一种无机絮凝剂的制备方法及利用其处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法
【专利摘要】一种无机絮凝剂的制备方法及利用其处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，它涉及一种新型的絮凝剂的制备方法及利用其处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法。本发明是要解决现有用于处理低温、低浊以及高有机物一种及多种复合的难处理水体的常规混凝剂及混凝工艺不同时具备高效、廉价、无毒且制备过程简单的问题。制备方法：将一定浓度的水玻璃溶液均匀分散一定浓度的金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得。强化混凝方法：在水处理工艺流程的混合阶段先投加传统混凝剂，混合反应后再投加无机絮凝剂，然后在沉淀池与送水泵站之间的输水管道或沉淀池的池体中投加碱液，调节pH值，即完成。本发明可用于自来水、生活污水及工业废水处理。
【专利说明】一种无机絮凝剂的制备方法及利用其处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理领域，具体涉及一种新型的絮凝剂的制备方法及利用其处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法。
【背景技术】 [0002]低温、低浊、高有机物以及由高含量的天然有机物引起的高色度水体的混凝处理一直是水处理领域的难点问题，也是迫切需要解决的问题之一。尤其一些高寒、森林植被覆盖率高以及受工业重污染的地区，利用这些地区的地表水源作为自来水水源时，往往会出现上述这些难点问题。目前，自来水厂的水处理工艺绝大多数是混凝-沉淀-过滤-消毒常规水处理工艺，第二代臭氧活性炭工艺和第三代以膜为核心的联用工艺也均以常规工艺作为前处理。因此，混凝效果直接决定了后续工艺的处理负荷以及整个水处理工艺处理效果，是自来水处理过程中的关键环节。
[0003]低温低浊对混凝效果有显著的影响。水温过低时，絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小，混凝效果差，主要有几个方面的问题:(I)无机混凝剂水解反应是吸热反应，水温低时，混凝剂水解缓慢；(2)水温低时，水的黏度变大，胶体颗粒运动的阻力增大，影响胶体间的有效碰撞和絮凝；(3)水温低时，水中的胶体颗粒的布朗运动减弱，不利于已脱稳的胶体颗粒的异向絮凝。浊质颗粒物浓度过低时，颗粒之间的碰撞几率大大减小，混凝效果变差。如果原水浊度低且水温低，即通常称为“低温低浊水”，混凝处理难度更大。
[0004]水中的有机污染物对混凝效果的影响也是一个重要的方面，饮用水源中的有机污染物对胶体有保护稳定作用，即水中溶解性的有机物分子吸附在胶体颗粒物表面好像形成了一层有机涂层一样，将胶体颗粒保护起来，阻碍胶体颗粒之间的碰撞，阻碍了混凝剂与胶体颗粒之间的脱稳凝集作用，较无有机物的水体，需要增加混凝剂的投量才能获得较好的混凝效果。
[0005]混凝剂的种类繁多，但目前最常用的混凝剂是聚合氯化铝(PAC)，但对于低温、低浊、高有机物等一种或多种组合的难处理水体，单纯的靠聚合氯化铝就显得无能为力了，即使仅仅靠增加混凝剂投量的强化混凝方法也是行不通的。通常的解决方法有:预氯化、高锰酸钾预氧化、高锰酸钾复合药剂预氧化、生物预氧化以及投加粉末活性炭等预处理强化；使用助凝剂；改善混凝水力条件等。其中预处理手段主要针对于高有机物污染水体，对某些水质水体确实能够起到良好的效果，但预氧化需要增加一定的基建投资，增加投加设备等。使用助凝剂主要针对低温低浊水体，常用的助凝剂有活化硅酸、聚丙烯酰胺(PAM)、以及各种新开发的聚硅酸盐混凝剂等无机高分子絮凝剂，壳聚糖、生物絮凝剂等有机高分子絮凝剂。活化硅酸对低温低浊水体有很好的效果，八九十年代在水厂实际应用，但存在活化硅酸配置过程中需要使用硫酸等腐蚀性化学药剂，且聚合反应不好控制；聚丙烯酰胺(PAM)在自来水厂也有使用，但PAM单体有毒，目前已经禁止使用，聚硅酸盐混凝剂目前还基本上停留在实验室阶段，大规模商业化生产还存在一定的问题，液态混凝剂运输较麻烦，固态混凝剂实际效果会大打折扣；有机高分子絮凝剂价格昂贵。
