專利名稱：一種聚硅鐵混凝劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機高分子混凝劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
化學混凝作為水處理的重要單元操作之一，一般由混凝作用形成的絮體可 經(jīng)沉淀、過濾或氣浮等工藝而達到與水分離的目的。作為單元操作，混凝操作 的效能不但會受到前處理的影響，也會對后續(xù)處理產(chǎn)生重大影響?；炷夹g(shù)是 目前國內(nèi)外用來提高水質(zhì)處理效率的一種既經(jīng)濟又簡便的水處理技術(shù)，混凝技
術(shù)的關(guān)鍵問題之一就是混凝劑的選擇。而其中無機高分子混凝劑自60年代開 發(fā)以來就呈現(xiàn)了明顯的優(yōu)勢。它與傳統(tǒng)的絮凝劑比較效能更優(yōu)異，且比有機高 分子絮凝劑價格低廉，而被廣泛用于給水、工業(yè)廢水以及城市污水的各種流程， 逐漸成為主流絮凝劑。
聚硅酸鹽是一類新型無機高分子絮凝劑，是在聚硅酸即活化硅酸及傳統(tǒng)的 鋁鹽、鐵鹽等絮凝劑的基礎上發(fā)展起來的復合產(chǎn)物，通過鐵離子和鋁離子被用 做偶聯(lián)金屬離子，偶聯(lián)金屬離子與硅酸的摩爾比可隨不同的使用要求加以調(diào) 整。發(fā)展該類產(chǎn)品的初衷是金屬離子的電中和能力和聚硅酸的吸附架橋能力結(jié) 合在一起，從而使復合產(chǎn)物具有較強的電中和吸附架橋作用，達到更好的凈水 效果。它們的絮凝脫穩(wěn)性能遠遠超過聚硅酸和聚金屬離子，同聚硅酸相比，不 但提高穩(wěn)定性，且增加了電中和能力，同聚金屬離子相比，可增加黏結(jié)架橋性 能，且易于制備，價格適宜，引起了水處理界的極大關(guān)注，成了國內(nèi)外無機高 分子絮凝劑研究的一個熱點。但許多研究表明，通過各種渠道進入人體的鋁會 產(chǎn)生積累并會參與體內(nèi)的多種生物化學反應，從而導致產(chǎn)生生物毒性而破壞各 個器官的生理功能，所以聚硅鐵鹽也就受到了越來越多的關(guān)注。
聚硅酸鐵鹽的研制始于上世紀90年代初期，具有凝聚沉淀快、污泥量少、 寬泛的pH值適用范圍、安全無毒等優(yōu)點，目前主要的制備方法主要有以下兩 種專利名稱為《聚鐵硅型復合無機高分子絮凝劑及其制備方法》、公開號為 CNU10818的中國專利以液體三氯化鐵、碳酸氫鈉和工業(yè)水玻璃為原料，以
低聚硅酸為穩(wěn)定劑，采用均聚復合法制備聚合鐵-聚合硅酸絮凝劑，而且是應 用同一個制備方法制備不同硅鐵摩爾比混凝劑，以適應不同水質(zhì)的原水和廢
水。專利名稱為《固體型聚合硅酸硫酸鐵及生產(chǎn)方法》、公開號為CN1389407 的中國專利采用硝酸氧化硫酸亞鐵并且以硅酸鈉為原料生產(chǎn)固體聚合硅酸硫 酸鐵，反應用蒸汽加熱，將溫度控制在8(TC 9(TC，并采用尾氣吸收系統(tǒng)處理
二次污染產(chǎn)生的廢氣。以上兩種方法生產(chǎn)的混凝劑存在對低溫低濁水質(zhì)適應性 差、生產(chǎn)成本高、制備工藝復雜和生產(chǎn)過程中對環(huán)境產(chǎn)生二次污染的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有制備聚鐵硅混凝劑中存在對低溫低濁水質(zhì)適應性 差、生產(chǎn)成本高、制備工藝復雜和生產(chǎn)過程中對環(huán)境產(chǎn)生二次污染的缺陷，而 提供一種聚硅鐵混凝劑及其制備方法。
本發(fā)明的聚硅鐵混凝劑按重量百分比由20% 60%的水玻璃、10%~30%的 稀酸溶液、10%~50%的硫酸亞鐵和1.5%~10%的氯酸鈉制成；其中稀酸溶液的 溶質(zhì)為硫酸、鹽酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的濃度為20%~50%。
本發(fā)明的聚硅鐵混凝劑的制備方法按照如下步驟進行 一、按重量百分比 分別稱取20% 60%的水玻璃、10%~30%的稀酸溶液、10%~50%的硫酸亞鐵和 1.5%~10%的氯酸鈉；二、在400~600r/min的攪拌速度下將水玻璃加入到一部 分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值為2.0~3.5，然后停止攪拌并控制反應溫 度為20。C 6(TC，反應l 10h后，制得活化硅酸；三、在20。C 80。C、攪拌速 度為200 400r/min的條件下，將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入到剩余的稀酸溶液中， 10 30min后再加入步驟二制得的活化硅酸，然后以100~200r/min的速度攪拌 30 60min，再靜置1 24h;即得到聚硅鐵混凝劑；步驟一中的稀酸溶液的溶質(zhì) 為硫酸、鹽酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的濃度為20% 50%。
