CN110697856A - 一种高性能无机高分子絮凝剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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宋东平
刘万辉
张树文
周璐璐
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Abstract

本发明公开了高性能无机高分子絮凝剂及其制备方法和应用，称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合搅拌均匀，得到凝煤粉末；将凝煤粉末加入到稀酸溶液中，搅拌均匀，静置，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液；将凝煤浆加硫酸滴定，陈化得聚硅凝煤浆；称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆，混合，加水搅拌均匀，静置陈化得絮凝浆；向含铝滤液中滴入氢氧化钠溶液，得碱化含铝滤液；将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化，真空烘干，研磨得聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂。本发明制备的絮凝剂pH适用范围广，最高可实现水体中98%COD去除率、97%总磷去除率、99%氨氮去除率、98%汞离子去除率、99%色度去除。

Description

一种高性能无机高分子絮凝剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及工业废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种高性能无机高分子絮凝剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前常用的无机聚硅系絮凝剂主要包括：聚硅铁混凝剂、聚硅硫酸铝絮凝剂、聚硅氯化铝、聚硅硫酸铝铁、聚硅硫酸铝锌絮凝剂、聚硅氯化铝镁、聚硅钛铁净水剂、聚硅铁镁絮凝剂等。总体而言，无机聚硅系絮凝剂是在聚硅铝絮凝剂和聚硅铁絮凝剂基础上发展起来的。
在废液处置实际应用过程中为满足去除不同污染物的特定需求，通过在聚硅系铁、铝絮凝剂制备过程中引入钛、镁、锌等羟基化离子实现不同聚硅系絮凝剂的制备剂及应用。目前针对含有多种高浓度污染物且对色度去除要求的废液，市场上现有的聚硅系絮凝剂很难在性能上满足要求。在使用过程中存在絮凝剂投加量过大、污染物絮凝去除效果较差、絮凝剂性能受水体pH变化影响大、废液浊度和色度去除不显著等问题。同时，在这些无机聚硅系絮凝剂的制备过程中通常需要额外添加硅、铝、钛、铁、镁等化学试剂，化学试剂用量大，絮凝剂制备周期较长。
相比于传统絮凝剂，含钛混凝剂可有效提升废液中色度和浊度的去除。而将镁盐引入聚合硅酸金属盐絮凝剂中有助于提高絮凝体的吸附作用。因此为解决上述聚硅系絮凝剂在制备和应用过程中存在的诸多问题，在絮凝剂制备过程中可以考虑引入低价矿物、工业原料或工业固体废弃物等材料以降低絮凝剂制备成本并可以考虑通过新的制备工艺将镁和钛离子同时胶结在聚硅系絮凝剂中以满足对水体中多种高浓度污染物和色度的同步高效去除的需求。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法。
本发明还要解决的技术问题是提供了一种高性能无机高分子絮凝剂。
本发明还要解决的技术问题是提供了高性能无机高分子絮凝剂在污水处理中的应用。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采取了如下的技术方案：一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
1)、分别将凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥磨粉，过200～400目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、高钛渣粉末和硼镁泥粉末；
2)分别称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到凝煤粉末；
3)将凝煤粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置30～60分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液；
4)将凝煤浆加硫酸(98％的浓硫酸)滴定，使得凝煤浆pH为1～2，陈化1～3小时，得聚硅凝煤浆；
5)分别称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为60％～80％，搅拌均匀，静置陈化1～3小时，得絮凝浆；
6)向含铝滤液中滴入氢氧化钠溶液，氢氧化钠完全溶解后含铝滤液的pH为6～8，得碱化含铝滤液；
7)将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化3～6小时，真空烘干，研磨过200～400目筛，得聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂。
本发明步骤1)～步骤7)的先后顺序不能改变，步骤1)凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥磨粉以保证步骤2)～步骤6)中各反应充分、有效进行。步骤2)混合煤矸石粉末和凝灰岩粉末以平衡铝盐、硅铝酸盐及不定形态硅酸盐含量，以保证通过步骤3)～步骤6)最终能有效生成聚合铝加载的低聚合地质物合聚硅酸钛镁胶体。步骤3)可保证含铝滤液中水解羟基铝离子和羟基铝加载的活性硅酸盐的生成及不定形态硅酸盐离的分离，从而保证步骤6)中在高浓度氢氧根激发作用下发生地质聚合反应生成聚合铝加载的低聚合地质物。步骤4)可实现带负电荷高聚合态的聚硅酸的生成，从而保证步骤5)中聚硅酸钛镁胶体中生成。步骤7)可实现聚合铝加载的低聚合地质物与聚硅酸钛镁胶体相互融合，通过水解聚合作用及地质聚合作用生成聚合态硅和聚合态铝相互胶结的钛镁羟基多核络合物。