[0006]对于有机物污染水体，尤其是含有大量腐殖质的强化混凝技术，目前的最新研究结论是酸性条件下腐殖质具有较高的混凝去除效果。因此国外为了实现这一目的，在水厂处理工艺混凝阶段之前增加二氧化碳投加，来降低源水的pH值实现对腐殖质的高效去除。但这种降低PH值的方法成本过高，不适合大规模改造和推广。通过直接投加硫酸和盐酸调节，也存在一点的问题，PH若不能较好的控制的话，反而会影响常规混凝剂的絮凝效果，因而在实际应用中不常见。
【发明内容】
[0007]本发明是要解决现有用于处理低温、低浊以及高有机物一种及多种复合的难处理水体的常规混凝剂及混凝工艺不同时具备高效、廉价、无毒且制备过程简单的问题，而提供一种无机絮凝剂的制备方法及利用其处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法。
[0008]本发明一种无机絮凝剂的制备方法，按以下步骤进行:
[0009]将水玻璃溶液均匀分散于金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得到无机絮凝剂；其中所述的水玻璃溶液为钠盐水玻璃溶液或钾盐水玻璃溶液；所述的金属盐溶液为铁盐溶液、铝盐溶液或铁盐铝盐混合溶液，所述的铁盐溶液中的铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁，所述的铝盐溶液中的铝盐为氯化铝、硫酸铝或硝酸铝。
[0010]利用上述的无机 絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，按以下步骤进行:
[0011]在水处理工艺流程的混合阶段先投加传统混凝剂，混合反应Imin~IOmin后再投加无机絮凝剂，然后在沉淀池与送水泵站之间的输水管道或沉淀池的池体中投加碱液，调节pH值为6.5~8.5，即完成低温低浊高有机物水体的强化混凝处理；所述的传统混凝剂的投加量为5mg/L~80mg/L ;所述的无机絮凝剂的投加量为处理水量的0.005%~0.1%。
[0012]本发明可用于对低温、低浊或高有机物水体、生活污水以及工业废水的混凝处理，与传统的混凝剂及混凝方法相比，有以下明显优点:
[0013]一、利用本发明制备的无机絮凝剂及强化混凝方法，能够对低温、低浊或高有机物水体进行高效混凝处理，尤其对有机物的去除率能够提高5%~20%，除此之外，对有机质较高的生活污水、工业废水等水体有较强的适应能力；
[0014]二、能够降低20%~50%的传统混凝剂的投量，混凝过程中絮体颗粒尺寸大，密实，能够在后续沉淀池中迅速沉淀，减轻了因混凝效果不佳对滤池的压力，减少了反冲洗次数，而且，絮凝剂及强化混凝的效果基本不受低温、低浊以及工艺PH值条件的影响，对水处理工艺的适应性较好；
[0015]三、本发明制备的无机絮凝剂无毒，且制备过程简单；
[0016]四、本发明用于制备无机絮凝剂的原料易得，且价格低廉，降低了无机絮凝剂的制备成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为试验一无机絮凝剂制备工艺示意图；
[0018]图2为利用试验一制备的无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝工艺示意图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】仅为本发明的优选方式，本发明不局限于此。
[0020]【具体实施方式】一:本实施方式一种无机絮凝剂的制备方法，按以下步骤进行:
[0021]将水玻璃溶液均匀分散于金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得到无机絮凝剂；其中所述的水玻璃溶液为钠盐水玻璃溶液或钾盐水玻璃溶液；所述的金属盐溶液为铁盐溶液、铝盐溶液或铁盐铝盐混合溶液，所述的铁盐溶液中的铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁，所述的铝盐溶液中的铝盐为氯化铝、硫酸铝或硝酸铝。
[0022]本实施方式所述的金属盐溶液为铁盐铝盐混合溶液时，铁盐与铝盐按任意比混
口 ο
[0023]本实施方式制备的无机絮凝剂无毒，且制备过程简单。
