專利名稱：鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其制備與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁鹽-海藻酸鈉組合的膜前水處理劑及其制備與應(yīng)用，屬于環(huán)境化學(xué)水處理劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于水資源的短缺、水環(huán)境的惡化、飲用水標(biāo)準(zhǔn)的提高以及傳統(tǒng)飲用水處理工藝的局限性，開發(fā)新的飲用水安全保障技術(shù)以改造或代替?zhèn)鹘y(tǒng)處理技術(shù)已經(jīng)成為市政供水行業(yè)面臨的重要課題。膜技術(shù)被稱為21世紀(jì)的水處理技木，其在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理等方面相對(duì)于傳統(tǒng)エ藝都有一定的優(yōu)勢(shì)，以超濾為核心技術(shù)的組合エ藝被稱為第三代城市飲用水凈化工藝。超濾技術(shù)的核心是超濾膜，其主要以物理截留作用來去除水體中的污染物。與常規(guī)エ藝比較，超濾膜エ藝具有以下優(yōu)點(diǎn)①去濁率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，其出水濁度穩(wěn)定可在0. INTU以下，對(duì)顆粒物質(zhì)的去除率可達(dá)99. 9%以上；②能有效去除病原微生物，超濾エ藝能有效去除水中賈第蟲、隱孢子蟲、細(xì)菌等病原微生物和病原病毒；③水廠占地面積小。盡管超濾技術(shù)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是膜污染成為制約其廣泛應(yīng)用及發(fā)展的主要因素。膜污染可以導(dǎo)致水通量的持續(xù)下降，而且膜的不可逆污染難以水力清洗恢復(fù)，使得膜使用壽命縮短，這將增加膜的維護(hù)成本、提高制水成本。因此，膜エ藝在實(shí)際使用吋，往往與其他水處理工藝聯(lián)合使用。為了提高超濾對(duì)水中污染物的去除效果，減輕超濾膜污染，增大超濾膜通量，通常采用各種預(yù)處理方式來改變水中污染物的表面性質(zhì)和存在形態(tài)，如混凝、砂率、投加粉末活性炭或PAC等。在眾多預(yù)處理工藝中，混凝預(yù)處理由于簡便、易行，與超濾組合去除水中污染物的眾多優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。有研究表示采用混凝-超濾組合エ藝可減少進(jìn)入超濾膜孔的污染物量，改善超濾膜表面沉積層的性質(zhì)，從而減輕污染物在超濾膜表面的吸附沉積，增大超濾膜滲透通量，可有效的降低濾餅層阻力和濃差極化阻力，改善周期物理清洗效果。鋁鹽是最傳統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的無機(jī)鹽混凝劑。簡單的鋁鹽，如硫酸鋁、氧化鋁和明礬等，其主要作用機(jī)理是通過對(duì)水中膠體顆粒的壓縮雙電層作用、吸附電中和、吸附架橋作用及沉淀卷掃作用，從而使膠體顆粒脫穩(wěn)凝聚。盡管鋁鹽被廣泛使用，但鋁鹽是低毒物質(zhì)，經(jīng)各種渠道進(jìn)入人體后，會(huì)在ー些集體組織中積聚，并參與許多生物化學(xué)反應(yīng)，能將體內(nèi)必須的營養(yǎng)元素和微量元素置換流失或沉淀，從而破壞各部位生理功能，導(dǎo)致人體出現(xiàn)病癥。使用鋁鹽混凝劑時(shí)殘余鋁可以在超濾膜表面上吸附，從而造成超濾膜的不可逆污染，降低超濾膜使用壽命，所以降低混凝預(yù)處理時(shí)鋁鹽的用量成為亟待解決的課題。有機(jī)助凝劑的應(yīng)用可以降低鋁鹽混凝劑的用量，但是卻増加了后續(xù)過濾或生物降解エ序的負(fù)擔(dān)。目前常用的助凝劑多由丙烯酰胺、丙烯酸、環(huán)氧氯丙烷等單體人工合成的高聚物，這些合成的有機(jī)助凝劑往往生產(chǎn)成本高，生物降解性差，甚至危害人體和環(huán)境，給后續(xù)處理帶來困難和風(fēng)險(xiǎn)。 因此需要尋找ー種環(huán)境友好、成本經(jīng)濟(jì)的助凝劑。海藻酸鈉(SA)又稱藻酸鈉、海草酸鈉、褐藻膠，分子式為(C6H7Na)n，是ー種從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的聚陰離子多糖(海藻酸)的鈉鹽。自1883年由海帶中發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉，至今19 年開始在美國應(yīng)用于エ業(yè)生產(chǎn)，1944年應(yīng)用于食品エ業(yè)，1983年經(jīng)美國食品與藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)直接作為食品的成分用于醫(yī)藥エ業(yè)不過30年的時(shí)間。