其中，所述步骤2)煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比为0.2～0.8∶1。
其中，所述步骤3)中凝煤粉末与稀酸溶液的固液比为1∶1～2g/mL。
其中，所述步骤3)硫酸溶液的pH为2～3，所述硫酸溶液是将98％的浓硫酸滴定到蒸馏水中获得。
其中，所述步骤5)中高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比为1～2∶1～2∶10。
其中，所述步骤6)氢氧化钠溶液的浓度为5M～10M。
本发明内容还包括所述的制备方法制得的高性能无机高分子絮凝剂。
本发明内容还包括所述的高性能无机高分子絮凝剂在污水处理中的应用。
其中，所述高性能无机高分子絮凝剂在高浓度污染物和色度去除中的应用
反应机理：将凝煤粉末浸泡于稀酸溶液中，在质子替换和浓度扩散作用下大量铝盐和部分活性硅铝酸盐被释放溶解于稀酸溶液中。溶解的铝盐离子和硅铝酸盐离子发生水解生成带正电荷的水解羟基铝离子和羟基铝加载的活性硅酸盐。向凝煤浆中加硫酸滴定使其pH为1～2可促进不定形态硅酸盐离子大量溶解。在陈化过程中，溶解出的不定形态硅酸盐发生水解、聚合生成带负电荷高聚合态的聚硅酸。在高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆混合的过程中，钛渣粉末的钛氧化物及硼镁泥粉末中的氧化镁通过消纳氢离子实现钛、镁离子的溶解及溶液中pH值的提升。溶液中pH值的提升促进钛、镁离子水解，生成羟基化钛盐和羟基化镁盐。羟基化钛盐和羟基化镁盐吸附在高钛渣粉末和硼镁泥粉末溶解出的硅铝酸盐胶体上，形成羟基化钛镁胶体。羟基化钛镁胶体与聚硅酸相互融合，相互作用，通过羟桥与氧桥作用胶结在一起，生成聚硅酸钛镁胶体。碱化含铝滤液中，部分带正电荷的水解羟基铝离子转化为铝酸根离子。铝酸根离子与加载在活性硅酸盐上的羟基铝发生水解聚合反应，生成聚合铝加载的活性硅酸盐。聚合铝加载的活性硅酸盐在高浓度氢氧根激发作用下发生地质聚合反应生成聚合铝加载的低聚合地质物。将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，混合浆液的pH值提高，混合浆液中的聚合铝加载的低聚合地质物与聚硅酸钛镁胶体相互融合，通过水解聚合作用及地质聚合作用生成聚合态硅和聚合态铝相互胶结的钛镁羟基多核络合物。
有益效果：本发明操作过程简单，涉及原料来源广泛。本发明絮凝剂的生成完全基于凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥自身所含的成份，无需额外添加硅、铝、钛、镁等相关的化学试剂，也是单一的化学试剂添加无法实现的。本发明利用稀酸溶解凝煤粉末实现水解羟基铝离子和羟基铝加载的活性硅酸盐的生成，通过强酸滴定凝煤浆实现带负电荷高聚合态的聚硅酸生成，通过高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆混合实现聚硅酸钛镁胶体生成，通过含铝滤液碱化实现聚合铝加载的低聚合地质物的生成，通过碱化含铝滤液与絮凝浆混合实现聚合态硅和聚合态铝相互胶结的钛镁羟基多核络合物的生成。本发明通过铝硅聚合物之间相互作用实现聚合态硅、铝互相胶结的钛镁羟基多核络合物的生成，将铝、钛、镁离子同时络合到聚硅系絮凝中。本发明制备的聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂pH适用范围广，最高可同时实现水体中98％COD去除率、97％总磷去除率、 99％氨氮去除率、98％汞离子去除率、99％色度去除。本发明也为工业固体废弃物煤矸石和硼镁泥的资源化利用开辟了一条可借鉴的路径。
附图说明
图1是本发明处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的98％的浓硫酸为市面上购买(扬州华富化工有限公司)。本发明中的凝灰岩来自河南信阳思牧达科技有限公司，煤矸石开采自山西宁武煤田区，高钛渣从凤城市千誉钛业有限公司采购，硼镁泥由宽甸硼砂厂提供。凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥的元素组分结果见表1。
表1凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥的元素组分
Figure BDA0002258901770000041
实施例1煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比对所制备聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的影响
絮凝剂的制备：分别将凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥磨粉，过200目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、高钛渣粉末、硼镁泥粉末。按照质量比0.1∶1、0.15∶1、0.18∶1、 0.2∶1、0.5∶1、0.8∶1、0.85∶1、0.90∶1、1∶1分别称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到九组凝煤粉末。用98％的浓硫酸滴定蒸馏水配置pH为2的硫酸溶液。按照固体液体比1∶1g/mL将凝煤粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置30分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液。将凝煤浆加98％的浓硫酸滴定，使得凝煤浆pH为1，陈化1小时，得聚硅凝煤浆。按照质量比将1∶1∶10分别称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为60％，搅拌均匀，静置陈化1小时，得絮凝浆。向含铝滤液中滴入5M氢氧化钠溶液使得含铝滤液的pH为6，得碱化含铝滤液。将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化3小时，真空烘干，研磨过200目筛，得聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂。
