一种高效水处理絮凝剂及其制备方法与流程

1.本技术涉及污水处理领域，更具体地说，它涉及一种高效水处理絮凝剂及其制备方法。


背景技术：

2.絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类，其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂。自无机高分子絮凝剂出现以来，在许多国家都得到了不同程度的研究、生产和应用。
3.公开号为cn103833060a，公开日为2014年6月4日的中国专利公开了一种聚合氯化铝的生产方法，其制得的聚合氯化铝的cod去除率最高为68.9％。公开号为cn104761002a，公开日为2015年7月8日的中国专利公开了一种改性聚合硫酸铁的制备工艺，其制得的改性聚合硫酸铁的cod去除率为65.3％。公开号为cn112479329a，公开日为2021年3月12日的中国专利公开了一种聚硅酸铁复合絮凝剂的制备方法，其制得的聚硅酸铁的cod去除率为66.3％。
4.针对上述中的相关技术，发明人发现，无机高分子絮凝剂的絮凝效果仍有待提高。


技术实现要素：

5.为了提高水处理剂的絮凝效果，提高水处理剂的去污效率，本技术提供一种高效水处理絮凝剂及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种高效水处理絮凝剂，采用如下的技术方案：一种高效水处理絮凝剂，由聚合氯化铝和聚硅酸混合组成；所述高效水处理絮凝剂中，按摩尔比计算，al:si＝(0.5～3):1。
7.通过采用上述技术方案，聚合氯化铝和聚硅酸均为无机高分子絮凝剂，将二者结合通过物理交联得到聚硅酸氯化铝，并通过控制al与si的摩尔比，来充分发挥水处理絮凝剂聚硅酸氯化铝的絮凝效果。
8.由性能检测可知，本技术的高效水处理絮凝剂具有较高的除油率及cod去除率，且絮凝速率较快，在搅拌完毕静置30min后即可基本达到最终絮凝效果。相比于聚合氯化铝和聚硅酸等其他无机高分子絮凝剂而言，其絮凝效果和絮凝速率均有不同程度的提升。
9.当al的摩尔占比低于上述范围时，由于絮凝剂中al
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较少，降低了絮凝剂的电荷量，从而降低了絮凝效果；当al的摩尔占比高于上述范围时，大量的al
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会吸附在悬浮颗粒物表面，从而使得悬浮颗粒物带正电荷，受静电排斥作用而导致絮凝剂的絮凝效果降低。
10.优选的，所述高效水处理絮凝剂中，按摩尔比计算，al:si＝(0.7～1.2):1。
11.通过采用上述技术方案，通过对絮凝剂中al和si摩尔比的进一步优化，提高了絮凝剂的絮凝效果，使得絮凝剂的除油率和cod去除率明显提高。经性能检测可知，当al和si的摩尔比在上述范围时，60min除油率可达67.23～69.12％，60mincod去除率可达76.25～78.01％。其中，al与si的最优摩尔比为1:1。
12.优选的，所述聚合氯化铝的制备方法为：将铝箔酸与铝酸钙粉按重量比(4～9):1混合，并在90～100℃下搅拌混匀，即得。
13.通过采用上述技术方案，本技术通过使用工业废弃物铝箔酸制备聚合氯化铝，不仅降低了原料成本，还将工业废弃物进行了再生利用，有利于环保。通过控制铝箔酸与铝酸钙粉的重量比，保证了制得的聚合氯化铝的眼季度和al2o3含量，从而保证了聚合氯化铝以及最终产品高效水处理絮凝剂的絮凝效果。
14.优选的，所述聚合氯化铝的制备方法中，所述铝箔酸与铝酸钙粉混合重量比为(4～6):1。
15.通过采用上述技术方案，通过对聚合氯化铝制备过程中的铝箔酸与铝酸钙粉配比的进一步优化，进一步提高了水处理絮凝剂的絮凝效果，经性能检测可知，60min除油率可达67.15～70.19％，60mincod去除率可达76.55～78.87％。
