CN107686139A - 一种水处理复合药剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水处理复合药剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水处理复合药剂及其制备方法和应用，所述水处理复合药剂按质量百分含量包括如下组分：聚合氯化铝40～60％、聚合硫酸铁20～40％、聚乙烯基咪唑啉5～10％、次氯酸钙5～10％和矿物废渣10～15％；所述原料的质量百分比之和为100％。本发明所述的水处理复合药剂既发挥了无机絮凝剂迅速压缩双电层，形成絮体强度大的特点；又发挥了有机高分子絮凝剂架桥、网补、卷扫能力强，絮体大的特点；同时以矿物废渣为吸附剂深度处理焦化废水，具有成本低廉、以废治废的特点；能够有效降低水的色度，能使水质颜色达到更高的要求，有效去除水中悬浮物，处理效果好，对污水中各项金属离子去除率高。投药过程简单方便，药剂种类少，药剂用量小。

Description

一种水处理复合药剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种水处理复合药剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前污水处理技术主要有物理化学方法、生物化学方法、高级氧化法。物理化学方法主要有混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、烟道气法、溶剂萃取法、超声法。其中混凝法是向废水中加入混凝剂并使之水解产生水合配离子及氢氧化物胶体，中和废水中某些物质表面所带的电荷，使这些带电物质发生凝集。混凝法的关键在于混凝剂，传统的混凝剂有铝盐、铁盐、聚铝、聚铁和聚丙烯酰胺等。
常用的絮凝剂分为无机絮凝剂与有机絮凝剂两类。其中高分子无机絮凝剂及高分子有机絮凝剂的分子量高，可以更好的与水中胶体颗粒、悬浮物凝聚成无定形絮凝物沉淀下来。将高分子无机絮凝剂与高分子有机絮凝剂复配使用，可以大大提高絮凝剂的聚合度与凝聚力，使沉降速度及吸附效率明显提高。但是，随着工厂排放的废水种类和数量越来越多，水质越来越复杂，单纯的铝盐及铁盐类无机高分子絮凝剂已不能满足废水处理过程中提出的越来越高的要求，而有机絮凝剂对有机物去除能力强，但单价较高，对其他杂质如磷酸根效果不明显。
CN103663646A公开了一种用于处理造纸废水的絮凝剂，由以下重量份的原料组成：聚合氯化铁20-25份、羧甲基淀粉钠10-15份、聚乙烯基咪唑啉8-11份、次氯酸钠7-9份。该絮凝剂虽然组成较简单，但组分效能发挥不全，所能达到的去污效果仍旧有所欠缺，并且只能应用于造纸厂的污水处理中，对于其他种类废水的处理效果有待考量，处理废水种类窄，限制了其应用。
目前，急需一款絮凝效果好，除杂能力强，可应对不同种类的废水处理的复合药剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水处理复合药剂及其制备方法和应用，克服现有水处理药剂的絮凝效果差的缺陷，提供一种处理污染物范围广，成本低、效果好，生产原料来源广，且腐蚀小、操作简单的水处理药剂。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种水处理复合药剂，所述水处理复合药剂按质量百分含量包括如下组分：
所述原料的质量百分比之和为100％。
本发明创造性的将聚合氯化铝与聚合硫酸铁配合使用，二者合理搭配，协同增效，发挥絮凝共沉作用，形成絮体强度大；所述的水处理复合药剂中包括次氯酸钙，次氯酸钙离解产生的次氯酸具有极强的氧化性，次氯酸钙可以分解有机物，减少有机物的含量，提高絮凝效果；又在水处理复合药剂中加入了聚乙烯基咪唑啉和矿物废渣，聚乙烯基咪唑啉絮凝速度快，脱色效果好，矿物废渣又可以吸附难絮凝沉淀的有机物和重金属，二者结合使用，一方面，可以与聚合氯化铝与聚合硫酸铁配合，进一步增加絮凝速度，增大卷扫能力，使絮体加快沉淀，另一方面与次氯酸钙配合，应对难以处理的有机物，分解或吸附有机物，大大的减少了有机物的污染，并且还有脱色的作用。
在本发明中，所述聚合氯化铝的含量为40～60％，例如40％、42％、46％、50％、57％、60％等。
在本发明中，所述聚合硫酸铁的含量为20～40％，例如20％、22％、26％、30％、37％、40％等。
在本发明中，所述聚乙烯基咪唑啉的含量为5～10％，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％等。
在本发明中，所述次氯酸钙的含量为5～10％，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％等。
在本发明中，所述矿物废渣的含量为10～15％，例如10％、11％、12％、13％、14％、15％等。