生活垃圾渗滤液采样与基本性质说明：试验用垃圾渗滤液取自连云港市海州区青城山生活垃圾卫生填埋场。该批次城市生活垃圾渗滤液的COD质量浓度为1165mg/L，总磷的浓度为152mg/L，氨氮的浓度为821mg/L，汞离子的浓度为1mg/L，色度为627倍数。
COD浓度检测及COD去除率的计算：渗滤液化学需氧量COD浓度按照国家标准《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(GB 11914-1989)进行测定。COD去除率按照公式(1)计算，其中RCOD为COD去除率，c0和ct分别为生活垃圾渗滤液处置前和处置后的COD浓度(mg/L)。
Figure BDA0002258901770000051
总磷浓度检测及总磷去除率计算：渗滤液总磷浓度按照标准《水质磷酸盐和总磷的测定连续流动-钼酸铵分光光度法》(HJ 670-2013)进行测定。总磷去除率按照公式 (2)计算，其中RTP为总磷去除率，cTP0和cTPt分别为生活垃圾渗滤液处置前和处置后的总磷浓度(mg/L)。
Figure 1
氨氮浓度检测及氨氮去除率计算：渗滤液氨氮的浓度按照《水质氨氮的测定水杨酸分光光度法》(HJ536-2009)进行测定。氨氮去除率按照公式(3)计算，其中RN为氨氮去除率，cN0为处置前渗滤液中氨氮初始浓度(mg/L)，cNt为处理后的渗滤液中氨氮剩余浓度(mg/L)。
Figure BDA0002258901770000053
汞离子浓度检测及去除率计算：渗滤液中汞离子浓度按照《水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法》(HJ 695-2014)进行测定。汞离子去除率按照公式(4)计算，其中RH为汞离子去除率，cH0为处置前渗滤液中汞离子初始浓度(mg/L)，cHt为处理后的渗滤液中汞离子浓度(mg/L)。
Figure 2
COD、总磷、氨氮、汞离子、色度去除率结果见表2。
表2煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比对所制备聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的影响
Figure BDA0002258901770000062
由表2可看出，当煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比小于0.2∶1时(如表2中，煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比＝0.18∶1、0.15∶1、0.1∶1时以及表2中未列举的更低比值)，溶解释放的铝盐离子减少，碱化过程中铝硅聚合物之间相互作用减弱，使得生成的聚合态硅和聚合态铝相互胶结的钛镁羟基多核络合物减少，从而导致渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率均小于85％且随着煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比减少而显著降低，渗滤液色度去除率低于78％且随着煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比减少而显著降低；当煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比等于0.2～0.8∶1时(如表2中，煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比＝0.2∶1、0.5∶1、0.8∶1)，在质子替换和浓度扩散作用下凝煤粉末中的大量铝盐被溶解释放到稀酸溶液中。将含铝滤液与絮凝浆混合，混合液的pH值提高，混合液中的铝化合物发生水解聚合，趋向于生成羟基多核络合物。在碱化的同时，铝硅聚合物之间相互作用，实现铝硅化合物之间的聚合反应，生成聚合态硅和聚合态铝相互胶结的钛镁羟基多核络合物。最终，渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率均大于90％，渗滤液色度去除率大于83％。当煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比大于0.8∶1 时(如表2中，煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比＝0.85∶1、0.9∶1、1∶1时以及表2中未列举的更高比值)，随着煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比进一步增大渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率及渗滤液色度去除率变化均不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比等于0.2～0.8∶1时，最有利于提高应用聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除渗滤液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的性能。
实施例2高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比对所制备聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的影响