本發(fā)明的聚硅鐵混凝劑具有以下優(yōu)點1、對低溫低濁水質(zhì)適應性明顯增 強，能夠有效降低濁度、天然有機物(UV254)和化學需氧量(COD); 2、產(chǎn) 品安全無毒；3、應用廣泛，適用于城市給水與污水、工業(yè)給水、廢水處理及 污泥脫水等多個領(lǐng)域。
本發(fā)明的聚硅鐵混凝劑的制備方法具有以下優(yōu)點1、方法簡單，在常溫 下即可制備，無需加熱，最短生產(chǎn)時間僅為2小時40分鐘；2、原料易得，改
變了以前的制備方法都沒有使用乙酸制備；3、制備成本低，成本比現(xiàn)有混凝 劑的制備方法降低了 2%~10%; 4、制備過程中不產(chǎn)生廢氣，產(chǎn)品對環(huán)境友好。


圖1為具體實施方式
二十九制備的聚硅鐵混凝劑與現(xiàn)有的聚合氯化鋁混 凝劑在投藥量為0.06mmol/L時的降低污水濁度的對比圖，其中"A，，為聚硅鐵
混凝劑降低污水濁度曲線，"令"為聚合氯化鋁混凝劑降低污水濁度曲線；圖2
為具體實施方式
二十九制備的聚硅鐵混凝劑與現(xiàn)有的聚合氯化鋁混凝劑在投
藥量為0.18mmol/L時的降低污水濁度的對比圖，其中"x"為聚硅鐵混凝劑降低 污水濁度曲線，"固"為聚合氯化鋁混凝劑降低污水濁度曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方 式間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式的聚硅鐵混凝劑按重量百分比由20%~60% 的水玻璃、10°/。~30%的稀酸溶液、10%~50%的硫酸亞鐵和1.5%~10%的氯酸 鈉制成；其中稀酸溶液的溶質(zhì)為硫酸、鹽酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的濃度為 20%~50%。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點為聚硅鐵混凝
劑按重量百分比由30%~50%的水玻璃、15% 25°/。的稀酸溶液、20%~40%的硫 酸亞鐵和3% 8.5%的氯酸鈉制成；稀酸溶液的濃度為30%~40%。其它與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點為聚硅鐵混凝 劑按重量百分比由40%的水玻璃、20%的稀酸溶液、30%的硫酸亞鐵和10%的 氯酸鈉制成；稀酸溶液的濃度為35%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二或三的不同點為水
玻璃中二氧化硅的質(zhì)量濃度為2%~8%。其它與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式的聚硅鐵混凝劑的制備方法按照如下步驟進
行 一、按重量百分比分別稱取20%~60%的水玻璃、10%~30%的稀酸溶液、 10%~50%的硫酸亞鐵和1.5% 10%的氯酸鈉；二、在400~600r/min的攪拌速 度下將水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值為2.0 3.5，然
后停止攪拌并控制反應溫度為20。C 60。C，反應l-10h后，制得活化硅酸；三、 在20。C 80。C、攪拌速度為200 400r/min的條件下，將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入 到剩余的稀酸溶液中，10~30min后再加入步驟二制得的活化硅酸，然后以 100 200r/min的速度攪拌30 60min，再靜置2 24h;即得到聚硅鐵混凝劑；步 驟一中的稀酸溶液的溶質(zhì)為硫酸、鹽酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的濃度為 20%~50%。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟一中按 重量百分比分別稱取30%~50%的水玻璃、15%~25%的稀酸溶液、20%~40%的 硫酸亞鐵和3%~8.5%的氯酸鈉。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟一中按
重量百分比分別稱取40%的水玻璃、20%的稀酸溶液、30%的硫酸亞鐵和10% 的氯酸鈉。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
五、六或七的不同點是步
驟一水玻璃中二氧化硅的質(zhì)量濃度為2%~8%。其它步驟及參數(shù)與具體實施方