16.优选的，所述聚合氯化铝的盐基度为50～80％；al2o3的含量为10～12％。
17.通过采用上述技术方案，将聚合氯化铝的盐基度和al2o3含量控制在上述范围，可保证聚合氯化铝以及聚硅酸氯化铝的絮凝效果。
18.优选的，所述聚硅酸的制备方法为：将硅酸钠与去离子水混合得到混合液，控制混合液中sio2的含量为2～4％，后调节ph至4～8，在20～40℃下保温反应，即得。
19.通过采用上述技术方案，通过控制混合液中sio2含量，以及反应的ph和时间，进一步提高聚硅酸的聚合效果，从而保证了最终产物聚硅酸氯化铝的絮凝效果。
20.优选的，所述聚硅酸的制备方法中，控制混合液中sio2的含量为2.2～2.5％。
21.通过采用上述技术方案，通过对聚硅酸制备过程中混合液sio2含量的进一步优化，提高了水处理絮凝剂的絮凝效果。经性能检测可知，当混合液中sio2含量在上述范围时，制得的絮凝剂的60min除油率可达71.01～72.79％，60mincod去除率可达79.88～81.23％。
22.优选的，所述聚硅酸的制备方法中，调节ph至5～6。
23.通过采用上述技术方案，通过对聚硅酸反应ph的优化，使得聚硅酸的聚合更加充分，进而提高水处理絮凝剂的絮凝效果。当ph较低或较高时，均会对絮凝效果产生影响。
24.优选的，所述聚硅酸的制备方法中，保温反应的温度为28～32℃。
25.通过采用上述技术方案，通过对聚硅酸反应温度的优化，加快了聚硅酸的聚合速度，使制得的聚硅酸氯化铝具有更好的絮凝效果。
26.第二方面，本技术提供一种高效水处理絮凝剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种高效水处理絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：s1，将聚合氯化铝加入聚硅酸中，在18～22℃下搅拌8～12min，然后升温至26～28℃，继续搅拌5～10min，得到预混液；s2，将预混液在30～35℃的温度下，熟化2～5h，即得。
27.通过采用上述技术方案，本技术通过分步阶段性升温搅拌，进一步提高了水处理絮凝剂的絮凝效果，同时提高了絮凝剂的絮凝速率。本技术的制备步骤过程简单，条件易于控制，可大规模工业化生产。
28.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用聚合氯化铝和聚硅酸为原料，二者通过物理交联的方式，得到
聚硅酸氯化铝水处理絮凝剂，制得的水处理絮凝剂具有较好的絮凝效果，经性能检测可知，60min除油率可达65％以上，60mincod去除率可达75％以上，远高于相关技术中的无机絮凝剂，同时，絮凝速率较快，30min内即可达到较好的絮凝效果；2、本技术使用工业废弃物铝箔酸来制备聚合氯化铝，不仅降低了原料成本，还将废弃物资源进行了有效利用，实现了可持续发展，并且，在90～100℃的条件下即可制得聚合氯化铝，而同类产品多使用氢氧化铝在120℃下酸溶后，再和铝酸钙粉反应制得，由此可见，本技术的聚合氯化铝的制备方法还可降低能耗；3、本技术通过对聚硅酸制备方法中sio2含量、反应ph以及反应温度的控制，使聚硅酸充分聚合，从而提高了最终产物絮凝剂的絮凝效果；4、本技术的制备方法他通过阶段式升温的方式进行搅拌聚合，不仅提高了制得的水处理絮凝剂的絮凝效果，还提高了絮凝剂的絮凝速率。
具体实施方式
29.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
30.本技术的各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售：铝箔酸为废旧铝箔的酸洗液，其中alcl3含量为4～7％，hcl含量为24～30％。
31.性能检测试验水样：取含油废水作为试验水样，经检测，该含油废水中，含油量为3.374mg/l，cod含量为184.23mg/l。
