一种工业废水处理用复合混凝剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种废水处理用复合混凝剂及其制备方法。


背景技术：

2.随着国家经济发展，工业废水排放量大幅度提升，工业废水是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业废水排放量大、污染物种类繁多、成分复杂，一旦这些工业废水排入自然水体中，会造成严重的水质污染，从而最终引起一系列环境问题以及水资源短缺。
3.对于工业废水的处理一般包括生物法、物理沉淀法、混凝沉淀法、高级氧化法等多种方法，其中混凝沉淀法在众多的处理技术中以操作简单、处理效果好、成本低等优点而得到广泛应用，并逐渐发展为工业废水处理的重要处理方法之一。目前普遍采用的混凝法是通过投加铝盐或者铁盐类型混凝剂来使废水中污染物从水中分离形成小絮团，通过后续絮凝剂絮凝成大的絮团，最后通过沉淀池或者气浮等固液分离方法进行固液分离，以达到处理废水分离其中污染物的目的。混凝法的关键在于所使用的混凝剂，现有的用于工业废水处理的混凝剂一般采用聚合硫酸铁或聚合氯化铝作混凝剂，其性能单一，适用范围较窄，使用量大，导致最终形成污泥量过多，而且降cod能力较差，脱色效果不理想，出水水质不稳定，较难达到排放标准。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种工业废水处理用复合混凝剂，其可对不同废水水质均有良好的混凝处理效果，特别是在脱色、cod去除方面效果显著，投加量少，运行时间短，分离沉淀快，污泥量少；此外，本发明还提供一种工业废水处理用复合混凝剂的制备方法。
5.为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
6.本发明的第一方面，提供一种工业废水处理用复合混凝剂，包括如下质量份的组分：改性阳离子混凝剂100份、强氧化剂1-5份、膨润土5-10份、改性粉煤灰30-50份、复配无机盐4-10份；
7.所述改性阳离子混凝剂的制备过程如下：
8.(1)将六水氯化铝溶解于0.1-0.5mol/l的盐酸溶液中，配置成质量浓度为50％-60％的氯化铝水溶液；
9.(2)将丙烯酰胺和步骤(1)中得到的氯化铝水溶液加入至反应容器中，丙烯酰胺的加入量为六水氯化铝质量的10-15％，搅拌混合，并通入氮气驱氧10-20min；
10.(3)再将溶解后的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和质量浓度为5-10％的氢氧化钙溶液依次滴加至步骤(2)中通氮气保护的反应容器中，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的加入量为六水氯化铝质量的0.1-0.3％，氢氧化钙的加入量为六水氯化铝质量的2-5％，继续通氮
气保护，在温度为50-60℃，搅拌条件下，反应3-6h，即可制得改性阳离子混凝剂。
11.在改性阳离子混凝剂的制备过程中，将丙烯酰胺和氯化铝作为反应单体，丙烯酰胺与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵发生聚合生成聚丙烯酰胺，同时氯化铝在碱性条件下发生水解反应形成聚合氯化铝，由于两者同时发生聚合反应，聚丙烯酰胺与聚合氯化铝形成络合结构，从而使得聚合氯化铝中的al
3
不会从体系中溶出，提高了混凝剂的稳定性；而且最终制得的混凝剂具有无机-有机复配结构，聚合氯化铝在水中形成带有正电荷的水解羟基离子，具有较强的吸附电中和以及压缩双电层能力，有助于水中胶体的脱稳，聚丙烯酰胺具有环状、链状结构，并且带有亲水基团，具有很强的吸附架桥能力，使用量少，可使胶体脱稳，固液分离效果好，同时也有利于对重金属离子的吸附。
12.其中，所述复配无机盐为质量比为1：(3-8)：(2-5)的cacl2、mgcl2和fecl3混合物。
13.加入的钙盐、镁盐和铁盐，其与水中悬浮胶粒相互粘合使其形成更大的聚合体，这样使得沉降速度更快。