海藻酸鈉具有增稠性好、成膜性好、凝膠強(qiáng)度高、成絲性好等優(yōu)點(diǎn)。海藻酸鈉現(xiàn)在多應(yīng)用于食品、 醫(yī)學(xué)工程、涂膜保鮮和重金屬的污染等方面。海藻酸鈉用于水處理的文獻(xiàn)很少。CN1016M^6(CN200910272146. 0)公開了ー種用于混凝土攪拌站沉淀池中廢漿水處理的混凝劑，它由助凝劑和聚丙烯酰胺組成，助凝劑與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為(0.05 2.0) (0.005 1.0)；其中，助凝劑為生石灰、氯化鈣、 海藻酸鈉中的任意ニ種以上的混合。該發(fā)明中使用的胺類有機(jī)物價(jià)格昂貴，且水中殘?bào)w氧化后可以變成強(qiáng)致癌物質(zhì)，這不利于水資源的回用。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明主提供一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其制備與應(yīng)用。該膜前水處理劑能增強(qiáng)混凝效果，提高后續(xù)エ序中的膜通量、降低膜污染。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，是將海藻酸鈉與鋁鹽混凝劑配合使用的膜前水處理劑；原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價(jià)鋁的質(zhì)量計(jì)，1 50份。所述的海藻酸鈉配制成濃度0. 1 0. 2g/L的溶液使用，所述海藻酸鈉溶液是將海藻酸鈉置于軟化水中，在磁力攪拌下先溶脹再溶解制得；所述的鋁鹽混凝劑配成Al (III)質(zhì)量百分含量為0. 5g/L的溶液使用。所述鋁鹽混凝劑為硫酸鋁、聚合氯化鋁(PFC)或聚合硫酸鋁(PFS)。優(yōu)選的，所述的聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁中Al (III)質(zhì)量百分含量為5% 15%， 堿化度1. 0 2. 2，pH為2. 5 4. 0，分子量為IOOODa 50000Da。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價(jià)鋁的質(zhì)量計(jì)3 20份。進(jìn)ー步優(yōu)選的，鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，硫酸鋁以鋁的質(zhì)量計(jì)6份。進(jìn)ー步優(yōu)選的，鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，聚合氯化鋁以鋁的質(zhì)量計(jì)10份。一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的制備方法，步驟如下(1)取鋁鹽混凝劑在室溫下至于軟化水中，配成Al(III)質(zhì)量百分含量為0. 5g/L 的溶液。(2)將海藻酸鈉置于60_65°C的軟化水中，先溶脹5 15分鐘，再進(jìn)行磁力攪拌， 200-400轉(zhuǎn)/秒攪拌時(shí)間25 30分鐘，使海藻酸鈉完全溶解，配成0. 1 0. 2g/L的海藻酸鈉溶液，于4°C貯存?zhèn)溆谩?3)使用前，按配比取步驟(1)的鋁鹽混凝劑溶液、步驟( 的海藻酸鈉溶液，先后分別加入待處理水中。本發(fā)明的鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的應(yīng)用，用于給水、廢水處理，石油開采、造紙、采礦、日用化工的水處理。方法如下一種組合使用鋁鹽混凝劑和海藻酸鈉處理廢水的方法，先將本發(fā)明組合型膜前水處理劑中的鋁鹽混凝劑溶液投入待處理水中30-50秒，然后將海藻酸鈉溶液加入待處理水中，處理20 30分鐘。再繼續(xù)后續(xù)的超濾膜處理工藝。根據(jù)本發(fā)明的鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑進(jìn)行水處理吋，與傳統(tǒng)混凝エ 藝相比，海藻酸鈉溶液加入待處理水中處理20 30分鐘可明顯增大混凝絮體，明顯增強(qiáng)絮體強(qiáng)度，提高水處理效果，減輕超濾膜污染，増大超濾膜通量。本發(fā)明的膜前水處理劑由硫酸鋁、聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁(堿化度=0. 5)與海藻酸鈉組合應(yīng)用。海藻酸鈉本身帶有負(fù)電荷，Zeta電位在-60mV士3mV，pH為7. 73-7. 86的無色透明粘稠液體。海藻酸鈉的主要成分為多糖類物質(zhì)，含有羧基分別以-C00-和COOH的形式存在。