一种铁铝复合混凝剂的制备方法及装置与流程

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种用于在水处理过程中控制饮用水中残余铝的铁铝复合混凝剂的制备方法及装置。

背景技术

根据混凝剂的组成，一般可将其分为无机混凝剂和有机混凝剂两类。目前，给水处理厂应用的大多是无机混凝剂。无机混凝剂主要分为铝盐和铁盐两大类，它们各自有一系列成熟的产品。铝盐尤其是聚合铝作为一种高效的无机高分子絮凝剂，在水处理中得到了广泛的应用。铁盐适用的ph值范围比较大，而且投药量较少、效果好、水中无余铝离子、水解产物脱水性能优良，但是铁盐的造价较高、存储运输使用不便，且若投加不当易造成处理水中色度增加并伴有涩味，使铁盐混凝剂的推广受到限制。在常规水处理工艺中，混凝对余铝的影响尤为突出，而混凝过程中混凝剂及助凝剂的选择非常重要。建设部颁布的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中规定考核水处理混凝剂和助凝剂性能优劣的重要指标之一就是出水残余铝的高低。临床医学和环境医学证实铝及其化合物具有一定的毒性。近代医学表明过量摄入铝会引起如下疾病：1.引起老年性痴呆症，记忆力减退；2.使骨质变得疏松软化；3.肾功能失调，肾衰竭及尿毒症；4.使血液和心血管发生疾病；5.对体细胞及生殖细胞有致突变的作用。

目前我国使用铝盐混凝剂的水厂存在出厂水中铝含量超标现象。崔福义等对全国部分城市的饮用水水质调查结果表明：所调查的全国40座城市中有32.5％的城市饮用水中铝浓度超过0.2mg/l限值。因此，制备一种兼有铝盐和铁盐特点的铁铝复合混凝剂，用铁盐混凝剂来部分取代铝盐混凝剂以达到降低出水残余铝的目的就很有意义。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种铁铝复合混凝剂的制备方法及装置，以实现一种兼有铝盐和铁盐特点的铁铝复合混凝剂用于水处理中，达到降低出水残余铝的目的。

为达上述目的，本发明提出一种铁铝复合混凝剂的制备方法，包括：

步骤s1，将硫酸亚铁置于一制备容器中，加水搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁溶液；

步骤s2，根据浓硫酸与所述硫酸亚铁中fe的比例量取相应量的浓硫酸，加入所述制备容器的硫酸亚铁溶液进行酸化；

步骤s3，将进行酸化后的所述制备容器进行水浴反应；

步骤s4，待温度稳定后，根据硝酸中no3^-与硫酸亚铁中fe的比例量取相应量的硝酸，加入所述制备容器中对其进行氧化处理，并水浴加热若干时间；

步骤s5，根据al与硫酸亚铁中fe的比例量进行配比，量取相应量的硫酸铝混凝剂加入所述制备容器中，反应若干时间；

步骤s6，将制备的产品进行熟化，得到所述铁铝复合混凝剂。

优选地，于步骤s1中，所述硫酸亚铁与水的质量比为2:1～2:1.2。

优选地，于步骤s2中，所取的浓硫酸与所述硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.3～0.45。

优选地，于步骤s3中，控制水浴反应温度为80～100℃。

优选地，于步骤s4中，所取的硝酸中no3^-与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.42～0.48。

优选地，于步骤s4中，根据硝酸中no3^-与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.42～0.48取相应量的硝酸，逐滴加入所述制备容器中对其氧化处理，加完后，在80～100℃温度下水浴加热25min～30min，并缓缓搅拌。

优选地，于步骤s5中，所述al与所述硫酸亚铁中的fe的摩尔比为0.1～0.3。

优选地，按al与硫酸亚铁中的fe的摩尔比为0.1～0.3配比，量取相应量的硫酸铝混凝剂加入所述制备容器中反应20min～30min。

优选地，于步骤s6中，将制备的产品熟化24小时以上，得到红棕色的所述铁铝复合混凝剂。

为达到上述目的，本发明还提供一种铁铝复合混凝剂的制备装置，包括：

硫酸亚铁溶液制备模块，用于将硫酸亚铁置于一制备容器中，加水搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁溶液；

酸化模块，用于根据浓硫酸与所述硫酸亚铁中fe的比例量取相应量的浓硫酸，加入所述制备容器的硫酸亚铁溶液进行酸化；

水浴反应模块，用于将进行酸化后的所述制备容器进行水浴反应；

氧化处理及水浴加热模块，用于待温度稳定后，根据硝酸中no3^-与硫酸亚铁中fe的比例量取相应量的硝酸，加入所述制备容器中对其进行氧化处理，并水浴加热若干时间；

硫酸铝混凝剂量取及反应模块，用于根据铝与硫酸亚铁中fe的比例量进行配比，量取相应量的硫酸铝混凝剂加入所述制备容器中，反应若干时间；

熟化模块，用于将制备的产品进行熟化，得到所述铁铝复合混凝剂。

与现有技术相比，本发明一种铁铝复合混凝剂的制备方法及装置实现了一种兼有铝盐和铁盐特点的铁铝复合混凝剂，其用铁盐混凝剂来部分取代铝盐混凝剂用于水处理中控制饮用水中残余铝，以达到降低出水残余铝的目的。

