多形态聚合氯化铝铁生产方法

• 混凝剂是一种可用来有效分离引起水污染的细小悬浮颗粒的化学药剂。不易从水中分离的细小颗粒，可通过混凝使它们变为易于分离的絮体，从而从水中分离出来。混凝剂大体上可分为无机混凝剂和髙分子混凝剂。使用无机混凝剂的历史可追溯到古埃及，那时，人们使用铝盐（用硫酸铝，碱金属等制备的复盐）来处理饮用水。即使在今天，铝盐仍然是—种常见的无机混凝剂。今天化学处理在给水和污水处理中仅仅是一个非常重要的单元。混凝剂的主要品种仍然是铁盐和铝盐。混凝机理在很多教科书中都有阐述，主要是建立在双电层理论上的脱稳和混凝。胶体双电层理论虽然已有100多年的历史，但它仍然是这混凝过程的理论基础。随着全球污染的加剧，目前单纯的混凝己不是原有基础上简单去除胶体物质的概念。现在最容易去除的是胶体物质，而我们面临的挑战是水体中痕迹量为污染物。现在国家饮用水标准要求检测的指标已经达到95种，美国给水排水协会的饮用水标准要求检测350多项指标。实际上这是远远不够的。现在确定结构的化合物超过1000万种，商业化生产的产品有几万种，而且这些物质绝大多数都是人工合成化合物。在合成过程中，尤其是有机物的合成中，如果从原料到产品的转化率是99%剩下的1%副产物中我们可以鉴定结构的物质却寥寥无几，例如煤焦油的分离过程。很多副产物都以固体、液体或气体的形式进入环境。进入水体的物质多数是以真溶液形式存在于溶液中，往往采用常规混凝的方法无法去除这些物质。为了适应这种形势，现在很多研究人员都在积极开发研究多种复合型混凝剂或者絮凝剂，在这方面国内的研究相当活跃。近几年国外已经开始研究吸附型混凝剂，例如在混凝剂中加入超微粉吸附剂，如粉末活性炭、硅藻土、活性黏土等，这样吸附剂可以与混凝剂协同作用，达到去除胶体和分子分散状态物质的目的。这种新型混凝剂完全不同于目前的混凝剂，对含有一定量油的悬浮物质，这些悬浮物质可以达到吸附和助凝的效果，提髙去除市政污水和低温低浊原水的吸附、沉降速度，弥补目前常规聚合氯化铝铁、聚合硫酸铁等在处理两类水中絮凝体轻、沉降速度慢的缺陷。目前多态聚合氯化铝铁作为混凝剂国内还没报道。
  多形态的聚合氯化铝铁是以聚合氯化铝铁为原料，其组分的重量比为：
  聚合氯化铝铁 100
  硅酸钠 1-8
  超细微粉 0.5-3.5
  本发明较佳的重量比为：
  聚合氯化铝铁 100
  硅酸钠 2-4
  铝酸钙 7-10
  超细微粉 1.5-2.5
  本发明中，超细微粉为含铝含硅改性的粘土。
  本发明的制备方法为：按上述组份配比在聚四氟乙烯聚合釜内加入聚合氯化铝铁溶液与硅酸钠溶液，在20-150℃温度下，搅拌混合20分钟-2小时，然后在85-130℃下，加入铝酸钙，继续搅拌2-4小时，搅拌结束，过滤，得到淡黄色液体，再加入超细微粉，混合均匀，即得到多态聚合氯化铝铁。
  本发明的产物指标如下：氧化铝含量6-11%，氧化铁含量1-4%，氧化硅含量0.3-0.6%，超细微粉含量1-3%。