在本发明中，所述聚合氯化铝为Al2O3含量为28％的聚合氯化铝固体。
优选地，所述聚合硫酸铁为全铁含量为21％的聚合硫酸铁固体。
本发明所述水处理复合药剂中，选取高分子无机絮凝剂中的聚合氯化铝与聚合硫酸铁进行组合使用，二者配合使用可以发挥无极絮凝剂迅速压缩双电层，形成的絮体强度大的特点，以便更好的与水中胶体颗粒、悬浮物凝聚成无定形絮凝物沉淀下来。
进一步地，所述聚乙烯基咪唑啉为聚2-乙烯咪唑啉硫酸盐精制品。
优选地，所述矿物废渣为沸石、硅藻土、粘土矿、膨润土废渣中的任意一种或至少两种的组合。
本发明所述的水处理复合药剂中，同时添加聚乙烯基咪唑啉和矿物废渣，聚乙烯基咪唑啉去油能力强，矿物废渣高效吸附污水中的有机物，二者配合使用，协同增效，使所述复合药剂处理有机物的效果更加强大。同时，二者与其他组分配合，一方面可以进一步加快絮凝，形成沉淀，另一方面与次氯酸钙相配合，减少有机物的污染。并且在本发明中，二者的含量并不是越多越好，添加的含量少，达不到上述良好的效果，添加的含量过高时，反而会破坏与其他组分的配合，使得水处理复合药水的絮凝效果和对有机物的处理能力有所降低。
另一方面，本发明还提供了如上所述的水处理复合药剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌15-25分钟(例如15分钟、18分钟、20分钟、22分钟、25分钟等)，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌10-20分钟(例如10分钟、13分钟、15分钟、17分钟、20分钟等)，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌5-15分钟(例如5分钟、8分钟、10分钟、12分钟、15分钟等)，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌25-35分钟(例如25分钟、28分钟、30分钟、32分钟、35分钟等)，混合均匀，得到所述水处理复合药剂。
本发明所提供的所述水处理复合药剂的制备方法工艺简单、易行。并且经过此种方法制备的如上所述的水处理复合药剂存在稳定，对污水处理能力强。并且由此种方法制备的如上所述的水处理复合药剂还有较好的除色作用。
在本发明中，所述制备方法中各组分的添加顺序不可随意变化，而且每个步骤的搅拌时间对于制备得到的水处理复合药剂的性能也会产生影响，各组分的添加顺序的变化以及搅拌时间不当，会造成复合药剂结块发潮，使得水处理复合药剂的废水处理效果变差。
优选地，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌20分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌15分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌10分钟，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌30分钟，混合均匀，得到所述水处理复合药剂。
另一方面，本发明提供了如上所述的水处理复合药剂在废水处理中的应用，所述水处理复合药剂在废水处理时的终浓度为1～10％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.8％、4.3％、5％、5.5％、6％、6.7％、8％、8.3％、8.8％、9％、9.4％、9.8％或10％等。
在实际应用中，可以将所述水处理复合药剂溶解于溶药池中，使得所述水处理复合药剂在溶药池中的浓度为1～10％，从而达到对于废水处理的目的。
本发明提供的如上所述的水处理复合药剂对水中污染物的去除效率高，处理效果好，可以有效降低废水中的悬浮物、有机物的含量，适用于各种废水的处理。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的水处理复合药剂将聚合氯化铝与聚合硫酸铁配合使用，共同发挥二者的絮凝共沉作用，选用的次氯酸钙可以有效地分解有机物，又加入了聚乙烯基咪唑啉和成本低廉的矿物废渣，二者配合使用，在加快絮凝速度的同时可以有效除去有机物及重金属离子；本发明中的各组分复配使用，既发挥了无机絮凝剂迅速压缩双电层，形成絮体强度大的特点，又发挥了有机高分子絮凝剂架桥、网补、卷扫能力强，絮体大的特点，大大提高絮凝剂的聚合度与凝聚力，使沉降速度及吸附效率明显提高，同时还具有去色、去味的作用，可应用于污水处理中；并且本发明采用矿物废渣，降低了成本。本发明所述水处理复合药剂的制备方法简单，工艺方便易行。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1-24中的水处理复合药剂按表1配方制备：
表1实施例水处理复合药剂配方
