本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑的制備方法。
背景技術(shù)：
為適應(yīng)不同水質(zhì)深度凈化處理技術(shù)的需求,新型高效混凝劑一直是國內(nèi)外水處理領(lǐng)域研究開發(fā)的熱點(diǎn)。自聚合氯化鋁(PAC)問世以來,就被廣泛應(yīng)用于水處理,但因PAC的絮體沉降慢,對低溫、低濁水處理效果不佳,往往要通過改性來提高其混凝性能。目前,常采用以下兩種改性方法:①PAC的制造過程中,引入一種或一種以上的陰離子,在一定程度上改變聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分布；②依據(jù)協(xié)同增效的原理,將PAC與一種或超過一種的其他物質(zhì)(包括有機(jī)的或無機(jī)的)復(fù)合而制得新型高效混凝劑。
典型實(shí)例是在PAC中引入陰離子(硅酸根離子等),或者引入無機(jī)的Fe3+、鈣、鎂、鋅和有機(jī)的PAM。然而以上方法的改性劑費(fèi)用較高,且制備過程復(fù)雜。然而，對于添加金屬錳研究較少，相關(guān)文獻(xiàn)也不是很多。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑的制備方法，通過向氯化鋁中添加少量的錳金屬離子，同時控制混合液堿化度為2.0-2.5，可以改善絮凝性能，使本發(fā)明的絮凝劑具有較高的聚合度，絮凝能力極強(qiáng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑的制備方法，具體方法如下：
1)先將AlCL3 6H2O、MnCl2 4H2O、NaOH分別制成濃度相同且濃度為1-3mol/L的水溶液，水溶液溫度控制在20℃-25℃；
2)先將AlCL3 6H2O水溶液與MnCl2 4H2O水溶液進(jìn)行混合，再緩慢滴加NaOH水溶液，加入的AlCL3 6H2O與MnCl2 4H2O的摩爾比為4～6：1，加入的NaOH總量與MnCl2 4H2O的摩爾比為12～15：1；
3)在滴加NaOH水溶液的同時對混合液進(jìn)行攪拌，攪拌的初始速率為200r/min-300r/min，在滴加NaOH水溶液的過程中逐步將攪拌速率提升到780r/min-820r/min，同時控制反應(yīng)溫度為20℃-25℃，當(dāng)NaOH水溶液的滴加完后，繼續(xù)攪拌保持陳化30-60min，最終得到本發(fā)明的一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑。
本發(fā)明的改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑還可以烘干制備成固體，將液態(tài)絮凝劑在烘箱中控制溫度為80-100℃，烘干制備成固體。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1)本發(fā)明主要應(yīng)用為對于污水的沉淀性能的改善。對于一般污水水體，以某鋼廠的出水為例，當(dāng)給予適當(dāng)?shù)耐都恿繒r，其濁度去除率高于95％，對于COD也有一定的去處效果，可以很好的應(yīng)用于水處理工藝，加速水處理工藝的快速沉淀污泥，改善水體的濁度等性能。
2)本發(fā)明中所制備的聚合鋁無機(jī)高分子絮凝劑，與一般絮凝劑投加量基本一致，但可以在短時間內(nèi)，快速完成絮凝沉淀，時間基本上在幾分鐘以內(nèi)(把投藥時間算在內(nèi))，這樣可以極大地提高出水率，進(jìn)而提高的水廠的處理水能力。
3)本發(fā)明中所制備的聚合鋁無機(jī)高分子絮凝劑，由于投加了少量的金屬錳，極大的改善了傳統(tǒng)的聚合氯化鋁的絮凝性能，有效的提高了水處理能力，卻沒有大幅度地加大成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑的制備方法的過程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述，但是應(yīng)該指出本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。
一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑的制備方法，具體方法如下：
1)先將AlCL3 6H2O、MnCl2 4H2O、NaOH分別制成濃度相同且濃度為1-3mol/L的水溶液，水溶液溫度控制在20℃-25℃；
2)先將AlCL3 6H2O水溶液與MnCl2 4H2O水溶液進(jìn)行混合，再緩慢滴加NaOH水溶液，加入的AlCL3 6H2O與MnCl2 4H2O的摩爾比為4～6：1，加入的NaOH總量與MnCl2 4H2O的摩爾比為12～15：1；
3)在滴加NaOH水溶液的同時對混合液進(jìn)行攪拌，攪拌的初始速率為200r/min-300r/min，在滴加NaOH水溶液的過程中逐步將攪拌速率提升到780r/min-820r/min，同時控制反應(yīng)溫度為20℃-25℃，當(dāng)NaOH水溶液的滴加完后，繼續(xù)攪拌保持陳化30-60min，最終得到本發(fā)明的一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑。
