一种水处理复合澄清剂及其制备方法与流程

本发明属于水处理药剂，具体涉及一种水处理复合澄清剂及其制备方法。

背景技术：

1、有机硅工业废水中含有大量溶解态有机硅化合物，包括低分子量环硅氧烷水解产物、线性硅氧烷低聚物、含硅表面活性剂及硅烷偶联剂水解物等。这些溶解态有机硅物质因具有一定的水溶性或形成稳定的乳化/增溶体系，难以通过常规混凝沉淀法有效去除。

2、现有技术中，处理含有机硅废水主要采用破乳-混凝法、高级氧化法、膜分离法等。其中混凝法因设备简单、成本较低而广泛应用，但传统的聚合氯化铝（pac）或聚合硫酸铁（pfs）等无机澄清剂对溶解态有机硅的去除率通常仅为40-70%，难以满足日趋严格的排放要求。

3、因此，有必要开发一种能够高效去除废水中溶解态有机硅的复合澄清剂，通过将溶解态有机硅转化为不溶态，再配合絮凝捕获实现高效去除。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种水处理复合澄清剂，通过三甲基硅醇对溶解态有机硅进行疏水改性，使其脱稳析出，并配合无机-有机复合絮凝体系实现高效捕获去除。

2、本发明的复合澄清剂，以质量份计（每1000份产品），包含以下组分：聚合氯化铝60-120份，聚合硫酸铁30-60份，植酸钠3-10份，三甲基硅醇8-25份，阳离子聚丙烯酰胺2-8份，余量为水。

3、所述聚合氯化铝的盐基度为60-90%，al2o3含量≥28%。所述聚合硫酸铁的盐基度为9-14%，全铁含量≥19%。所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量为600万-1200万，阳离子度为20-40%。所述三甲基硅醇的纯度≥95%。

4、本发明还提供所述复合澄清剂的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤一：取总用水量的30-40%置于反应容器中，加入聚合氯化铝搅拌溶解，然后加入三甲基硅醇，在40-50℃条件下以400-600rpm搅拌20-30min，制得含三甲基硅醇的pac微分散液，记为a液；

6、步骤二：取总用水量的15-25%，加入聚合硫酸铁和植酸钠，在常温下搅拌溶解至均匀，记为b液；

7、步骤三：取总用水量的25-35%加入另一容器中，在持续搅拌（300-500rpm）下将b液缓慢加入a液中，再加入该部分水，继续搅拌15-20min使体系均匀，记为c液；

8、步骤四：取剩余用水量，将阳离子聚丙烯酰胺缓慢分散加入其中，在200-300rpm低速搅拌条件下搅拌60-90min直至充分溶胀溶解，形成cpam浓溶液，记为d液；将d液缓慢加入c液中，低速搅拌（150-250rpm）10-15min混合均匀，即得产品。

9、步骤一中将三甲基硅醇与聚合氯化铝预混合。三甲基硅醇（沸点99℃，分子量90.2）在25℃水中的溶解度约为1.5-2.0g/100ml，属于微溶物质。直接投加至废水中时，三甲基硅醇易以液滴形态漂浮于水面，与溶解态有机硅的接触面积极为有限。在本发明中，pac溶液的ph为2.5-3.5，该酸性环境中铝的水解产物（如al13多核羟基络合物）具有表面活性作用，可作为乳化稳定剂；同时40-50℃的温度条件提高了三甲基硅醇的水中分散能力。在搅拌作用下，三甲基硅醇被分散为粒径1-5μm的微液滴，被pac水解产物所稳定，形成酸稳定型微分散体系。该微分散体系在产品储存期内保持稳定（25℃静置30天无明显分层），投加至废水中后三甲基硅醇可迅速以微液滴形态均匀释放，与溶解态有机硅实现高效接触。

10、步骤二中植酸钠的加入时机选择与聚合硫酸铁同步，是利用植酸根的六个磷酸基团与fe3+形成稳定的螯合配位，防止pfs在后续与pac混合时因ph变化而过早水解产生无效沉淀。植酸钠-铁配合物在后续投入废水（ph6-9）时逐步释放fe3+，实现缓释絮凝效果，有利于形成密实的絮体结构。

11、步骤三的混合顺序（b液加入a液）保证了pac体系始终处于过量状态，避免局部ph过高导致铝、铁水解产物提前沉淀。补充水的加入降低体系浓度，减少组分间的非预期反应。