式五、六或七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中在 450~550r/min的攪拌速度下將水玻璃加入到稀酸溶液中。其它步驟及參數(shù)與具 體實施方式五相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中在 500r/min的攪拌速度下將水玻璃加入到稀酸溶液中。其它步驟及參數(shù)與具體實 施方式五相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中 將水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值為2.3~3.2。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中
將水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值為2.8。其它步驟及參數(shù)與具
體實施方式五相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中
控制反應溫度為3(TC 50。C。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中 控制反應溫度為40°C。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中 反應時間為3 8h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟二中 反應時間為5h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三中 在40。C 6(TC、攪拌速度為250 350r/min的條件下，將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入 到稀酸溶液中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三中 在5(TC、攪拌速度為300r/min的條件下，將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入到稀酸溶 液中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三中 15~25min后再加入步驟二制得的活化硅酸。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三中 20min后再加入步驟二制得的活化硅酸。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相 同。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三
中加入活化硅酸后以120 180r/min的速度攪拌40 50min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三
中加入活化硅酸后以150r/min的速度攪拌45min。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式五相同。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三
中攪拌后靜置6 20h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
二十四本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三 中攪拌后靜置10~16h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
二十五本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟三
中攪拌后靜置13h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
二十六本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟一 中的稀酸溶液的溶質(zhì)為硫酸，稀酸溶液的濃度為30%~40%。其它步驟及參數(shù) 與具體實施方式
五相同。
用本事實施方式方法制備的聚硅鐵混凝劑處理松花江水，投放量為 0.21mmol/L，投放40min后，測定水的濁度為0.67， CODMn的去除率為60.4%， UV254的去除率為85.4%。處理過程中不需要對水進行升溫。
處理前的松花江水的水溫為15。C，pH值為7.34，濁度為13.52NTU，CODMn 值為7.18mg/L， UV254值為0.145mg/L。
具體實施方式
二十七本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟一 中步驟一中的稀酸溶液的溶質(zhì)為鹽酸，稀酸溶液的濃度為25%~45%。其它步
驟及參數(shù)與具體實施方式
五相同。
用本事實施方式方法制備的聚硅鐵混凝劑處理松花江水，投放量為