32.试验组处理方法：取试验水样100ml，调节ph为8，加入1ml实施例及对比例制得的絮凝剂，在300r/min的转速下快速搅拌3min，然后在150r/min的转速下中速搅拌8min，最后在40r/min的转速下慢速搅拌10min，静置沉降，分别测量静置10min、20min、30min、60min后试验水样中的含油量及cod，并计算除油率和cod去除率。
33.空白组处理方法：与试验组处理方法除不加入絮凝剂外，其它条件均相同。
34.实施例及对比例实施例1一种高效水处理絮凝剂，由聚合氯化铝和聚硅酸混合组成，其制备方法为：s1，将聚合氯化铝加入聚硅酸中，在20℃下搅拌10min，然后升温至26℃，继续搅拌8min，得到预混液；s2，将预混液在30℃的温度下，熟化5h，即得。
35.经测定，本实施例制得的高效水处理絮凝剂中，按摩尔比计算，al:si＝0.5:1。
36.本实施例中，聚合氯化铝为市售的液体聚合氯化铝，al2o3的含量为10％；聚硅酸为市售的聚硅酸絮凝剂，sio2的含量为2.5％。
37.实施例2-5一种高效水处理絮凝剂，与实施例1的不同之处在于：高效水处理絮凝剂中al和si的摩尔比不同，具体如表1所示。
38.对比例1一种聚合氯化铝絮凝剂，根据公开号为cn103833060a，公开日为2014年6月4日的中国专利中实施例4的制备步骤制备获得。
39.对比例2
一种改性聚合硫酸铁，根据公开号为cn104761002a，公开日为2015年7月8日的中国专利中实施例3的制备步骤制备获得。
40.对比例3一种聚硅酸铁，根据公开号为cn112479329a，公开日为2021年3月12日的中国专利中实施例4的制备步骤制备获得。
41.对比例4一种聚合氯化铝，为市售的液体聚合氯化铝，al2o3的含量为10％。
42.对比例5一种聚硅酸，为市售的聚硅酸絮凝剂，sio2的含量为2.5％。
43.公开号为cn103833060a，公开日为2014年6月4日的中国专利公开了一种聚合氯化铝的生产方法，其制得的聚合氯化铝的cod去除率最高为68.9％。公开号为cn104761002a，公开日为2015年7月8日的中国专利公开了一种改性聚合硫酸铁的制备工艺，其制得的改性聚合硫酸铁的cod去除率为65.3％。公开号为cn112479329a，公开日为2021年3月12日的中国专利公开了一种聚硅酸铁复合絮凝剂的制备方法，其制得的聚硅酸铁的cod去除率为66.3％。
44.表1实施例1-5及对比例1-5的性能检测结果
由表1数据可知，本技术实施例1-5制得的水处理絮凝剂具有较高的除油率和cod去除率，絮凝效果较好，且在静置30min后，絮凝效果已基本达到最大值，在静置60min后，除油率均高于65％，cod去除率均高于75％。通过进一步分析可知，当水处理絮凝剂中按摩尔比计算，al:si＝1:1时，絮凝效果最好。分析其原因可能是由于，当al含量较低时，其无法完全中和试样中悬浮颗粒物所带的负电荷，而当al含量较高时，吸附在悬浮颗粒物上的al
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使得颗粒物带有正电荷，受静电排斥作用而降低了絮凝效果。
45.相对实施例来说，对比例1-5中的絮凝剂的絮凝效果均有不同程度的降低，除油率最高仅为53％，cod去除率最高仅为69％，同时，在静置30min后，絮凝效果与静置60min的絮凝效果相差较多。由此表明了，本技术制得的高效水处理絮凝剂不仅絮凝效果好，而且絮凝速率较快。
46.实施例6一种高效水处理絮凝剂，与实施例3的不同之处在于，聚合氯化铝和聚硅酸均为自制。
47.聚合氯化铝的制备方法为：将铝箔酸与铝酸钙粉按重量比4:1混合，并在90℃下搅拌混匀，即得。
48.经测定，本实施例制得的聚合氯化铝的盐基度为50.70％，al2o3的含量为10.09％。