絮凝剂的制备：分别将凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥磨粉，过200目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、高钛渣粉末、硼镁泥粉末。按照质量比0.8∶1称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到凝煤粉末。用98％的浓硫酸滴定蒸馏水配置pH 为2.5的硫酸溶液。按照固体液体比1∶1.5g/mL将凝煤粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置45分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液。将凝煤浆加98％的浓硫酸滴定，使得凝煤浆pH为1.5，陈化2小时，得聚硅凝煤浆。按照质量比将1∶0.5∶10、1∶0.7∶10、 1∶0.9∶10、0.5∶1∶10、0.7∶1∶10、0.9∶1∶10、1∶1∶10、1∶1.5∶10、1∶2∶10、1.5∶1∶10、1.5∶1.5∶10、 1.5∶2∶10、2∶1∶10、2∶1.5∶10、2∶2∶10、2.1∶2∶10、2.3∶2∶10、2.5∶2∶10、2∶2.1∶10、2∶2.3∶10、2∶2.5∶10 分别称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为70％，搅拌均匀，静置陈化2小时，得絮凝浆。向含铝滤液中滴入7.5M氢氧化钠溶液使得含铝滤液的pH为7，得碱化含铝滤液。将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化4.5小时，真空烘干，研磨过300目筛，得聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂。
生活垃圾渗滤液采样与基本性质说明同实施例1。
渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞和渗滤液色度浓度检测及除率的计算均同实施例1。
COD、总磷、氨氮、汞离子、色度去除率结果见表3。
表3高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比对所制备聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的影响
Figure BDA0002258901770000081
由表3可看出，当高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比小于1∶1∶10时(如表3中，高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比＝0.9∶1∶10、0.7∶1∶10、0.5∶1∶10、 1∶0.9∶10、1∶0.7∶10、1∶0.5∶10时以及表3中未列举的更低比值)，钛氧化物和氧化镁溶解量减少，pH值的提升幅度较小，钛、镁离子水解效果较差，羟基化钛盐和羟基化镁盐产量较少，通过羟桥与氧桥胶结在聚硅酸中的钛、镁离子较少，导致渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率均小于90％且随着高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比减少而显著降低，渗滤液色度去除率低于74％且随着高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比减少而显著降低；当高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比等于1～2∶1～2∶10时(如表3中，高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比＝1∶1∶10、1∶1.5∶10、 1∶2∶10、1.5∶1∶10、1.5∶1.5∶10、1.5∶2∶10、2∶1∶10、2∶1.5∶10、2∶2∶10时)，钛渣粉末的钛氧化物及硼镁泥粉末中的氧化镁通过消纳氢离子实现钛镁离子的溶解及溶液中pH值的提升。溶液中pH值的提升促进钛、镁离子水解，生成羟基化钛盐和羟基化镁盐。羟基化钛盐和羟基化镁盐可与聚硅酸相互作用，通过羟桥与氧桥作用，相互胶结在一起。最终，渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率均大于93％，渗滤液色度去除率大于 85％；当高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比大于2∶2∶10时(如表3中，高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比＝2.1∶2∶10、2.3∶2∶10、2.5∶2∶10、2∶2.1∶10、2∶2.3∶10、 2∶2.5∶10时以及表3中未列举的更高比值)，随着高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比进一步增大渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率及渗滤液色度去除率变化均不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比等于1～2∶1～2∶10，最有利于提高应用聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除渗滤液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的性能。
实施例3碱化含铝滤液的pH对所制备聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的影响