[0024]本实施方式用于制备无机絮凝剂的原料易得，且价格低廉，降低了无机絮凝剂的制备成本。
[0025]本实施方式制备的无机絮凝剂可用于对低温、低浊或高有机物水体、生活污水以及工业废水的混凝处理，对低温、低浊、高有机物等影响混凝效果的因素具有较高的适应能力，混凝过程中絮体颗粒尺寸大，密实，能够在后续沉淀池中迅速沉淀，减轻了因混凝效果不佳对滤池的压力，减少了反冲洗次数。
[0026]本实施方式制备的无机絮凝剂具有投量少，对浊度和有机物的去除效果好，特别是絮凝剂制备方法简单，适合水厂在对加药间做少量改造的条件下即可制备，对生产技术和操作水平要求低，所采用的试剂成本低，可广泛用于水处理领域。
[0027]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:将SiO2的质量浓度为
0.25%~28%的水玻璃溶液均匀分散于金属离子的质量浓度为0.1%~5.0%的金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得到无机絮凝剂；其中所述的SiO2的质量浓度为0.25%~28%的水玻璃溶液中SiO2与金属离子的质量浓度为0.1%~5.0%的金属盐溶液中金属离子的摩尔比为(0.1~5):1。其它与【具体实施方式】一相同。
[0028]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】二不同的是:将SiO2的质量浓度为
0.5%~5%的水玻璃溶液均匀分散于金属离子的质量浓度为0.5%~3.5%的金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得到无机絮凝剂；其中所述的SiO2的质量浓度为0.5%~5%的水玻璃溶液中SiO2与金属离子的质量浓度为0.5%~3.5%的金属盐溶液中金属离子的摩尔比为(0.1~
2):1。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0029]【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:将水玻璃溶液均匀分散于金属盐溶液的方法为快速搅拌混合、静态混合器混合、射流喷射混合器混合或撞击流混合器混合。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0030]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:无机絮凝剂的制备方法，按以下步骤进行:将SiO2的质量浓度为1.4%的钠盐水玻璃溶液均匀分散于氯化铁和硫酸铝的混合溶液中，搅拌熟化2h，即得到无机絮凝剂；其中所述的SiO2的质量浓度为1.4%的钠盐水玻璃溶液中SiO2与氯化铁和硫酸铝的混合溶液中Fe3+的摩尔比为1:1 ;所述的SiO2的质量浓度为1.4%的钠盐水玻璃溶液中SiO2与氯化铁和硫酸铝的混合溶液中Al3+的摩尔比为1:1。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0031]用本实施方式的制备方法制得的无机絮凝剂稳定性较好，具有较好的助凝作用，和传统混凝剂配合使用，对浊度尤其对天然有机物具有较高的去除率，混凝后所产生的絮体大且密实，基本不受低温低浊影响。
[0032]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:熟化时间为30min~24h。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0033]【具体实施方式】七:利用【具体实施方式】一至六之一任一方式制备的无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，按以下步骤进行:
[0034]在水处理工艺流程的混合阶段先投加传统混凝剂，混合反应Imin~IOmin后再投加无机絮凝剂，然后在沉淀池与送水泵站之间的输水管道或沉淀池的池体中投加碱液，调节pH值为6.5~8.5，即完成低温低浊高有机物水体的强化混凝处理；所述的传统混凝剂的投加量为5mg/L~80mg/L ;所述的无机絮凝剂的投加量为处理水量的0.005%~0.1%。
