一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂、制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种复合絮凝剂，具体涉及一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂、制备方法及其应用，对各项水质指标处理效果更均衡、更高效。

背景技术：

皂土是由天然的无机凝胶矿物质组成,具有机胶的稳定性、对有机质的吸附性、无毒和无刺激性，故在实际生产中常用作稳定剂。我国皂土的储量仅次于美国，居世界第二位，现开采量为200万吨，主要集中在东北和东部沿海各省。皂土具有性质稳定吸附性好以及资源丰富等优点，目前常用于食品工艺做澄清剂。

聚合硅酸铝铁(PSAF)是一种新型的水溶性高分子电解质。主要用于净化饮用水，还可用于给水的特殊水质处理、除镉、除氟、除放射性污染、除浮油等，也用于工业废水处理。目前应用聚硅酸铝铁处理工业废水工艺趋于成熟。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂，聚硅酸铝铁在皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂中的重量百分含量为16％—84％。

本发明的另一目的在于提供一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，皂土经过酸活化和盐活化，再负载聚硅酸铝铁。

本发明还提供了一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的应用，处理黑臭水体，对各项水质指标处理效果更均衡、更高效。

本发明提供的一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

1)盐活化皂土：

将皂土置于硫酸铝溶液中，搅拌混匀，静置，然后用去离子水多次洗涤至上清液pH值为中性后，进行抽滤，烘干至恒重，研磨过筛，即得盐活化皂土；

2)负载聚硅酸铝铁：

将步骤1)制备的盐活化皂土与聚硅酸铝铁混合于水中，搅拌条件下反应，产物烘干至恒重，研磨过筛，即得复合材料。

3)热活化复合絮凝剂：

将步骤2)制得的复合材料煅烧，即得皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

进一步的，步骤1)中所述皂土为分析纯，使用前过200目筛。

进一步的，步骤1)中所述将皂土置于硫酸铝溶液中具体为：将硫酸铝溶解于去离子水中混合均匀制备质量分数为5％硫酸铝溶液，将皂土以1:3g/mL的固液比加入制备好的硫酸铝溶液中。

步骤1)中所述混匀是指搅拌混合2h以上；所述静置是指静置时间24h以上；所述烘干是指在105±2℃下烘干至恒重；所述过筛是指过200目筛。

进一步的，步骤2)中聚硅酸铝铁与盐活化皂土的混合比例为0.2-5:1；所述反应时间为2h；所述烘干是指在105±2℃下烘干至恒重；所述过筛是指过200目筛。

步骤3)中所述煅烧是指450℃条件下煅烧1h。

本发明提供的一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂，采用上述方法制备得到。聚硅酸铝铁在皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂中的重量百分含量为16％—84％。

本发明提供的一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂处理黑臭水体的应用，具体应用方法为：

向黑臭水体中加入皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂，用混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h，取其上清液，即可得到处理后的黑臭水体。所述混凝装置为武汉恒岭科技有限公司生产的TS6-3六联混凝实验搅拌仪。

进一步的，皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的加入量为300mg/L。

与现有技术相比，本发明提供的一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂，用硫酸铝盐活化改性后的皂土和聚硅酸铝铁共同使用相较于用酸活化改性的皂土和聚硅酸铝铁共同使用以及皂土或聚硅酸铝铁单独投加可使各项指标的去除率趋于稳定化更有利于黑臭水体的去除,主要是由于皂土中Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等阳离子与Al³⁺发生离子交换后负载在皂土表面，并且发生水解反应以氧化铝柱的形式存在于皂土层间增大其比表面积。进一步通过实验发现其中经过盐活化的皂土在和聚硅酸铝铁投加比例为1:1的情况下各指标的去除率都达到较好的水平。使该复合絮凝剂在实际应用中有更好的综合性和实用性。

附图说明

图1为对比例和实施例总磷去除率折线图；

图2为对比例和实施例氨氮去除率折线图；

图3为对比例和实施例COD去除率折线图；

图4为对比例和实施例浊度、SS去除率折线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明进行进一步的说明。

实施例1

一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)盐活化皂土：

将20g，200目的皂土置于250ml烧杯中，加入Al₂(SO₄)₃(质量分数为5％)100ml，置于磁力搅拌器750-1500rpm搅拌2h后，静置24h。之后加入去离子水，清洗至上清液pH值为中性后，进行抽滤，并将抽滤后的皂土在105℃下烘干至恒重，过200目筛，密封保存，即得到盐活化的皂土；

(2)负载聚硅酸铝铁

取0.5g制得的酸活化皂，置于100ml烧杯中，加入0.5g聚硅酸铝铁，并加入50ml去离子水，然后在磁力搅拌器中充分反应2h，充分混合后浓缩在105℃下烘干至恒重，制得皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

(3)热活化复合絮凝剂

将制得的复合絮凝剂放入马弗炉在450℃条件下烧制1h最终制成皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

将该絮凝剂按既定投加量投加到取待处理的黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，进行混凝实验，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为79.10％，COD去除率为67.90％，氨氮去除率为54.9质量分数为5％，TN去除率为9％，TP去除率为90.00％，SS去除率为86.89％。

实施例2

一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)盐活化皂土：

将20g，200目的皂土置于250ml烧杯中，加入Al₂(SO₄)₃(质量分数为5％)100ml，置于磁力搅拌器750-1500rpm搅拌2h后，静置24h。之后加入去离子水，清洗至上清液pH值为中性后，进行抽滤，并将抽滤后的皂土在105℃下烘干至恒重，过200目筛，密封保存，即得到盐活化的皂土；

(2)负载聚硅酸铝铁

取2.5g制得的酸活化皂，置于100ml烧杯中，加入0.5g聚硅酸铝铁，并加入50ml去离子水，然后在磁力搅拌器中充分反应2h，充分混合后浓缩在105℃下烘干至恒重，制得皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