附图说明

图1为本发明一种铁铝复合混凝剂的制备方法的步骤流程图；

图2为本发明一种铁铝复合混凝剂的制备装置的系统架构图；

图3为本发明具体实施例之硫酸铁铝混凝剂的红外光谱图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种铁铝复合混凝剂的制备方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种铁铝复合混凝剂的制备方法，包括：

步骤s1，将硫酸亚铁置于一制备容器中，加水搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁溶液。在本发明具体实施例中，所述制备容器采用双层反应釜，即将硫酸亚铁置于双层反应釜中，边加水边搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁溶液，其中，硫酸亚铁与水的质量比为2:1～2:1.2。

步骤s2，根据浓硫酸(h2so4)与硫酸亚铁中fe的比例量取浓硫酸(h2so4)，加入所述制备容器的硫酸亚铁溶液进行酸化。在本发明具体实施例中，所取的浓硫酸(h2so4)与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.3～0.45。

步骤s3，将进行酸化后的所述制备容器进行水浴反应。在本发明具体实施例中，该双层反应釜自带水浴控温，将该反应釜进行水浴反应，控制水浴反应温度80～100℃。

步骤s4，待温度稳定后，根据硝酸(hno3)中no3^-与硫酸亚铁中fe的比例量取硝酸(hno3)，加入所述制备容器中对其进行氧化处理，并水浴加热若干时间。在本发明具体实施例中，所取的硝酸(hno3)中no3^-与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.42～0.48，也就是说，待温度稳定后，根据硝酸(hno3)中no3^-与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.42～0.48取硝酸(hno3)，逐滴加入反应釜中对其氧化处理，加完后，在80～100℃温度下水浴加热25min～30min，并缓缓搅拌。

步骤s5，按铝(al)与硫酸亚铁中铁(fe)进行配比，量取相应量的硫酸铝混凝剂加入所述制备容器中，反应若干时间。在本发明具体实施例中，按al与硫酸亚铁中的fe的摩尔比为0.1～0.3配比，量取一定量的硫酸铝混凝剂加入反应釜中，反应20min～30min。

步骤s6，将制备的产品进行熟化，得到所述铁铝复合混凝剂。在本发明具体实施例中，将制备的产品熟化24小时以上，得到红棕色的液体产品，即为铁铝复合混凝剂。

图2为本发明一种铁铝复合混凝剂的制备装置的系统架构图。如图2所示，本发明一种铁铝复合混凝剂的制备装置，包括：

硫酸亚铁溶液制备模块201，用于将硫酸亚铁置于一制备容器中，加水搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁溶液。在本发明具体实施例中，所述制备容器采用双层反应釜，即将硫酸亚铁置于双层反应釜中，边加水边搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁溶液，其中，硫酸亚铁与水的质量比为2:1～2:1.2。

酸化模块202，用于根据浓硫酸(h2so4)与硫酸亚铁中fe的比例量取浓硫酸(h2so4)，加入所述制备容器的硫酸亚铁溶液进行酸化。在本发明具体实施例中，所取的浓硫酸(h2so4)与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.3～0.45。

水浴反应模块203，用于对进行酸化后的所述制备容器进行水浴反应。在本发明具体实施例中，该双层反应釜自带水浴控温，将该反应釜进行水浴反应，控制水浴反应温度80～100℃。

氧化处理及水浴加热模块204，用于于温度稳定后，根据硝酸(hno3)中no3^-与硫酸亚铁中fe的比例量取硝酸(hno3)，加入所述制备容器中对其进行氧化处理，并水浴加热若干时间。在本发明具体实施例中，所取的硝酸(hno3)中no3^-与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.42～0.48，也就是说，待温度稳定后，根据硝酸(hno3)中no3^-与硫酸亚铁中fe的摩尔比为0.42～0.48取硝酸(hno3)，逐滴加入反应釜中对其氧化处理，加完后，在80～100℃温度下水浴加热25min～30min，并缓缓搅拌。

硫酸铝混凝剂量取及反应模块205，用于按铝(al)与硫酸亚铁中铁(fe)进行配比，量取相应量的硫酸铝混凝剂加入所述制备容器中，反应若干时间。在本发明具体实施例中，按al与硫酸亚铁中的fe的摩尔比为0.1～0.3配比，量取一定量的硫酸铝混凝剂加入反应釜中，反应20min～30min。