  本发明制备的多态聚合氯化铝铁的特点是含有硅，且一般控制氧化硅的含量在0.45%。在水处理的过程中，当多态聚合氯化铝铁产品投加到水中后，由于硅酸参与铁盐水解离子的聚合过程，从而形成更大分子量的聚合物，因而在吸附和架桥絮凝过程中可以更大优势发挥大分子的絮凝效果。本发明形成的产物中含有阳离子铝聚合体、聚合硅酸、超细微粉以及阳离子聚合物粒径成连续的多态聚合物（1纳米-20微米），因此对某些重金属离子及C0D、色度、恶臭等均有显著的去除效果，尤其是对于低温低浊度水的处理效果更佳。而且对于有机物含量高的市政废水，由于聚硅硫酸铁的水解和絮体形成速度快，矶花密实，沉降速度快 ,同样具有较好的处理效果。这种现象与硅酸协同聚氯化铝的作用相同。而且本发明的投加量只有普通聚合氯化铝铁的20%，可以大大节省运行成本。
  本发明制备方法简单，原料易得，成本低，处理效果好，具有广泛的开发价值和应用前景。
  具体实施方式
  实施例1：在容积为2000ml的聚四氟乙烯聚合釜内加入1000g盐基度5%含氧化铝6%，氧化铁3%的聚合氯化铝铁溶液与15g硅酸钠（水玻璃，模数为3.0）溶液，在20-80℃温度下，于350转/分钟转速下混合2小时，然后在85℃下，加入铝酸钙50g（氧化铝含量42%，氧化硅含量7%），搅拌2-4小时。反应结束后过滤得到淡黄色液体1100g，然后再加入含铝含硅改性的粘土5g，混合均匀，即得到多态聚合氯化铝铁。
  实施例2：在容积为2000ml的聚四氟乙烯聚合釜内加入1000g盐基度8%含氧化铝6%，氧化铁3%的聚合氯化铝铁溶液与25g硅酸钠（水玻璃，模数为3.0）溶液，在80℃温度下，于500转/分钟转速下混合30分钟，然后在85℃下，加入铝酸钙80g（氧化铝含量44%氧化硅含量6%），搅拌2小时。反应结束后过滤得到淡黄色液体1100g，然后再加入含铝含硅改性的粘土20g，混合均匀，即得到多态聚合氯化铝铁。产物指标如下，氧化铝含量9.1%，氧化铁1.9%氧化硅含量0.45%，超细微粉1.97%。
  实施例3：在容积为2000ml的聚四氟乙烯聚合釜内加入1000g盐基度3%含氧化铝10%，氧化铁2%的聚合氯化铝铁溶液与80g硅酸钠（水玻璃，模数为3.0）溶液，在150℃温度下，于450转/分钟转速下混合1.2小时，然后在130℃下，加入铝酸钙140g（氧化铝含量42%，氧化硅含量7%），搅拌3.5小时。反应结束后过滤得到淡黄色液体1100g，然后再加入含铝含硅改性的粘土35g，混合均匀，即得到多态聚合氯化铝铁。
  性能测试实验
  以实施例2中的产物和常规液体聚合氯化铝铁（氧化铝含量10.1%，氧化铁0.9%；盐基度80%）为混凝剂，进行污水和原水处理对比试验。将上述混凝剂配制成1%的水溶液。利用六联烧杯实验搅拌仪，进行对比实验。处理水样体积为1000ml。混凝剂投加量均为60mg/L。投加混凝剂后，首先在300转/分钟，搅拌1分钟，然后在50转/分钟搅拌10分钟，再静止10分钟后，由烧杯中部取上清液，测定处理后指标。
  污水处理结果：

  指标	化学需氧量（mg/L）	生化需氧量（mg/L）	悬浮固体（mg/L）	NH3(mg/L)	总P(mg/L)
  原水	420	70	89	31	12.5
  聚合氯化铝铁（60mg/L）	154	32	6	27	2.4
  去除率（％）	63	54.3	93.2	12.9	80.8
  多态聚合氯化铝铁（60mg/L）	121	23	2	23	1.1
  去除率（％）	71.2	67.1	97.8	25.8	91.2

  原水处理结果（混凝剂投加量10mg/L，水温5°C）；

  指标	浊度NTU
  原水	6
  聚合氯化铝铁（10mg/L）	1.7
  多态聚合氯化铝铁（10mg/L）	0.4