[0035]利用本实施方式的强化混凝方法，能够对低温、低浊或高有机物水体进行高效混凝处理，尤其对有机物的去除率提高5%~20%，除此之外，对有机质较高的生活污水、工业废水等水体有较强的适应能力。
[0036]本实施方式 的强化混凝方法，能够降低20%~50%的传统混凝剂的投量，混凝过程中絮体颗粒尺寸大，密实，能够在后续沉淀池中迅速沉淀，减轻了因混凝效果不佳对滤池的压力，减少了反冲洗次数，而且，絮凝剂及强化混凝的效果基本不受低温、低浊以及工艺PH值条件的影响，对水处理工艺的适应性较好。
[0037]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】七不同的是:所述的传统混凝剂为硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁或聚合磷酸铝。其它与【具体实施方式】七相同。
[0038]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】七或八不同的是:所述的无机絮凝剂的投加量为处理水量的0.01%~0.05%。其它与【具体实施方式】七或八相同。
[0039]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】七至九之一不同的是:利用【具体实施方式】一至六之一任一方式制备的无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，按以下步骤进行:在水处理工艺流程的混合阶段先投加聚合氯化铝，混合反应5min后再投加无机絮凝剂，然后在沉淀池与送水泵站之间的输水管道或沉淀池的池体中投加碱液，调节PH值为6.5~8.5，即完成低温低浊高有机物水体的强化混凝处理；所述的聚合氯化铝的投加量为45mg/L ;所述的无机絮凝剂的投加量为处理水量的0.03%。其它与【具体实施方式】七至九之一相同。
[0040]采用本发明的强化混凝方法后，聚合氯化铝投量降低25%，出厂水的浊度由原来的5NTU~70NTU降低到0.5NTU~1NTU，高锰酸钾指数由原水的10mg/L~14mg/L降低到3mg/L~4mg/L，且絮凝过程中产生的絮体大而密实，降低了滤池的反冲洗频率。
[0041]采用下述试验验证本发明的效果:
[0042]试验一:结合图1，一种无机絮凝剂的制备方法，按以下步骤进行:
[0043]将一定体积的钠盐水玻璃从水玻璃储备罐I加入到水玻璃溶解罐5，加入自来水配置一定浓度的钠盐水玻璃溶液，分别将一定质量的硫酸铝、氯化铁加入到硫酸铝溶解槽
2、氯化铁溶解槽3，溶解后加入到无机絮凝剂配制槽7 ;启动风机4通过曝气穿孔管8搅拌无机絮凝剂配制槽7，在搅拌的同时将配置好的水玻璃溶液从水玻璃溶解罐5缓慢地通过穿孔管6加入到无机絮凝剂配制槽7中，熟化一定的时间后，即得到无机絮凝剂，即可用泵9抽到无机絮凝剂加药罐10，用加药计量泵11加入自来水工艺特定位置投加点12。
[0044]本试验中，水玻璃溶解罐5中是SiO2的质量浓度为1.4%的钠盐水玻璃溶液；氯化铁溶解槽3中是Fe3+的质量浓度为1.38%的氯化铁溶液；硫酸铝溶解槽2中是Al3+的质量浓度为1.26%的硫酸铝溶液；且无机絮凝剂配制槽7中SiO2与Fe3+的摩尔比为1: 1，SiO2与Al3+的摩尔比为1:1 ;熟化时间为2h。
[0045]用此制备方法制得的无机絮凝剂稳定性较好，具有较好的助凝作用，和传统混凝剂配合使用，对浊度尤其对天然有机物具有较高的去除率，混凝后所产生的絮体大且密实，基本不受低温低浊影响。
[0046]试验二:本试验是利用试验一制备的无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，按以下步骤进行:
[0047]将试验一制备的无机絮凝剂应用于某自来水厂，自来水厂处理总水量为3万吨/天，强化混凝工艺示意图如图2所示，取水泵站13从某水库取水，依次经过静态混合14、网格絮凝15、斜管沉淀池16、普通快滤池17、清水池18，然后经过送水泵站19输送至给水管网；在静态混合14投加聚合氯化铝20，在混合反应5min后投加无机絮凝剂21，在斜管沉淀池16总出水口投加氢氧化钠溶液22调节pH值为6.5~8.5，在进入清水池18前投加二氧化氯23进行消毒，即完成低温低浊高有机物水体的强化混凝处理。