(3)热活化复合絮凝剂

将制得的复合絮凝剂放入马弗炉在450℃条件下烧制1h最终制成皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

将该絮凝剂按既定投加量投加到取待处理的黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，进行混凝实验，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为76.10％，COD去除率为69.00％，氨氮去除率为54.9质量分数为5％，TN去除率为13％，TP去除率为87.79％，SS去除率为73.77％。

实施例3

一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)盐活化皂土：

将20g，200目的皂土置于250ml烧杯中，加入Al₂(SO₄)₃(质量分数为5％)100ml，置于磁力搅拌器750-1500rpm搅拌2h后，静置24h。之后加入去离子水，清洗至上清液pH值为中性后，进行抽滤，并将抽滤后的皂土在105℃下烘干至恒重，过200目筛，密封保存，即得到盐活化的皂土；

(2)负载聚硅酸铝铁

取0.5g制得的酸活化皂，置于100ml烧杯中，加入2.5g聚硅酸铝铁，并加入50ml去离子水，然后在磁力搅拌器中充分反应2h，充分混合后浓缩在105℃下烘干至恒重，制得皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

(3)热活化复合絮凝剂

将制得的复合絮凝剂放入马弗炉在450℃条件下烧制1h最终制成皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

将该絮凝剂按既定投加量投加到取待处理的黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，进行混凝实验，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为77.60％，COD去除率为42.90％，氨氮去除率为45.52％，TN去除率为7％，TP去除率为86.84％，SS去除率为78.69％。

对比例1

一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)酸活化皂土：

将20g，200目的皂土置于250ml烧杯中，加入HCl(质量分数为5％)100ml，置于磁力搅拌器控制转速在750-1500rpm范围内，搅拌2h后，静置24h。之后加入去离子水，清洗至上清液pH值为中性后，进行抽滤，并将抽滤后的皂土在105℃下烘干至恒重，过200目筛，密封保存，即得到酸活化的皂土；

(2)负载聚硅酸铝铁

取0.5g制得的酸活化皂，置于100ml烧杯中，加入0.5g聚硅酸铝铁，并加入50ml去离子水，然后在磁力搅拌器中充分反应2h，充分混合后浓缩在105℃下烘干至恒重，制得皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

(3)热活化复合絮凝剂

将制得的复合絮凝剂放入马弗炉在450℃条件下烧制1h最终制成皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

将该絮凝剂按既定投加量投加到取待处理的黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，进行混凝实验，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为76.1％，COD去除率为58.3％，氨氮去除率为45.32％，TN去除率为3％，TP去除率为78.31％，SS去除率为80.32％。

对比例2

一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)酸活化皂土：

将20g，200目的皂土置于250ml烧杯中，加入HCl(质量分数为5％)100ml，置于磁力搅拌器750-1500rpm搅拌2h后，静置24h。之后加入去离子水，清洗至上清液pH值为中性后，进行抽滤，并将抽滤后的皂土在105℃下烘干至恒重，过200目筛，密封保存，即得到酸活化的皂土；

(2)负载聚硅酸铝铁

取2.5g制得的酸活化皂土，置于100ml烧杯中，加入0.5g聚硅酸铝铁，并加入50ml去离子水，然后在磁力搅拌器中充分反应2h，充分混合后浓缩在105℃下烘干至恒重，制得皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

(3)热活化复合絮凝剂

将制得的复合絮凝剂放入马弗炉在450℃条件下烧制1h最终制成皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

将该絮凝剂按既定投加量投加到取待处理的黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，进行混凝实验，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为77.60％，COD去除率为70.20％，氨氮去除率为47.68％，TN去除率为8％，TP去除率为69.1质量分数为5％，SS去除率为80.33％。

对比例3

一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)酸活化皂土：

将20g，200目的皂土置于250ml烧杯中，加入HCl(质量分数为5％)100ml，置于磁力搅拌器750-1500rpm搅拌2h后，静置24h。之后加入去离子水，清洗至上清液pH值为中性后，进行抽滤，并将抽滤后的皂土在105℃下烘干至恒重，过200目筛，密封保存，即得到酸活化的皂土；

(2)负载聚硅酸铝铁

取0.5g制得的酸活化皂土，置于100ml烧杯中，加入2.5g聚硅酸铝铁，并加入50ml去离子水，然后在磁力搅拌器中充分反应2h，充分混合后浓缩在105℃下烘干至恒重，制得皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

(3)热活化复合絮凝剂

将制得的复合絮凝剂放入马弗炉在450℃条件下烧制1h最终制成皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

将该絮凝剂按既定投加量投加到取待处理的黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，进行混凝实验，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为77.60％，COD去除率为70.20％，氨氮去除率为52.49％，TN去除率为0％，TP去除率为90.64％，SS去除率为81.98％。

本发明还进行了未经活化的皂土和聚硅酸铝铁处理黑臭水体，作为两个对照组，分别为：

加入300mg/L的皂土于1L黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，混凝实验条件为，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为80.6％，COD去除率为36.9％，氨氮去除率为55.2质量分数为5％，TN去除率为3％，TP去除率为86.84％，SS去除率为68.8质量分数为5％。

加入300mg/L的聚硅酸铝铁于1L黑臭水体中(黑臭水体浊度为67NTU，COD为33.6mg/L，氨氮为4.4290mg/L，TN为4.8530mg/L，TP为0.3689mg/L，SS为61mg/L)，混凝实验条件为，混凝装置以150r/min搅拌1h，静置24h后，取其上清液，浊度去除率为98.质量分数为5％，COD去除率为0％，氨氮去除率为18.19％，TN去除率为3％，TP去除率为98％，SS去除率为80.33％。