14.其中，所述强氧化剂为氯酸钠或高锰酸钾。选用氯酸钠、高锰酸钾强氧化剂，可有效氧化工业废水中的有机污染物，从而改变其结构，使其降解、易于分离或被吸附而除去。
15.其中，所述改性粉煤灰的制备过程如下：将粉煤灰加入至质量浓度为20-30％的酸溶液中，在搅拌状态下充分进行酸浸反应4-6h，然后进行离心、清水清洗，即得改性煤灰粉。
16.通过对粉煤灰进行酸浸处理，在其表面形成了许多孔洞，提高了粉煤灰的比表面积，进而提升了其对废水中的絮凝物质的吸附作用，助沉效果好。
17.其中，所述酸溶液为硫酸或盐酸溶液。
18.本发明的第二方面，提供一种上述工业废水处理用复合混凝剂的制备方法，包括以下步骤：
19.s1、将强氧化剂、膨润土、改性粉煤灰、复配无机盐按照相应的质量配比混合，并粉碎至100-200目；
20.s2、将改性阳离子混凝剂配置成质量浓度为12-15％的溶液；
21.s3、在搅拌条件下将步骤s2中配置的改性阳离子混凝剂溶液加入至步骤s1中经粉碎混合处理后的原料混合物中，在50-60℃下混合反应2-3h，即得工业废水处理用复合混凝剂。
22.本发明的第三方面，提供一种上述工业废水处理用复合混凝剂的应用工艺，在对工业废水进行混凝处理阶段，先向工业废水中加入ca(oh2)调节其ph值在6-8之间，然后投加所述工业废水处理用复合混凝剂，使得工业废水处理用复合混凝剂在工业废水中的质量浓度为0.1-0.3％。
23.其中，向工业废水中加入工业废水处理用复合混凝剂后，经机械搅拌10-20min，然后静置沉淀20-30min。
24.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.本发明中选用的改性阳离子混凝剂具有无机-有机复配结构，聚丙烯酰胺与聚合氯化铝形成络合结构，从而使得聚合氯化铝中的al
3
不会从体系中溶出，提高了混凝剂的稳定性，聚合氯化铝在水中形成带有正电荷的水解羟基离子，具有较强的吸附电中和以及压缩双电层能力，有助于水中胶体的脱稳，聚丙烯酰胺具有环状、链状结构，并且带有亲水基团，具有很强的吸附架桥能力，使用量少，可使胶体脱稳，固液分离效果好，同时也有利于对
重金属离子的吸附；强氧化剂的加入可有效氧化工业废水中的有机污染物，从而改变其结构，使其降解、易于分离或被吸附而除去；膨润土和改性粉煤灰的加入可有效吸附水中的胶体和小分子有机物，并促进絮凝物质的形成，助沉效果好；复配无机盐的加入可与水中悬浮胶粒相互粘合使其形成更大的聚合体，这样使得沉降速度更快。
26.本发明中的工业废水处理用复合混凝剂兼具有氧化、吸附和絮凝多重作用，混凝效果好，投加量少，运行时间短，分离沉淀快，污泥量少，可适应不同水质的工业废水，适用范围广，其对工业废水中cod的去除率达到70-80％，而且脱色效果好，处理出水达到国家排放标准。
附图说明
27.下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。
28.图1为本发明中改性阳离子混凝剂的制备工艺流程图；
29.图2为本发明中工业废水处理用复合混凝剂的制备工艺流程图；
30.图3为本发明中实施例1-5制得产品的cod值变化柱形图；
31.图4为本发明中实施例1-5制得产品的色度变化柱形图；
32.图5为本发明中实施例1-5制得产品及现有混凝剂产品的cod值变化折线图；
33.图6为本发明中实施例1-5制得产品及现有混凝剂产品的色度变化折线图。
具体实施方式
34.实施例1
35.本实施例中工业废水处理用复合混凝剂的组分如下：改性阳离子混凝剂1000g、强氧化剂(氯酸钠或高锰酸钾)20g、膨润土60g、改性粉煤灰360g、复配无机盐40g。
36.其中，复配无机盐为质量比为1：3：4的cacl2、mgcl2和fecl3混合物。
37.改性阳离子混凝剂的制备过程，如图1所示：
38.(1)将六水氯化铝溶解于0.2mol/l的盐酸溶液中，配置成质量浓度为58％的氯化铝水溶液；
39.(2)将丙烯酰胺和步骤(1)中得到的氯化铝水溶液加入至反应容器中，丙烯酰胺的加入量为六水氯化铝质量的12％，搅拌混合，并通入氮气驱氧10-20min；
