专利名称：一种新生态铁基混凝剂的制备方法、由该方法制备的产品及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，涉及一种新生态铁基混凝剂的制备方法、由该方法制备的产品及其应用。
背景技术：
近20年来，我国在经济高速发展、生活水平显著提高的同时，很多地区特别是北方和一些沿海城市发生了大范围、不同程度的水源污染问题。水源污染迫使许多水厂增加混凝剂投量，而国内大多数水厂都用铝盐作为混凝剂，若运行控制不当极易引发出厂水中铝浓度超标。过量地摄入铝会导致脑病、骨病和贫血。针对出厂水铝超标问题的解决思路总体上有两条设法减少出厂水中的残余铝及开发毒性更小的铁系混凝剂。聚合硫酸铁是水处理工业中常用的一种混凝剂，在人们对自身生命健康越来越关注的时代，聚合硫酸铁由于具有低毒且混凝效果好的特点，其已逐渐替代铝系混凝剂而被广泛应用于给水处理与污水处理中。然而在聚合硫酸铁的制备过程中有一些不足I、老化时间长，通常需要几小时至十几小时。2、某些催化氧化工艺为加快反应速度，投配的催化剂为有毒有害物质，或产生有毒有害气体，影响操作人员及周围居民的健康，并且给水处理带来潜在威胁。3、由于老化时间长以及储存的需要，有些工艺需投配稳定剂，例如制备成浓溶液， 在储存期间铁化合物容易过度聚合而产生大量无效成分，若要避免浓溶液中出现沉淀，保证有效铁含量，就必须加入稳定剂(如磷酸盐类)，稳定剂的加入给水处理(尤其是给水处理)带来了潜在威胁。4、某些制备工艺需要提供加温加压或纯氧条件，耗能巨大，且具有安全风险，若无专业人员控制得当，可能引发恶性事故。5、浓缩干燥粉化工艺，额外消耗机械、资金和能量。6、强氧化剂直接氧化二价铁技术，使用氯酸盐、硝酸作为氧化剂，产生有毒废气污染。7、以上特点导致当前聚合硫酸铁的生产成本较高，在其制备过程中还有很大的降低成本的空间。H2O2是一种强氧化剂，投加方便、价格低、无毒副产物产生，与其他氧化剂相比，具有绿色无污染的特性，但由于在以往制备工艺的方法中，氧化效率不如氯酸盐，因此没有得到普遍应用。探索充分利用H2O2的氧化性、并发挥其无污染、便宜好用之优势的制备工艺是极有价值的。
发明内容
为了弥补聚合硫酸铁老化时间长、有时需投加催化剂、稳定剂、创造加温加压条件的不足，降低聚合硫酸铁生产的成本，本发明的目的是提供一种新生态铁基混凝剂的制备方法，即利用一定浓度的亚铁与双氧水在强酸性条件下混合即时制备新生态铁基混凝剂或掺杂一定量的铝盐或聚合季铵盐制备新生态铁基复合混凝剂，来去除水中悬浮杂质、有机物或重金属离子，处理效果及污泥沉降性能良好。该方法可以应用于饮用水处理、工业给水处理、生活污水处理、重金属废水处理等诸多领域，是一种处理效果好，且便宜实用的混凝剂生产方法。本发明的另一个目的是提供一种上述制备方法制备得到的新生态铁基混凝剂。本发明的第三个目的是提供一种上述新生态铁基混凝剂在水处理中的应用。本发明的技术方案如下本发明提供了一种新生态铁基混凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤亚铁盐溶液和酸混合后，加入双氧水搅拌O. 5-1. O分钟，亚铁盐溶液的浓度为 O. 2-1. Omol/L，酸的浓度以H+浓度计为O. 2-1. 2mol/L，双氧水浓度为O. 05-0. 35mol/L，制得新生态铁基混凝剂。所述的亚铁盐选自硫酸亚铁或氯化亚铁中的一种或两种的混合物。所述的酸为硫酸或盐酸。所述的新生态铁基混凝剂的制备方法中在加入双氧水之前，进一步添加铝盐溶液或聚合季铵盐溶液，铝盐溶液的浓度以铝计为O. 06-0. 30mol/L,聚合季铵盐的浓度为 2-10g/L。所述的铝盐选自硫酸铝或氯化铝中的一种或一种以上的混合物。所述的聚合季铵盐为聚合二甲基二烯丙基季铵盐聚合物。本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的新生态铁基混凝剂，该新生态铁基混凝剂的铁浓度为O. 05-0. 25mol/L,利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为 60-75%。本发明还提供了一种上述新生态铁基混凝剂用于水处理的方法，该方法包括以下步骤将新生态铁基混凝剂投加到水样中，新生态铁基混凝剂的投加量以金属总量计为