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制備或市場購得。海藻酸鈉是ー種高分子陰離子型絮凝劑，它含有多種有機(jī)官能團(tuán)，其中具有代表性的官能團(tuán)是羧基和羥基等，能夠與鋁鹽混凝劑的吸附架橋作用形成協(xié)同作用，增強(qiáng)其吸附卷掃的作用，因?yàn)楫?dāng)采用鋁鹽與海藻酸鈉復(fù)配吋，海藻酸鈉的線型高分子結(jié)構(gòu)可以穿過水膜，通過所含有的官能團(tuán)，在顆粒與顆粒之間吸附架橋。將海藻酸鈉水處理劑，與現(xiàn)有鋁鹽混凝劑復(fù)配，應(yīng)用于給水和廢水的處理，可以取得良好的混凝處理效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)良效果1、本發(fā)明與単獨(dú)使用無機(jī)鋁鹽混凝劑處理效果相比，投加海藻酸鈉有助凝作用， 在地表水處理中，去除有機(jī)物效果在更寬泛的范圍內(nèi)均得到了明顯的改善；2、本發(fā)明與単獨(dú)使用鋁鹽混凝劑處理效果相比，添加海藻酸鈉后所形成的絮體明顯増大，沉降性能顯著提高，有效縮短了運(yùn)行周期；3、本發(fā)明與聚丙烯酰胺等人工合成有機(jī)高分子相比，海藻酸鈉作為馬尾藻的提取物質(zhì)具有安全無毒，易生物降解，無二次污染的優(yōu)點(diǎn)；4、本發(fā)明膜前水處理劑通過鋁鹽混凝劑與海藻酸鈉復(fù)配使用后，能增強(qiáng)混凝的效果，對(duì)后續(xù)的膜エ藝起到提高膜通量、減輕膜污染的效果。


圖1是應(yīng)用實(shí)例三采用硫酸鋁-海藻酸鈉混凝劑、硫酸鋁混凝劑進(jìn)行混凝-超濾處理分散黃RGFL模擬水樣的膜通量與處理時(shí)間關(guān)系圖。氯化鋁加量以Al (III)的質(zhì)量計(jì)為6mg/L，海藻酸鈉加量為lmg/L。圖2是應(yīng)用實(shí)例四采用聚合氯化鋁-海藻酸鈉混凝劑、聚合氯化鋁混凝劑進(jìn)行混凝-超濾處理活性翠蘭KG-L模擬水樣的膜通量與處理時(shí)間關(guān)系圖。氯化鋁加量以Al (III) 的質(zhì)量計(jì)為10mg/L，海藻酸鈉加量為lmg/L。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和應(yīng)用例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。實(shí)驗(yàn)水樣實(shí)驗(yàn)采用分散黃RGFL模擬水樣和活性翠蘭KG-L模擬水樣兩種水樣， 水樣的制備方法參見徐秀明等聚合氯化鋁中Alb形態(tài)去除腐殖酸的效果及機(jī)制研究，山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境科學(xué)，2008，四(11) =3064-3070 稱取Ig分散黃RGFL或活性翠蘭KG-L，以少量去離子水調(diào)和，并加入一定量的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)溶解，磁力攪拌 0. 5h后定容到1L，配制成lg/L的模擬水樣貯備液?；炷龑?shí)驗(yàn)吋，以自來水調(diào)和，配成濃度為100mg/L模擬水樣。在以下應(yīng)用實(shí)例一、應(yīng)用實(shí)例三采用分散黃RGFL模擬水樣，應(yīng)用實(shí)例ニ、應(yīng)用實(shí)例四采用活性翠蘭KG-L模擬水樣。實(shí)施例中的原料均為市購產(chǎn)品。實(shí)施例1 海藻酸鈉與硫酸鋁混凝劑組合膜前水處理劑及進(jìn)行膜前水處理海藻酸鈉硫酸鋁混凝劑(以鋁計(jì))=1 2 20組合質(zhì)量比。(1)市售的硫酸鋁混凝劑，在室溫下至于軟化水中，配成Al(III)質(zhì)量百分含量為 0. 5g/L的溶液。(2)稱取一定量的海藻酸鈉，用60_65°C的軟化水使其初歩的溶脹10分鐘，在磁力攪拌器下用200-400轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌25-30分鐘，使其完全溶解，配成0. lg/L的海藻酸鈉溶液放于4°C備用。(3)按配比取上述的硫酸鋁混凝劑溶液、海藻酸鈉溶液，先將鋁鹽混凝劑溶液加入待處理水中混凝處理30秒，再加入所述海藻酸鈉溶液加入水樣中處理20-30分鐘。海藻酸鈉的加藥量分別為0、0. 5mg/L、lmg/L、ang/L(以海藻酸鈉固體質(zhì)量計(jì))， 硫酸鋁混凝劑加藥量以Al (III)的質(zhì)量計(jì)分別為％ig/L、4. 5mg/L、5mg/L、5. 5mg/L、6mg/L、 6. 5mg/L。處理結(jié)果列于表1中。應(yīng)用實(shí)例一將實(shí)施例1制備的無機(jī)鋁混-海藻酸鈉復(fù)配膜前水處理劑(硫酸鋁-海藻酸鈉)， 用于分散黃RGFL模擬水樣的混凝處理(硫酸鋁加藥量以Al (III)的質(zhì)量計(jì)，海藻酸鈉的投加量以固體質(zhì)量計(jì))，同時(shí)與硫酸鋁(AS)混凝處理作對(duì)比。原水水質(zhì)情況如下分散黃RGFL 固含量為100mg/L, pH值為7. 37-7. 40，吸光度為0. 578-0. 632。處理結(jié)果列于表1 表1硫酸鋁/硫酸鋁-海藻酸鈉組合膜前水處理劑處理含分散黃RGFL水樣的脫