40.(3)再将溶解后的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和质量浓度为9％的氢氧化钙溶液依次滴加至步骤(2)中通氮气保护的反应容器中，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的加入量为六水氯化铝质量的0.15％，氢氧化钙的加入量为六水氯化铝质量的4％，继续通氮气保护，在温度为50-60℃，搅拌条件下，反应3-6h，即可制得改性阳离子混凝剂。
41.改性粉煤灰的制备过程如下：将粉煤灰加入至质量浓度为20-30％的盐酸溶液中，在搅拌状态下充分进行酸浸反应4-6h，然后进行离心、清水清洗，即得改性煤灰粉。
42.上述工业废水处理用复合混凝剂的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
43.s1、将强氧化剂、膨润土、改性粉煤灰、复配无机盐按照相应的质量配比混合，并粉碎至100-200目；
44.s2、将改性阳离子混凝剂配置成质量浓度为12-15％的溶液；
45.s3、在搅拌条件下将步骤s2中配置的改性阳离子混凝剂溶液加入至步骤s1中经粉
碎混合处理后的原料混合物中，在50-60℃下混合反应2-3h，即得工业废水处理用复合混凝剂。
46.实施例2
47.本实施例中工业废水处理用复合混凝剂的组分如下：改性阳离子混凝剂1000g、强氧化剂(氯酸钠或高锰酸钾)40g、膨润土100g、改性粉煤灰300g、复配无机盐60g。
48.其中，复配无机盐为质量比为1：5：2的cacl2、mgcl2和fecl3混合物。
49.改性阳离子混凝剂的制备过程如下：
50.(1)将六水氯化铝溶解于0.5mol/l的盐酸溶液中，配置成质量浓度为50％的氯化铝水溶液；
51.(2)将丙烯酰胺和步骤(1)中得到的氯化铝水溶液加入至反应容器中，丙烯酰胺的加入量为六水氯化铝质量的15％，搅拌混合，并通入氮气驱氧10-20min；
52.(3)再将溶解后的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和质量浓度为6％的氢氧化钙溶液依次滴加至步骤(2)中通氮气保护的反应容器中，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的加入量为六水氯化铝质量的0.2％，氢氧化钙的加入量为六水氯化铝质量的2％，继续通氮气保护，在温度为50-60℃，搅拌条件下，反应3-6h，即可制得改性阳离子混凝剂。
53.改性粉煤灰的制备过程与实施例1相同。
54.上述工业废水处理用复合混凝剂的制备方法可参考实施例1。
55.实施例3
56.本实施例中工业废水处理用复合混凝剂的组分如下：改性阳离子混凝剂1000g、强氧化剂(氯酸钠或高锰酸钾)50g、膨润土80g、改性粉煤灰420g、复配无机盐100g。
57.其中，复配无机盐为质量比为1：6：3的cacl2、mgcl2和fecl3混合物。
58.改性阳离子混凝剂的制备过程如下：
59.(1)将六水氯化铝溶解于0.5mol/l的盐酸溶液中，配置成质量浓度为56％的氯化铝水溶液；
60.(2)将丙烯酰胺和步骤(1)中得到的氯化铝水溶液加入至反应容器中，丙烯酰胺的加入量为六水氯化铝质量的10％，搅拌混合，并通入氮气驱氧10-20min；
61.(3)再将溶解后的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和质量浓度为10％的氢氧化钙溶液依次滴加至步骤(2)中通氮气保护的反应容器中，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的加入量为六水氯化铝质量的0.2％，氢氧化钙的加入量为六水氯化铝质量的4％，继续通氮气保护，在温度为50-60℃，搅拌条件下，反应3-6h，即可制得改性阳离子混凝剂。
62.改性粉煤灰的制备过程采用硫酸溶液进行处理，其余步骤与实施例1相同。
63.上述工业废水处理用复合混凝剂的制备方法可参考实施例1。
64.实施例4
65.本实施例中工业废水处理用复合混凝剂的组分如下：改性阳离子混凝剂1000g、强氧化剂(氯酸钠或高锰酸钾)10g、膨润土50g、改性粉煤灰500g、复配无机盐80g。