絮凝剂的制备：分别将凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥磨粉，过200目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、高钛渣粉末、硼镁泥粉末。按照质量比0.8∶1称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到凝煤粉末。用98％的浓硫酸滴定蒸馏水配置pH 为3的硫酸溶液。按照固体液体比1∶2g/mL将凝煤粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置60分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液。将凝煤浆加98％的浓硫酸滴定，使得凝煤浆pH为1.5，陈化2小时，得聚硅凝煤浆。按照质量比将2∶2∶10分别称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为80％，搅拌均匀，静置陈化3小时，得絮凝浆。向含铝滤液中滴入10M氢氧化钠溶液使得含铝滤液的pH分别为3、4、5、6、7、8、9、10、11，得碱化含铝滤液。将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化6小时，真空烘干，研磨过400目筛，得聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂。
生活垃圾渗滤液采样与基本性质说明同实施例1。
渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞和渗滤液色度浓度检测及除率的计算均同实施例1。
COD、总磷、氨氮、汞离子、色度去除率结果见表4。
表4碱化含铝滤液的pH对所制备聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的影响
由表4可看出，当碱化含铝滤液的pH小于6时(如表4中，碱化含铝滤液的pH＝5、 4、3时以及表4中未列举的更低比值)，含铝滤液碱化不足，含铝滤液与絮凝浆混合时混合液的pH值提高较小，铝化合物发生水解聚合效率降低，铝硅聚合物之间相互作用减弱，生成的羟基多核络合物减少，导致渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率均小于89％且随着含铝滤液的pH减少而显著降低，渗滤液色度去除率低于81％且随着含铝滤液的pH减少而显著降低；当碱化含铝滤液的pH等于6～8时(如表4中，碱化含铝滤液的pH＝6、7、8)，碱化含铝滤液中，部分正电荷的水解羟基铝离子转化为铝酸根离子。将含铝滤液与絮凝浆混合，混合液的pH值提高，混合液中的铝化合物发生水解聚合，趋向于生成羟基多核络合物。在碱化的同时，铝硅聚合物之间相互作用，实现铝硅化合物之间的聚合反应，生成聚合态硅和聚合态铝相互胶结的钛镁羟基多核络合物。最终，渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率均大于95％，渗滤液色度去除率大于86％；由表4可看出，当碱化含铝滤液的pH大于8时(如表4中，碱化含铝滤液的pH＝9、10、11时以及表4中未列举的更高比值)，碱化过度，混合液的pH值提升过高，铝硅聚合物之间相互作用减弱，生成的羟基多核络合物减少，导致渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞离子去除率及渗滤液色度随着含铝滤液的pH的增加逐渐减少。因此，综合而言，结合效益与成本，当碱化含铝滤液的pH等于6～8时，最有利于提高应用聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂去除渗滤液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的性能。
对比例不同絮凝剂的制备及对废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的去除对比
本发明的絮凝剂的制备：分别将凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥磨粉，过200目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、高钛渣粉末、硼镁泥粉末。按照质量比0.8∶1称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到凝煤粉末。用98％的浓硫酸滴定蒸馏水配置pH为3的硫酸溶液。按照固体液体比1∶2g/mL将凝煤粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置60分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液。将凝煤浆加98％的浓硫酸滴定，使得凝煤浆pH为1.5，陈化2小时，得聚硅凝煤浆。按照质量比将2∶2∶10分别称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为80％，搅拌均匀，静置陈化3小时，得絮凝浆。向含铝滤液中滴入10M氢氧化钠溶液使得含铝滤液的pH分别为8，得碱化含铝滤液。将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化6小时，真空烘干，研磨过400目筛，得聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂。
絮凝剂1的制备：分别将凝灰岩、高钛渣、硼镁泥磨粉，过200目筛，得凝灰岩粉末、高钛渣粉末、硼镁泥粉末。用98％的浓硫酸滴定蒸馏水配置pH为3的硫酸溶液。按照固体液体比1：2g/mL将凝灰岩粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置60分钟，固液分离，得到凝灰浆和凝灰滤液。将凝灰浆加98％的浓硫酸滴定，使得凝灰浆pH为 1.5，陈化2小时，得聚硅凝灰浆。按照质量比将2∶2∶10分别称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝灰浆，混合，加水使得混合物含水率为80％，搅拌均匀，静置陈化3小时，得絮凝浆。向凝灰滤液中滴入10M氢氧化钠溶液使得凝灰滤液的pH分别为8，得碱化凝灰滤液。将碱化凝灰滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化6小时，真空烘干，研磨过400目筛，得絮凝剂1。