49.聚硅酸的制备方法为：将硅酸钠与去离子水混合得到混合液，控制混合液中sio2的含量为2％，后加入质量浓度为5％的盐酸调节ph至4，在20℃下保温反应30min，即得。
50.实施例7-9一种高效水处理絮凝剂，与实施例6的不同之处在于，聚合氯化铝的制备方法中，铝箔酸与铝酸钙粉的重量比不同，具体如表2所示。
51.经检测，实施例7-9制得的聚合氯化铝的盐基度均在50～80％范围内，al2o3的含量均在10～12％的范围内。
52.表2实施例3及实施例6-9的性能检测结果9的性能检测结果由表2数据可知，本技术采用工业废弃物铝箔酸制备聚合氯化铝，最终得到的水处理絮凝剂的絮凝效果与采用市售的聚合氯化铝而言具有相近的絮凝效果和絮凝速率。并且在制备聚合氯化铝的过程中，铝箔酸与铝酸钙粉的较优重量比为(4～6):1，尤其是当铝箔酸与铝酸钙粉的混合重量比为5:1时，制得的水处理絮凝剂具有更好的絮凝效果。
53.实施例10-13一种高效水处理絮凝剂，与实施例7的不同之处在于，聚硅酸的制备方法中，混合液中sio2的含量不同，具体如表3所示。
54.表3实施例7及实施例10-13的性能检测结果
由表3数据可知，在聚硅酸的制备过程中，控制sio2的含量可改变最终水处理絮凝剂的絮凝效果，当混合液中sio2的含量为2.2～2.5％时，得到的水处理絮凝剂具有更好的絮凝效果，60min除油率可达到71％以上，60mincod去除率可达79％以上。
55.实施例14-16一种高效水处理絮凝剂，与实施例7的不同之处在于，聚硅酸的制备方法中，反应ph不同，具体如表4所示。
56.表4实施例7及实施例14-16的性能检测结果由表4数据可知，在制备聚硅酸的过程中，当反应ph为酸性，且具体为5～6时，可明显提高制得的高效水处理絮凝剂的絮凝效果，有效提高除油率及cod去除率，使得60min除
油率可达72％以上，60min cod去除率可达81％以上，明显高于ph为4或8的得到的水处理絮凝剂。
57.实施例17-20一种高效水处理絮凝剂，与实施例7的不同之处在于，聚硅酸的制备方法中，保温反应温度不同，具体如表5所示。
58.表5实施例7及实施例17-20的性能检测结果20的性能检测结果由表5数据可知，在聚硅酸的制备过程中，可通过调节反应温度来提高最终制得的水处理絮凝剂的絮凝效果。当聚硅酸制备过程的反应温度为28～32℃时，可明显提高水处理絮凝剂的絮凝效果，使得絮凝剂的60min除油率可高达72％以上，60mincod去除率可高达81％以上。
59.实施例21一种高效水处理絮凝剂，与实施例1的不同之处在于，高效水处理絮凝剂的制备步骤s2中，熟化温度和时间不同，本实施例中，熟化温度为35℃，熟化时间为2h。
60.对比例6一种水处理絮凝剂，与实施例1的不同之处在于，高效水处理絮凝剂的制备步骤s2中，熟化温度不同，本实施例中，熟化温度为25℃。
61.对比例7一种水处理絮凝剂，与实施例1的不同之处在于，高效水处理絮凝剂的制备步骤s2中，熟化温度不同，本实施例中，熟化温度为40℃。
62.对比例8一种水处理絮凝剂，与实施例1的不同之处在于，高效水处理絮凝剂的制备步骤s1中，未采用阶段性升温搅拌，本实施例中，s1的具体步骤为：将聚合氯化铝加入聚硅酸中，在25℃下搅拌18min，得到预混液。
63.表6实施例1、实施例21及对比例6-8的性能检测结果由表6数据可知，在水处理絮凝剂的制备过程中，熟化温度在30～35℃时，制得的水处理絮凝剂具有更好的絮凝效果，当熟化温度低于30℃或高于35℃时，均会对水处理絮凝剂的絮凝效果产生影响。由此表明了，本技术通过控制熟化时间，促进了水处理絮凝剂的絮凝效果，提高了除油率和cod去除率。
64.通过对比实施例1和对比例8，并结合表6数据可知，本技术实施例1在步骤s1中采用阶段性升温搅拌的方式制备预混液，提高了制得的水处理絮凝剂的絮凝效果，且提高了水处理絮凝剂的絮凝速率。
65.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。