[0048]此自来水厂水质尤其在冬季属于低温、低浊、高腐殖质极难处理水体,冬季水温最低能够达到l°c~2°C，浊度为5NTU~70NTU，高锰酸钾指数为I Omg/L~14mg/L，采用普通的聚合氯化铝混凝剂投量达到60mg/L以上也难以得到较好的混凝效果，絮体细小难以沉淀，采用本发明试验一制·备的无机絮凝剂和本发明的强化混凝方法后，本试验中聚合氯化铝投量为45mg/L，液态无机絮凝剂投加量为处理水量的0.03%。出厂水的浊度由原来的5NTU~70NTU降低到0.5NTU~1NTU，高锰酸钾指数由原水的10mg/L~14mg/L降低到3mg/L~4mg/L，且絮凝过程中产生的絮体大而密实，降低了滤池的反冲洗频率。
【权利要求】
1.一种无机絮凝剂的制备方法，其特征在于无机絮凝剂的制备方法按以下步骤进行: 将水玻璃溶液均匀分散于金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得到无机絮凝剂；其中所述的水玻璃溶液为钠盐水玻璃溶液或钾盐水玻璃溶液；所述的金属盐溶液为铁盐溶液、铝盐溶液或铁盐铝盐混合溶液，所述的铁盐溶液中的铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁，所述的铝盐溶液中的铝盐为氯化铝、硫酸铝或硝酸铝。
2.根据权利要求1所述的一种无机絮凝剂的制备方法，其特征在于将SiO2的质量浓度为0.25%~28%的水玻璃溶液均匀分散于金属离子的质量浓度为0.1%~5.0%的金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得到无机絮凝剂；其中所述的SiO2的质量浓度为0.25%~28%的水玻璃溶液中SiO2与金属离子的质量浓度为0.1%~5.0%的金属盐溶液中金属离子的摩尔比为(0.1 ~5):1。
3.根据权利要求2所述的一种无机絮凝剂的制备方法，其特征在于将SiO2的质量浓度为0.5%~5%的水玻璃溶液均匀分散于金属离子的质量浓度为0.5%~3.5%的金属盐溶液中，搅拌熟化后，即得到无机絮凝剂；其中所述的SiO2的质量浓度为0.5%~5%的水玻璃溶液中SiO2与金属离子的质量浓度为0.5%~3.5%的金属盐溶液中金属离子的摩尔比为(0.1 ~2):1。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种无机絮凝剂的制备方法，其特征在于将水玻璃溶液均匀分散于金属盐溶液的方法为快速搅拌混合、静态混合器混合、射流喷射混合器混合或撞击流混合器混合。
5.根据权利要求1所述的一种无机絮凝剂的制备方法，其特征在于熟化时间为30min ~24h。
6.利用如权利要求1、2、3、4或5所述的无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，其特征在于利用无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法按以下步骤进行: 在水处理工艺流程的混合阶段先投加传统混凝剂，混合反应Imin~IOmin后再投加无机絮凝剂，然后在沉淀池与送水泵站之间的输水管道或沉淀池的池体中投加碱液，调节PH值为6.5~8.5，即完成低温低浊高有机物水体的强化混凝处理；所述的传统混凝剂的投加量为5mg/L~80mg/L ;所述的无机絮凝剂的投加量为处理水量的0.005%~0.1%。
7.根据权利要求6所述的利用无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，其特征在于所述的传统混凝剂为硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁或聚合磷酸铝。
8.根据权利要求6所述的利用无机絮凝剂处理低温低浊高有机物水体的强化混凝方法，其特征在于所述的无机絮凝剂的投加量为处理水量的0.01%~0.05%。
【文档编号】C02F1/52GK103588272SQ201310626798
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】沈吉敏, 王斌远, 陈忠林, 崔学刚, 张鹏冲 申请人:陈忠林, 王斌远, 沈吉敏, 崔学刚