絮凝剂2的制备：分别将凝灰岩、煤矸石、高钛渣磨粉，过200目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、高钛渣粉末。按照质量比0.8∶1称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到凝煤粉末。用98％的浓硫酸滴定蒸馏水配置pH为3的硫酸溶液。按照固体液体比1∶2g/mL将凝煤粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置60分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液。将凝煤浆加98％的浓硫酸滴定，使得凝煤浆pH为1.5，陈化2小时，得聚硅凝煤浆。按照质量比将2：10称取高钛渣粉末合聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为80％，搅拌均匀，静置陈化3小时，得絮凝浆。向含铝滤液中滴入10M氢氧化钠溶液使得含铝滤液的pH分别为8，得碱化含铝滤液。将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化6小时，真空烘干，研磨过400目筛，得絮凝剂 2。
絮凝剂3的制备：分别将凝灰岩、煤矸石、硼镁泥磨粉，过200目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、硼镁泥粉末。按照质量比0.8∶1称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到凝煤粉末。用98％的浓硫酸滴定蒸馏水配置pH为3的硫酸溶液。按照固体液体比1∶2g/mL将凝煤粉末加入到硫酸酸溶液中，搅拌均匀，静置60分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液。将凝煤浆加98％的浓硫酸滴定，使得凝煤浆pH为1.5，陈化2小时，得聚硅凝煤浆。按照质量比将2∶10称取硼镁泥粉末和聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为80％，搅拌均匀，静置陈化3小时，得絮凝浆。向含铝滤液中滴入10M氢氧化钠溶液使得含铝滤液的pH分别为8，得碱化含铝滤液。将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化6小时，真空烘干，研磨过400目筛，得絮凝剂 3。
生活垃圾渗滤液采样与基本性质说明同实施例1。
渗滤液污染物COD、总磷、氨氮、汞和渗滤液色度浓度检测及除率的计算均同实施例1。
COD、总磷、氨氮、汞离子、色度去除率结果见表5。
表5不同絮凝剂对废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的去除对比
Figure BDA0002258901770000121
由表5可知，本发明制备的絮凝剂对废液中COD、总磷、氨氮、汞离子、色度的去除效率远大于制备的絮凝剂1、絮凝剂2、絮凝剂3对废液污染物的去除效果。本发明絮凝剂制备过程中煤矸石、高钛渣、硼镁泥粉末的缺失均会显著降低所制备絮凝剂的性能。

Claims (9)

1.一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、分别将凝灰岩、煤矸石、高钛渣、硼镁泥磨粉，过200~400目筛，得凝灰岩粉末、煤矸石粉末、高钛渣粉末和硼镁泥粉末；
2）分别称取煤矸石粉末和凝灰岩粉末，混合，搅拌均匀，得到凝煤粉末；
3）将凝煤粉末加入到硫酸溶液中，搅拌均匀，静置30~60分钟，固液分离，得到凝煤浆和含铝滤液；
4）将凝煤浆加硫酸滴定，使得凝煤浆pH为1~2，陈化1~3小时，得聚硅凝煤浆；
5）分别称取高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆，混合，加水使得混合物含水率为60%~80%，搅拌均匀，静置陈化1~3小时，得絮凝浆；
6）向含铝滤液中滴入氢氧化钠溶液，直至含铝滤液的pH为6~8，得碱化含铝滤液；
7）将碱化含铝滤液与絮凝浆混合，搅拌均匀，静置陈化3~6小时，真空烘干，研磨过200~400目筛，得聚硅硫酸铝钛镁絮凝剂即为高性能无机高分子絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2）煤矸石粉末和凝灰岩粉末质量比为0.2~0.8:1。
3.根据权利要求1所述的一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中凝煤粉末与硫酸溶液的固液比为1:1~2g/mL。
4.根据权利要求1所述的一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3）硫酸溶液的pH为2~3。
5.根据权利要求1所述的一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中高钛渣粉末、硼镁泥粉末、聚硅凝煤浆质量比为1~2:1~2:10。
6.根据权利要求1所述的一种高性能无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤6）氢氧化钠溶液的浓度为5M~10M。
7.权利要求1~6任一项所述的制备方法制得的高性能无机高分子絮凝剂。
8.权利要求7所述的高性能无机高分子絮凝剂在污水处理中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述高性能无机高分子絮凝剂在高浓度污染物和色度去除中的应用。
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