色效果
權(quán)利要求
1.一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，是將海藻酸鈉與鋁鹽混凝劑配合使用的膜前水處理劑；原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價(jià)鋁的質(zhì)量計(jì)1 50份；所述的海藻酸鈉配制成濃度0. 1 0. 2g/L的溶液使用，所述海藻酸鈉溶液是將海藻酸鈉置于軟化水中，在磁力攪拌下先溶脹再溶解制得；所述的鋁鹽混凝劑配成Al (III)質(zhì)量百分含量為0. 5g/L的溶液使用；所述鋁鹽混凝劑為硫酸鋁、聚合氯化鋁(PFC)或聚合硫酸鋁(PFS)。
2.如權(quán)利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特征在干，原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，鋁鹽混凝劑以三價(jià)鋁的質(zhì)量計(jì)3 20份。
3.如權(quán)利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特征在干，原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，硫酸鋁以鋁的質(zhì)量計(jì)6份。
4.如權(quán)利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特征在干，原料質(zhì)量份組成如下海藻酸鈉1份，聚合氯化鋁以鋁的質(zhì)量計(jì)10份。
5.如權(quán)利要求1所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，其特征在于，所述的聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁中Al(III)質(zhì)量百分含量為5% 15%，堿化度1. 0 2. 2，pH為2. 5 4. 0，分子量為 IOOODa 50000Da。
6.權(quán)利要求1 5任ー項(xiàng)所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的制備方法，步驟如下(1)取鋁鹽混凝劑在室溫下至于軟化水中，配成Al(III)質(zhì)量百分含量為0.5g/L的溶液；(2)將海藻酸鈉置于60-65°C的軟化水中，先溶脹5 15分鐘，再進(jìn)行磁力攪拌， 200-400轉(zhuǎn)/秒攪拌時(shí)間25 30分鐘，使海藻酸鈉完全溶解，配成0. 1 0. 2g/L的海藻酸鈉溶液，于4°C貯存?zhèn)溆茫?3)使用前，按配比取步驟(1)的鋁鹽混凝劑溶液、步驟( 的海藻酸鈉溶液，先后分別加入待處理水中。
7.權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的應(yīng)用，用于給水、 廢水處理，或石油開采、造紙、采礦、日用化工的水處理。
8.一種組合使用鋁鹽混凝劑和海藻酸鈉處理廢水的方法，先將權(quán)利要求1 5任ー項(xiàng)所述組合型膜前水處理劑中的鋁鹽混凝劑溶液投入待處理水中30-50秒，然后將海藻酸鈉溶液加入待處理水中，處理20 30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其制備與應(yīng)用。組合型膜前水處理劑原料質(zhì)量份組成為海藻酸鈉1份、鋁鹽混凝劑以鋁的質(zhì)量計(jì)1～50份；分別配置成溶液，先后加入待處理水中。鋁鹽混凝劑溶液、海藻酸鈉溶液間隔30-50秒先后投加使用。本發(fā)明組合型膜前水處理劑綜合了海藻酸鈉分子量高、對(duì)膠體物質(zhì)的吸附架橋能力強(qiáng)以及無機(jī)鋁鹽混凝劑混凝效果好、超濾效果好及應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域具有生產(chǎn)工藝簡捷，適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C02F1/52GK102531129SQ20121002664
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者武彩紅, 王燕, 趙艷俠, 高寶玉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)