、经济效益，应用前景广阔。
文档编号C02F101/20GK102336458SQ20111024949
公开日2012年2月1日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者刘湛, 向仁军, 成应向, 王强强, 肖卫红, 许友泽, 钟振宇 申请人:刘湛, 向仁军, 成应向, 王强强, 肖卫红, 许友泽, 钟振宇