66.其中，复配无机盐为质量比为1：8：2的cacl2、mgcl2和fecl3混合物。
67.改性阳离子混凝剂的制备过程如下：
68.(1)将六水氯化铝溶解于0.1mol/l的盐酸溶液中，配置成质量浓度为50％的氯化铝水溶液；
69.(2)将丙烯酰胺和步骤(1)中得到的氯化铝水溶液加入至反应容器中，丙烯酰胺的加入量为六水氯化铝质量的13％，搅拌混合，并通入氮气驱氧10-20min；
70.(3)再将溶解后的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和质量浓度为5％的氢氧化钙溶液依次滴加至步骤(2)中通氮气保护的反应容器中，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的加入量为六水氯化铝质量的0.3％，氢氧化钙的加入量为六水氯化铝质量的3％，继续通氮气保护，在温度为50-60℃，搅拌条件下，反应3-6h，即可制得改性阳离子混凝剂。
71.改性粉煤灰的制备过程与实施例1相同。
72.上述工业废水处理用复合混凝剂的制备方法可参考实施例1。
73.实施例5
74.本实施例中工业废水处理用复合混凝剂的组分如下：改性阳离子混凝剂1000g、强氧化剂(氯酸钠或高锰酸钾)30g、膨润土70g、改性粉煤灰460g、复配无机盐50g。
75.其中，复配无机盐为质量比为1：4：5的cacl2、mgcl2和fecl3混合物。
76.改性阳离子混凝剂的制备过程如下：
77.(1)将六水氯化铝溶解于0.4mol/l的盐酸溶液中，配置成质量浓度为60％的氯化铝水溶液；
78.(2)将丙烯酰胺和步骤(1)中得到的氯化铝水溶液加入至反应容器中，丙烯酰胺的加入量为六水氯化铝质量的12％，搅拌混合，并通入氮气驱氧10-20min；
79.(3)再将溶解后的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和质量浓度为8％的氢氧化钙溶液依次滴加至步骤(2)中通氮气保护的反应容器中，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的加入量为六水氯化铝质量的0.1％，氢氧化钙的加入量为六水氯化铝质量的2％，继续通氮气保护，在温度为50-60℃，搅拌条件下，反应3-6h，即可制得改性阳离子混凝剂。
80.改性粉煤灰的制备过程与实施例1相同。
81.上述工业废水处理用复合混凝剂的制备方法可参考实施例1。
82.本发明中实施例1-5中制得的工业废水处理用复合混凝剂进行絮凝效果测试，具体测试过程如下：
83.(1)量取多份经过初步处理后的工业废水，每份1000ml，水质情况为：cod为220mg/l，色度为240倍；
84.(2)在搅拌条件下向工业废水中加入ca(oh2)调节其ph值在6-8之间；
85.(3)然后再分别向其中加入各实施例中工业废水处理用复合混凝剂，加入的混凝剂在工业废水中的质量浓度为0.1-0.3％，同时启动搅拌器搅拌10-20min，然后静置沉淀20-30min，最后分别测试水样的cod值、色度，cod测定采用重铬酸钾法，色度测定采用铂钴比色法。
86.测试结果如图3和图4所示，经混凝处理后出水水质中cod值为40-60mg/l，色度在40-50倍左右，根据《污水综合排放标准(gb8978-1996)》，这两项主要指标均可达标排放。
87.为了证明本发明中复合混凝剂的混凝能力，在同样的测试条件下将本发明中的复合混凝剂与现有技术中的聚合氯化铝(pac)、聚丙烯酰胺(pam)常规混凝剂进行对比。
88.测试结果如图5和图6所示，本发明产品对工业废水中cod值和色度的去除效果均优于其他市售混凝剂。
89.本发明中的工业废水处理用复合混凝剂兼具有氧化、吸附和絮凝多重作用，混凝
效果好，投加量少，运行时间短，分离沉淀快，污泥量少，可适应不同水质的工业废水，适用范围广，其对工业废水中cod的去除率达到70-80％，而且脱色效果好，处理出水达到国家排放标准。
90.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。