本發(fā)明的改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑還可以烘干制備成固體，便于包裝和運(yùn)輸，將液態(tài)絮凝劑在烘箱中控制溫度為80-100℃，烘干制備成固體。
混合液攪拌溶解聚合后，會形成一定濃度的類膠體的濁液，攪拌過程形成的混合液產(chǎn)生一定的粘度，因此在攪拌的過程中要不斷的提高攪拌速率，保持?jǐn)嚢杷俾实姆€(wěn)定，保證溶液完全混合均勻，防止形成局部沉淀。
反應(yīng)完全及滴加氫氧化鈉完成后，繼續(xù)攪拌保持陳化約30～60min后，最終形成一種顏色可觀的一種混合液。這個混合液中同時存在高聚體的負(fù)載錳的粒子，在水溶液中也存在負(fù)載于Alb上的錳的存在，這種絮凝劑顏色好看，絮凝能力強(qiáng)。
本發(fā)明通過合理控制堿的加入量，并將水溶液的基礎(chǔ)水溫控制在20℃～25℃，可使混合液的堿化度值控制在2.5左右，此時合成的聚合氯化鋁具有較高的聚合度，另外加堿時控制加堿速度為逐滴滴加，同時提供高速的攪拌條件，可使混合液中的有效鋁含量高達(dá)45％。
同時，因?yàn)橥都恿松倭康慕饘馘i，改善了高價金屬離子的含量，提高了聚合氯化鋁的絮凝性能，起到了很好的協(xié)同作用，極大的改善了傳統(tǒng)的聚合氯化鋁的絮凝性能，有效的提高了水處理能力。
本發(fā)明是在強(qiáng)力攪拌器中進(jìn)行，配合使用溫度控制器及堿性溶液緩滴裝置。
實(shí)施例1：
原料：AlCL3 6H2O(A.R)；NaOH(A.R)；MnCl2 4H2O(A.R)；
氯化鋁溶液的配置：精確稱量534.0g的4mol的晶體氯化鋁(精確至0.0001g)，溶解于4L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氯化鋁水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
氫氧化鈉溶液的配置：精確稱量480.0g的12mol的晶體氫氧化鈉(精確至0.0001g)，溶解于12L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氫氧化鈉水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
氯化錳溶液的配置：精確稱量1g的1mol的晶體氯化錳(精確至0.0001g)，溶解于1L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氯化錳水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
先將氯化鋁水溶液與氯化錳水溶液進(jìn)行混合，再緩慢滴加氫氧化鈉水溶液，在滴加氫氧化鈉水溶液的同時對混合液進(jìn)行攪拌，攪拌的初始速率為300r/min，在滴加氫氧化鈉水溶液的過程中逐步將攪拌速率提升到820r/min，同時控制反應(yīng)溫度為20℃-25℃，當(dāng)氫氧化鈉水溶液的滴加完后，繼續(xù)攪拌保持陳化60min，得到本發(fā)明的一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑。
進(jìn)行模擬水樣實(shí)驗(yàn)，測試其絮凝效果，主要測試其沉淀性能，對于濁度的去處效果的測定實(shí)驗(yàn)。
準(zhǔn)確稱取高嶺土(粒徑主要分布在4～9μm)0.80g，加于1000mL蒸餾水中，在1500r/min轉(zhuǎn)速下高速攪拌1h，靜置10min，取上層穩(wěn)定的水層作為絮凝實(shí)驗(yàn)的原始水樣，其初始濁度在160～170NTU范圍內(nèi)。
參照GB13200-91《水質(zhì)-濁度的測定:分光光度法》，采用分光光度法測試水樣濁度。具體測試過程如下:取500mL水樣，按照0.20-0.55g/L投加絮凝劑，采用六連攪拌器先在200r/min轉(zhuǎn)速下快速攪拌1-2min，再在50r/min轉(zhuǎn)速下慢速攪拌3-5min，沉降10-30min，測定液面下1cm處水的濁度。
混凝實(shí)驗(yàn)效果：本次混凝模擬實(shí)驗(yàn)，處理后模擬廢水濁度在5～10NTU，濁度去除率達(dá)到95％以上。
實(shí)施例2：
原料：AlCL3 6H2O(A.R)；NaOH(A.R)；MnCl2 4H2O(A.R)；
氯化鋁溶液的配置：精確稱量801.0g的6mol的晶體氯化鋁(精確至0.0001g)，溶解于6L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氯化鋁水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