熟化模块206，用于将制备的产品进行熟化，得到所述铁铝复合混凝剂。在本发明具体实施例中，将制备的产品熟化24小时，得到红棕色的液体产品，即为铁铝复合混凝剂。

以下将通过具体实施例来说明本发明之铁铝复合混凝剂的制备过程：

在本发明各具体实施例中，复合混凝剂配方如下表1所示：

表1

以下仅以表1所示实施例2为例说明铁铝复合混凝剂的制备工艺，具体步骤如下：

(1)称取4kgfeso4(硫酸亚铁)·7h2o(置于双层反应釜中，边加入蒸馏水(2l)边搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁溶液；

(2)按照浓h2so4/fe(硫酸亚铁中的)＝0.45的比例量(摩尔比)取浓h2so4，实取300ml，然后逐滴加入反应釜中进行酸化；

(3)将该反应釜进行水浴反应，控制水浴反应温度80℃；

(4)待温度稳定后，按照硝酸(hno3)中的no3^-/fe(硫酸亚铁中的)＝0.45的比例量(摩尔比)取硝酸(hno3)，实取480ml浓hno3，逐滴加入反应釜中对其氧化处理。加完后，在80℃温度下水浴加热25min，并缓缓搅拌；

(5)按al与硫酸亚铁中的fe的摩尔比为0.15摩尔配比，量取一定量的硫酸铝混凝剂加入反应釜中，反应时间20min；

(6)将制备的产品熟化24小时，得到红棕色的液体产品，即得到铁铝复合混凝剂。

以下将通过具体实施例来说明本发明之铁铝复合混凝剂去除饮用水中残余铝效果

在本发明具体实施例中，原水的浊度为12ntu，色度为10度，化学耗氧量为2.4mg/l，用聚合硫酸铁铝复合混凝剂处理原水的砂滤出水水质情况见下表2：

表2

以下为对本发明所制成的铁铝复合混凝剂的性能测试的结果分析：

1、如图3所示为本发明之硫酸铁铝混凝剂的红外光谱图，通过由图3之铁铝混凝剂样品的吸收峰分析可知：

1)3100～3300cm-1的吸收峰，是fe-oh、al-oh及配位水h-oh中羟基-oh的伸缩振动叠加，峰强而宽，表明有大量的oh存在；

2)1610～1639cm-1间较强的吸收峰是配位水的弯曲振动峰；

3)1116～1188cm-1间出现的吸收峰为fe-oh-fe、al-oh-al的伸缩振动，归属分子表面的金属—oh弯曲振动，说明样品中既有以羟基桥联的铁的聚合物，又有以羟基桥联的铝的聚合物；

4)谱图中993cm-1位置是so4^2-的伸缩振动吸收峰；

5)593cm-1和486.7cm-1处的吸收峰与聚合氯化铝铁吸收峰相似，说明有以-0h桥联的铁聚合物和铝聚合物。

结合红外图谱分析可知，聚合硫酸铁铝混凝剂中羟基含量较高，并含有大量羟基桥联铁聚合物fe-oh-fe和羟基桥联铝聚合物al-o-al，这些都证明了聚合硫酸铁铝混凝剂中有聚合形态的存在。这些特征官能团在处理原水过程中能够很好的发挥吸附架桥作用和网捕卷扫作用，增强其混凝性能。

2、混凝剂分子量分析

根据凝胶色谱的色谱图，可计算混凝剂的各组分的平均分子量，结果见表3。

表3混凝剂分子量测试结果

表3为凝胶色谱法测量混凝剂分子量测试结果。由表3可知，自制聚合硫酸铁铝混凝剂的(数均分子量)和(重均分子量)均高于市售聚合硫酸铁。从数均和重均分子量的定义可知，数均分子量靠近聚合物中的低分子量部分，即低分子量部分对影响较大，重均分子量靠近聚合物中的高分子量部分，即高分子量部分对影响较大。聚合物的混凝性能受较大分子聚合体的影响较大，所以用来表征聚合物的聚合度比更恰当。自制聚合硫酸铁铝的数均、重均分子量优于市售聚合硫酸铁，说明自制聚合硫酸铁铝混凝剂样品中确实存在大分子量的物质，且聚合度高于市售聚合硫酸铁。自制聚合硫酸铁铝混凝剂的和(分布宽度指数)和(多分散系数)均小于市售聚合硫酸铁，说明自制聚合硫酸铁铝中分子比较单一，分子量分散比较集中，为窄分布。

可见，本发明一种铁铝复合混凝剂的制备方法及装置实现了一种兼有铝盐和铁盐特点的铁铝复合混凝剂，其用铁盐混凝剂来部分取代铝盐混凝剂用于水处理中控制饮用水中残余铝，以达到降低出水残余铝的目的。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。