实施例1-24的制备方法：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌20分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌15分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌10分钟，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌30分钟，混合均匀，得到所述水处理复合药剂。
为了明确显示实施例的处理效果，本发明还进行了16项对比例实验。对比例1-16的水处理复合药剂配方如表2所示：
表2对比例水处理复合药剂配方
对比例1
与实施例1的区别仅在于聚合氯化铝的添加量为65％，同时为保证各组分百分含量为100％，将聚合硫酸铁的添加量调整为15。
对比例2
与实施例1的区别仅在于聚合氯化铝的添加量为35％，同时为保证各组分百分含量为100％，将聚合硫酸铁的添加量调整为45％。
对比例3
与实施例1的区别仅在于聚乙烯基咪唑啉的添加量为2％，同时为保证各组分百分含量为100％，将矿物废渣的添加量调整为13％。
对比例4
与实施例1的区别仅在于聚乙烯基咪唑啉的添加量为15％，同时为保证各组分百分含量为100％，将矿物废渣的添加量调整为7％。
对比例5
与实施例1的区别仅在于次氯酸钙的添加量为2％，同时为保证各组分百分含量为100％，将矿物废渣的添加量调整为13％。
对比例6
与实施例1的区别仅在于次氯酸钙的添加量为15％，同时为保证各组分百分含量为100％，将矿物废渣的添加量调整为7％。
对比例7
与实施例1的区别仅在于矿物废渣的添加量为20％，时为保证各组分百分含量为100％，将聚乙烯基咪唑啉和次氯酸钙的添加量调整为0。
对比例8
与实施例1的区别仅在于没有添加聚合硫酸铁，添加的聚合氯化铝的用量为实施例1中聚合硫酸铁和聚合氯化铝的添加量之和，即聚合氯化铝的添加量为80％。
对比例9
与实施例1的区别仅在于没有添加聚合氯化铝，添加的聚合硫酸铁的用量为实施例1中聚合硫酸铁和聚合氯化铝的添加量之和，即聚合硫酸铁的添加量为80％。
对比例10
与实施例1的区别仅在于没有添加聚乙烯基咪唑啉，添加的矿物废渣的用量为实施例1中聚乙烯基咪唑啉和矿物废渣的添加量之和，即矿物废渣的添加量为15％。
对比例11
与实施例1的区别仅在于没有添加次氯酸钙，添加的矿物废渣的用量为实施例1中聚乙烯基咪唑啉和矿物废渣的添加量之和，即矿物废渣的添加量为15％。
对比例12
与实施例1的区别仅在于没有添加矿物废渣，添加的聚乙烯基咪唑啉的用量为实施例1中聚乙烯基咪唑啉和矿物废渣的添加量之和，即聚乙烯基咪唑啉的添加量为15％。
对比例13
与实施例1的区别仅在于制备水处理复合药剂时，组分的添加顺序不同，本对比例的制备方法如下：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌20分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌30分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌15分钟，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌10分钟，混合均匀，得到水处理复合药剂。
对比例14
与实施例1的区别仅在于制备水处理复合药剂时，组分的添加顺序不同，本对比例的制备方法如下：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌20分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌10分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌15分钟，混
合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌30分钟，混合均匀，得到水处理复合药剂。
对比例15
与实施例1的区别仅在于制备水处理复合药剂时，组分的添加顺序不同，本对比例的制备方法如下：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌20分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌15分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌30分钟，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌10分钟，混合均匀，得到水处理复合药剂。
对比例16