氫氧化鈉溶液的配置：精確稱量600.0g的15mol的晶體氫氧化鈉(精確至0.0001g)，溶解于15L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氫氧化鈉水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
氯化錳溶液的配置：精確稱量1g的1mol的晶體氯化錳(精確至0.0001g)，溶解于1L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氯化錳水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
先將氯化鋁水溶液與氯化錳水溶液進(jìn)行混合，再緩慢滴加氫氧化鈉水溶液，在滴加氫氧化鈉水溶液的同時對混合液進(jìn)行攪拌，攪拌的初始速率為300r/min，在滴加氫氧化鈉水溶液的過程中逐步將攪拌速率提升到780r/min，同時控制反應(yīng)溫度為20℃-25℃，當(dāng)氫氧化鈉水溶液的滴加完后，繼續(xù)攪拌保持陳化30min，得到本發(fā)明的一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑。
對于處理水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，本次通過采集二沉池的處理污水，進(jìn)行測試，主要進(jìn)行濁度以及CODcr含量的測定實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)中使用某鋼廠生化處理系統(tǒng)出水為研究對象，其主要指標(biāo)為：CODcr為：210mg/L，濁度80NTU，色度160倍。
具體實(shí)驗(yàn)方法：參照GB13200-91《水質(zhì)-濁度的測定:分光光度法》，采用分光光度法測試水樣濁度。具體測試過程如下:取500mL水樣，按照0.65-1.0g/L投加絮凝劑，采用六連攪拌器先在200r/min轉(zhuǎn)速下快速攪拌1-2min，再在50r/min轉(zhuǎn)速下慢速攪拌3-5min，沉降10-30min，測定液面下1cm處水的濁度及CODcr。
參照國標(biāo)《GB11914-89》化學(xué)需氧量(CODcr)的測定，取處理后的上清液水樣20mL加入10.0mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為C(1/6K2Cr2O7)＝0.250mol/L)和幾顆防爆沸玻璃珠，搖勻。將錐形瓶接到回流裝置冷凝管下端，接通冷凝水。從冷凝管上端緩慢加入30mL硫酸銀-硫酸試劑，以防止低沸點(diǎn)有機(jī)物的逸出，不斷旋動錐形瓶使之混合均勻。自溶液開始沸騰起回流兩小時。冷卻后，用20～30mL水自冷凝管上端沖洗冷凝管后，取下錐形瓶，再用水稀釋至140mL左右。溶液冷卻至室溫后，加入3滴1，10-菲繞啉指示劑溶液，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液(濃度為C〔(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O〕≈0.10mol/L)滴定，溶液的顏色有黃色經(jīng)藍(lán)綠色變?yōu)榧t褐色即為終點(diǎn)。記下硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液消耗量。
混凝實(shí)驗(yàn)效果：本次混凝模擬實(shí)驗(yàn)，處理后模擬廢水CODcr值約為80mg/L，去除率達(dá)到60％左右；濁度值約為5NTU，濁度去除率達(dá)到95％以上；色度值約為60，去除率達(dá)到60％。
實(shí)施例3：
原料：AlCL3 6H2O(A.R)；NaOH(A.R)；MnCl2 4H2O(A.R)；
氯化鋁溶液的配置：精確稱量667.5g的5mol的晶體氯化鋁(精確至0.0001g)，溶解于5L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氯化鋁水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
氫氧化鈉溶液的配置：精確稱量560.0g的14mol的晶體氫氧化鈉(精確至0.0001g)，溶解于14L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氫氧化鈉水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
氯化錳溶液的配置：精確稱量1g的1mol的晶體氯化錳(精確至0.0001g)，溶解于1L水溶液中，配置成濃度精確的1mol/L氯化錳水溶液，在20～25℃溶解完全后待用。
混合攪拌方法同上。
本發(fā)明的一種改性高效聚合氯化鋁高分子無機(jī)絮凝劑將可以應(yīng)用于幾乎所有的中水處理系統(tǒng)或水處理系統(tǒng)，對鋁系絮凝劑的復(fù)合效果較好，沉淀性能強(qiáng)，改性條件對鋁系絮凝劑的應(yīng)用效果好，提高了或增加了高電荷的數(shù)量和有效電荷量，改善其聚合度，其復(fù)合量也較為合理而有效，可應(yīng)用于鋁系各類絮凝劑的復(fù)合過程中。