O.02-1. 5mmol/L，快速搅拌速率为100_180rpm，快速搅拌时间为l_2min，接下来是慢速搅拌，慢速搅拌分为两个阶段，第一个阶段搅拌速率为30-50rpm，搅拌时间为8_12min，第二个阶段搅拌速率为20-30rpm，搅拌时间为8_12min，然后沉淀20_40min，水样得到净化。所述的水样是指河流水、湖泊水和地下水作为饮用水水源的水，以及生活或工业排放的含有悬浮污染物和有机污染物的废水或污水。本发明比聚合硫酸铁制备方法省去了诸多繁琐步骤，大幅降低了成本，而其对悬浮浊度及有机物的去除效果不亚于聚合硫酸铁。本发明处理饮用水，当投量为O. 107mmol Fe/L以上时，浊度的去除率能达到80% 以上，当投量达到O. 321mmol Fe/L时，对于高浊水，浊度去除率能够稳定地达到99%以上， 对于中低浊度水，浊度去除率可稳定达到95%以上。本发明对耗氧有机物的去除尤为有效，投量在O. 161mmol Fe/L以上可将CODttJI 定控制在3mg/L以下，达到国家饮用水出厂水标准。本发明可广泛应用于给水处理和污水处理的混凝工艺。本发明的基本原理是双氧水与亚铁反应迅速，且新生成的三价铁水解速率高，吸附、聚合活性高，短时反应即可制得有效混凝成分。本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果I、本发明方法与现行的传统聚合硫酸铁制备工艺相比，不需要大的基建设备投资，新生态铁基混凝剂可现场制备，便于携带或水厂调整用量，易于运行管理，使用灵活方便。2、本发明反应时间短，所需反应器容积小，也可采用管式混合，不需特别建造反应器。3、本发明方法与传统的氯酸盐、硝酸相比，H2O2作为一种绿色安全的氧化剂，不会产生有毒有害的副产物，产物为水，不会给水处理带来任何杂质污染。4、本发明方法与传统的空气催化氧化法相比，无需高温高压条件，节省大量能量与资金投入，且生产过程更加安全，不影响周边生活生产。5、本发明方法与传统的空气催化氧化法相比，无需通入纯氧以提高反应速率，也无需投加会弓I入杂质或污染的催化剂。6、本发明双氧水氧化亚铁制备新生态铁的成本低，是现有工艺制备聚合硫酸铁成本的50%左右。7、亚铁与双氧水反应迅速，生成的新生态铁混凝、吸附活性高，对浊度及有机物的去除效果好。
图I是实施例6处理后的水样剩余浊度对比图。图2是实施例6处理后的水样高锰酸盐指数CODfc对比图。图3是实施例6处理后的水样UV254对比图。图4是实施例6处理后的水样pH对比图。图5是实施例6处理后的水样SUVA对比图。图6是实施例6处理后的水样zeta电位对比图。图7是实施例7处理后的水样剩余浊度对比图。图8是实施例7处理后的水样高锰酸盐指数CODfc对比图。图9是实施例7对总有机碳TOC的去除效果对比图。图10是实施例7处理后的水样UV254对比图。图11是实施例7处理后的水样残余铝对比图。图12是实施例7处理后的水样pH对比图。图13是实施例8处理后的水样剩余浊度对比图。图14是实施例8处理后的水样高锰酸盐指数CODsfa对比图。图15是实施例9对生活污水SS的去除率对比图。图16是实施例9对生活污水C0D&的去除率对比图。图17是实施例10对模拟地下水中As (V)的去除率对比图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例I新生态铁混凝剂的制备步骤如下将O. lmol/L的硫酸与O. 2mol/L的氯化亚铁等体积混合，得到亚铁浓度为O. lmol/L的酸性亚铁溶液；配制O. 055mol/L的双氧水溶液；分别取等体积的酸性亚铁溶液和双氧水溶液，将两者混合，迅速搅拌反应时间lmin，即得新生态铁混凝剂。所得新生态铁混凝剂中铁的浓度为O. 05mol/L,利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为71%。实施例2新生态铁混凝剂的制备步骤如下将O. 3mol/L的硫酸与O. 