与实施例1的区别仅在于制备水处理复合药剂时，搅拌时间不同，本对比例的制备方法如下：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌20分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌40分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌30分钟，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌10分钟，混合均匀，得到所述水处理复合药剂。
下面将实施例1-24与对比例1-16进行性能测试。
将实施例1-24与对比例1-16所得的水处理复合药剂分别用于处理某焦化废水，将复合药剂溶解于溶药池中，保持溶药池中复合药剂的浓度为5％，通过流量计投加至待处理污水中，经混凝、沉淀后获得处理后水。
对处理前和处理后的焦化废水进行采样分析测试，检测COD、氨氮和悬浮物含量值，处理前、后的污水测试数据见表3、表4。
表3实施例处理污水效果
由上表可以看出本发明提供的水处理复合药剂对于水中污染物COD、氨氮、悬浮物的去除效率很高，其中，有机物的去除率可以达到97.7％以上，氨氮的去除率可以达到94.7％以上，悬浮物的去除率可以达到94.8％以上；污水处理效果很好，可以有效降低废水中的悬浮物、有机物的含量。
表4对比例处理污水效果
由对比例1-7与实施例1的对比可以看出，本发明所述的各组分之间需要在所述用量下进行配合才能发挥良好的效果，如果其中某种组分用量过多或过少，均会影响水处理复合药剂的废水处理效果。由对比例8-9与实施例1的对比可以看出，在本发明中聚合硫酸铁和聚合氯化铝二者协同作用增强水处理复合药剂的废水处理效果，同样对比例10-12与实施例1的对比可以看出，聚乙烯基咪唑啉、次氯酸钙和矿物废渣三者协同作用增强水处理复合药剂的废水处理效果；此外，由对比例13-16与实施例1的对比可以看出，各组分的添加顺序的变化以及搅拌时间不当，会造成制备的水处理复合药剂废水处理效果变差。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的水处理复合药剂及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种水处理复合药剂，其特征在于，所述水处理复合药剂按质量百分含量包括如下组分：
所述原料的质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的水处理复合药剂，其特征在于，所述聚合氯化铝为Al2O3含量为28％的聚合氯化铝固体。
3.根据权利要求1或2所述的水处理复合药剂，其特征在于，所述聚合硫酸铁为全铁含量为21％的聚合硫酸铁固体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的水处理复合药剂，其特征在于，所述聚乙烯基咪唑啉为聚2-乙烯咪唑啉硫酸盐精制品。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水处理复合药剂，其特征在于，所述矿物废渣为沸石、硅藻土、粘土矿、膨润土废渣中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的水处理复合药剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌15-25分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌10-20分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌5-15分钟，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌25-35分钟，混合均匀，得到所述水处理复合药剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚合氯化铝和聚合硫酸铁，搅拌20分钟，混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入聚乙烯基咪唑啉，搅拌15分钟，混合均匀；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入次氯酸钙，搅拌10分钟，混合均匀；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入矿物废渣，搅拌30分钟，混合均匀，得到所述水处理复合药剂。
8.根据权利要求1-5任一项所述的水处理复合药剂在废水处理中的应用，其特征在于，所述水处理复合药剂在废水处理时的终浓度为1～10％。
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