12、步骤四中阳离子聚丙烯酰胺单独溶解后再混入主体系，是因为高分子量cpam的溶解需要低剪切、长时间条件，且浓溶液（3-7%）呈高粘度凝胶状态。最终低速混合可避免cpam分子链的机械降解，保持其桥联絮凝能力。

13、本发明复合澄清剂对含有机硅废水的作用机理如下：

14、废水中溶解态有机硅主要以含si-oh端基的线性硅氧烷低聚物、环硅氧烷水解产物以及含聚醚链段的水溶性有机硅等形态存在。本发明中三甲基硅醇对溶解态有机硅的作用并非通过交联桥联机制，即三甲基硅醇为单官能团硅醇，不具备桥联能力，而是通过以下途径实现溶解态有机硅的脱稳析出：

15、其一，疏水封端改性。三甲基硅醇的si-oh基团与溶解态有机硅分子上的si-oh端基发生缩合反应（si-oh+ho-si→si-o-si+h2o），在有机硅分子端部引入-osi(ch3)3疏水基团。三甲基基团的强疏水性显著降低了有机硅分子的亲水-亲油平衡值，使原本可溶或可分散于水中的有机硅物种丧失水溶性，发生相分离析出。

16、其二，酸催化自缩聚。pac提供的酸性环境（投加后废水局部ph降至4-5）催化了废水中多官能团含硅物种（如具有多个si-oh基团的硅氧烷水解物）之间的自缩聚反应，使其分子量增大、水溶性进一步降低。三甲基硅醇的缩合反应消耗了溶解态有机硅的si-oh基团，同时酸性条件又促进了剩余si-oh基团之间的缩合，两种作用协同促使溶解态有机硅快速转化为不溶性含硅微粒。

17、其三，絮凝捕获。析出的不溶性含硅微粒表面带有负电荷，被pac和pfs提供的正电荷铝/铁水解产物通过电性中和作用脱稳，再由cpam的长分子链进行桥联絮凝，形成大粒径、高密度的絮体沉降分离。植酸钠-铁配合物的缓释特性使絮凝过程持续进行，提高了絮体密实度。

18、本发明的有益效果：

19、（1）通过三甲基硅醇的疏水封端改性作用，将废水中溶解态有机硅转化为不溶态微粒，解决了传统澄清剂对溶解态有机硅去除率低的行业难题，总硅去除率可达88-95.8%，较传统pac/pfs复合澄清剂提高20-30个百分点。

20、（2）多组分协同设计：pac/pfs双无机澄清剂提供强电性中和能力，植酸钠-铁配合物实现缓释絮凝和絮体增密，cpam实现桥联絮凝加速沉降。

21、（3）制备方法中的分步预混保证了三甲基硅醇以微分散态均匀分布于产品中，保证使用效果的稳定性。

22、（4）产品为均一液态制剂，使用方便，可直接计量投加，适用于有机硅生产废水、含硅日化废水等多种含有机硅废水的处理。

1.一种水处理复合澄清剂，其特征在于，以每1000质量份产品计，包含以下组分：聚合氯化铝60-120份；聚合硫酸铁30-60份；植酸钠3-10份；三甲基硅醇8-25份；阳离子聚丙烯酰胺2-8份；余量为水。

2.根据权利要求1所述的复合澄清剂，其特征在于，所述聚合氯化铝的盐基度为60%-90%，al2o3含量≥28%；所述聚合硫酸铁的盐基度为9%-14%，全铁含量≥19%。

3.根据权利要求1所述的复合澄清剂，其特征在于，所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量为600万-1200万，阳离子度为20%-40%；所述三甲基硅醇的纯度≥95%。

4.根据权利要求1所述的复合澄清剂，其特征在于，所述复合澄清剂用于处理含有机硅废水时，总硅去除率≥88%。

5.一种如权利要求1-4任一项所述复合澄清剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤三中b液加入a液的时间为3-8min。

7.一种如权利要求1-4任一项所述复合澄清剂在含有机硅废水处理中的应用，其特征在于，投加量为200-600mg/l，适用于废水ph为5-9的范围。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述含有机硅废水中溶解态有机硅含量以si计为20-150mg/l。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述含有机硅废水来源为有机硅单体生产废水、有机硅下游加工废水或含硅表面活性剂废水中的一种或多种。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用使含有机硅废水的总硅去除率达到88%以上。