6mol/L的氯化亚铁等体积混合，得到亚铁浓度为O. 3mol/L的酸性亚铁溶液；配制O. 165mol/L的双氧水溶液；分别取等体积的酸性亚铁溶液和双氧水溶液，将两者混合，迅速搅拌反应时间lmin，即得新生态铁混凝剂。所得新生态铁混凝剂中铁的浓度为O. 15mol/L,利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为70%。实施例3新生态铁混凝剂的制备步骤如下将I. 2mol/L的盐酸与I. Omol/L的硫酸亚铁等体积混合，得到亚铁浓度为O. 5mol/L的酸性亚铁溶液；配制O. 35mol/L的双氧水溶液；分别取等体积的酸性亚铁溶液和双氧水溶液，将两者混合，迅速搅拌反应时间lmin，即得新生态铁混凝剂。所得新生态铁混凝剂中铁的浓度为O. 25mol/L，利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为72%。实施例4新生态复合铝铁混凝剂的制备步骤为了制备Al/Fe = I I、Al/Fe = I 2、 Al/Fe = I : 3、Al/Fe = I : 4、Al/Fe = I 9 的新生态复合铝铁，分别将 O. 3mol/L 的硫酸和O. 15mol/L的硫酸招和O. 3mol/L的硫酸亚铁、O. 3mol/L的硫酸和O. lmol/L的硫酸铝和O. 4mol/L的硫酸亚铁、O. 3mol/L的硫酸和O. 075mol/L的硫酸铝和O. 45mol/L的硫酸亚铁、O. 3mol/L的硫酸和O. 06mol/L的硫酸招和O. 48mol/L的硫酸亚铁、O. 3mol/L的硫酸和O. 03mol/L的硫酸铝和O. 54mol/L的硫酸亚铁等体积混合后得到一系列的酸性亚铁铝溶液，所得酸性亚铁铝溶液分别与等体积的O. 055，O. 073，O. 083，O. 088，O. 099mol/L 的双氧水溶液混合快速搅拌Imin即制得新生态复合铝铁混凝剂。所得新生态复合铝铁混凝剂中金属离子(铁、铝)总含量为O. lmol/L，铁的浓度分别为O. 05,0. 067,0. 075,0. 08、 0. 09mol/L，利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为60-75%。实施例5聚合季铵盐-新生态铁复合混凝剂的制备步骤将0.3mol/L的硫酸溶液与0. 6mol/L的硫酸亚铁溶液等体积混合，得到0. 3mol/L的酸性硫酸亚铁溶液；配制
0.165mol/L的双氧水溶液；为了制备聚合季铵盐含量分别为3. 2g/L、I. 6g/L、I. lg/L、
1.0g/L、0. 9g/L、0. 8g/L的复合聚合季铵盐-新生态铁复合混凝剂,分别配制9. 6g/L、4. 8g/ L、3. 3g/L、3. 0g/L、2. 7g/L、2. 4g/L聚合二甲基二烯丙基季铵盐水溶液；分别取等体积的酸性硫酸亚铁溶液、聚合季铵盐水溶液、双氧水溶液，按照以上顺序将三者依次投入混合，快速搅拌混合Imin后即制得聚合季铵盐-新生态铁复合混凝剂。所得聚合季铵盐-新生态铁复合混凝剂中铁的浓度为0. lmol/L,利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为 60-75%。
实施例6一种新生态铁混凝剂(实施例I中制备的产品)用于第三季度的松花江水的方法，该方法包括以下步骤将新生态铁混凝剂投加到水样中，新生态铁混凝剂的投加量分别为O. 054，O. 107， O. 161，O. 214，O. 268，O. 321mmol Fe/L，快速搅拌速率为120rpm，快速搅拌时间为lmin，接下来是慢速搅拌，慢速搅拌分为两个阶段，第一个阶段搅拌速率为40rpm，搅拌时间为lOmin， 第二个阶段搅拌速率为20rpm，搅拌时间为lOmin，然后沉淀30min，水样得到净化。在实施例6中，水样剩余浊度可稳定达到1-2NTU，最高浊度去除率稳定达到 96% -98% ;水样剩余的高锰酸盐指数CODsfa在O. 161mmol Fe/L及以上可稳定到3mg/L以下，满足国家饮用水出厂水要求；水样残余UV254吸光度最高可达到O. 05，UV254吸光度去除率最高可达到63% ;在整个投量范围内，水样终点pH在6-8之间，符合水处理酸碱度要求； 水样SUVA值优于聚合硫酸铁,在O. 161mmol Fe/L达到最优值3. IL/ (mgm);水样zeta电位在最高投量下达到零。表I是混凝消耗药剂成本表，在相同投量下新生态铁处理饮用水的价格仅仅是聚合硫酸铁的50%左右。表I
权利要求
1.一种新生态铁基混凝剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤亚铁盐溶液和酸混合后，加入双氧水搅拌0. 5-1.0分钟，亚铁盐溶液的浓度为0.2-1. Omol/L，酸的浓度以H+浓度计为0. 2-1. 2mol/L，双氧水浓度为0. 05-0. 35mol/L，制得新生态铁基混凝剂。
2.根据权利要求I所述的新生态铁基混凝剂的制备方法，其特征在于所述的亚铁盐选自硫酸亚铁或氯化亚铁中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求I所述的新生态铁基混凝剂的制备方法，其特征在于所述的酸为硫酸或盐酸。
4.根据权利要求I所述的新生态铁基混凝剂的制备方法，其特征在于所述的新生态铁基混凝剂的制备方法中在加入双氧水之前，进一步添加铝盐溶液或聚合季铵盐溶液，铝盐溶液的浓度以铝计为0. 06-0. 30mol/L，聚合季铵盐的浓度为2_10g/L。
5.根据权利要求4所述的新生态铁基混凝剂的制备方法，其特征在于所述的铝盐选自硫酸铝或氯化铝中的一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求4所述的新生态铁基混凝剂的制备方法，其特征在于所述的聚合季铵盐为聚合二甲基二烯丙基季铵盐聚合物。
7.权利要求I至6任一所述的方法制备得到的新生态铁基混凝剂，其特征在于该新生态铁基混凝剂的铁浓度为0. 05-0. 25mol/L，利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为 60-75%。
8.—种权利要求7所述的新生态铁基混凝剂用于水处理的方法，其特征在于该方法包括以下步骤将新生态铁基混凝剂投加到水样中，新生态铁基混凝剂的投加量以金属总量计为0.02-1. 5mmol/L，快速搅拌速率为100_180rpm，快速搅拌时间为l_2min，接下来是慢速搅拌，慢速搅拌分为两个阶段，第一个阶段搅拌速率为30-50rpm，搅拌时间为8_12min，第二个阶段搅拌速率为20-30rpm，搅拌时间为8_12min，然后沉淀20_40min，水样得到净化。
9.根据权利要求8所述的新生态铁基混凝剂用于水处理的方法，其特征在于所述的水样是指河流水、湖泊水和地下水作为饮用水水源的水，以及生活或工业排放的含有悬浮污染物和有机污染物的废水或污水。
全文摘要
本发明属于水处理技术领域，公开了一种新生态铁基混凝剂的制备方法、由该方法制备的产品及其应用。该新生态铁基混凝剂的制备方法如下亚铁盐溶液和酸混合后，加入双氧水搅拌0.5-1.0分钟，亚铁盐溶液的浓度为0.2-1.0mol/L，酸的浓度以H+浓度计为0.2-1.2mol/L，双氧水浓度为0.05-0.35mol/L，制得新生态铁基混凝剂，铁浓度为0.05-0.25mol/L，利用Fe-Ferron络合比色法测定Fea形态含量为60-75％。将制得新生态铁基混凝剂投加到水样中，新生态铁基混凝剂的投加量以金属总量计为0.02-1.5mmol/L，快速搅拌速率为100-180rpm，快速搅拌时间为1-2min，接下来是慢速搅拌，慢速搅拌分为两个阶段，第一个阶段搅拌速率为30-50rpm，搅拌时间为8-12min，第二个阶段搅拌速率为20-30rpm，搅拌时间为8-12min，然后沉淀20-40min，水样得到净化。
文档编号C02F1/52GK102583671SQ201210011140
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者关小红, 孙远奎, 胡青海 申请人:同济大学