0.21mmol/L，投放40min后，測定水的濁度為0.65， CODMn的去除率為65.8%，
UV254的去除率為85.6%。處理過程中不需要對水進行升溫。
處理前的松花江水的水溫為15。C，pH值為7.34，濁度為13.52NTU，CODMn
值為7.18mg/L， UV254值為0.145mg/L。
具體實施方式
二十八本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟一 中步驟一中的稀酸溶液的溶質(zhì)為乙酸，稀酸溶液的濃度為35%。其它步驟及參
數(shù)與具體實施方式
五相同。
用本事實施方式方法制備的聚硅鐵混凝劑處理松花江水，投放量為
0.21mmol/L，投放40min后，測定水的濁度為0.35， CODMn的去除率為74.3%， UV254的去除率為92.1%。處理過程中不需要對水進行升溫。
處理前的松花江水的水溫為15。C，pH值為7.34，濁度為13.52NTU，CODMn 值為7.18mg/L，卯254值為0.145mg/L。
具體實施方式
二十九本實施方式聚硅鐵混凝劑的制備方法按照如下步驟
進行 一、按重量百分比分別稱取50%的水玻璃、15°/。的稀酸溶液、30%的硫 酸亞鐵和5%的氯酸鈉；二、在500r/min的攪拌速度下將水玻璃加入到一部分 的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值為3.0，然后停止攪拌并控制反應溫度為40°C，反應4h后，制得活化硅酸；三、在5(TC、攪拌速度為300r/min的條件 下，將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入到剩余的稀酸溶液中，20min后再加入步驟二制 得的活化硅酸，然后以150r/min的速度攪拌40min，再靜置4h;即得到聚硅 鐵混凝劑；步驟一中的稀酸溶液的溶質(zhì)為乙酸，稀酸溶液的濃度為35%。 本實施方式步驟一水玻璃中二氧化硅的質(zhì)量濃度為8%。 用本實施方式制備的聚硅鐵混凝劑和現(xiàn)有聚合氯化鋁混凝劑處理松花江 水(松花江水的水溫為15°C， pH值為7.34，濁度為13.52NTU， CODMn值為 7.18mg/L， UV254值為0.145mg/L)，投放量均為0.06mmol/L，處理后的對比 曲線如圖1所示，從圖1中可以看出本實施方式制備的聚硅鐵混凝劑處理污水 的能力在30分鐘后明顯好于現(xiàn)有聚合氯化鋁混凝劑。
用本實施方式制備的聚硅鐵混凝劑和現(xiàn)有聚合氯化鋁混凝劑處理松花江 水(松花江水的水溫為15°C， pH值為7.34，濁度為13.52NTU， CODMn值為 7.18mg/L， 11￥254值為0.145mg/L)，投放量均為0.18mmol/L，處理后的對比 曲線如圖2所示，從圖2中可以看出本實施方式制備的聚硅鐵混凝劑處理污水 的能力明顯好于現(xiàn)有聚合氯化鋁混凝劑。
權(quán)利要求
1、一種聚硅鐵混凝劑，其特征在于聚硅鐵混凝劑按重量百分比由20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亞鐵和1.5％～10％的氯酸鈉制成；其中稀酸溶液的溶質(zhì)為硫酸、鹽酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的濃度為20％～50％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚硅鐵混凝劑，其特征在于聚硅鐵混凝劑 按重量百分比由40%的水玻璃、20%的稀酸溶液、30%的硫酸亞鐵和10%的氯 酸鈉制成；稀酸溶液的濃度為35%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚硅鐵混凝劑，其特征在于水玻璃中 二氧化硅的質(zhì)量濃度為2%~8%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚硅鐵混凝劑的制備方法，其特征在于聚硅鐵 混凝劑的制備方法按照如下步驟進行 一、按重量百分比分別稱取20%~60% 的水玻璃、10%~30%的稀酸溶液、10% 50%的硫酸亞鐵和1.5% 10%的氯酸 鈉；二、在400 600r/min的攪拌速度下將水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中， 使混合溶液的pH值為2.0-3.5，然后停止攪拌并控制反應溫度為20°C~60°C, 反應l 10h后，制得活化硅酸；三、在2(TC 80。C、攪拌速度為200~400r/min 的條件下，將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入到剩余的稀酸溶液中，10 30min后再加 入步驟二制得的活化硅酸，然后以100 200r/min的速度攪拌30 60min，再靜 置2 24h;即得到聚硅鐵混凝劑；步驟一中的稀酸溶液的溶質(zhì)為硫酸、鹽酸、 磷酸或乙酸，稀酸溶液的濃度為20%~50%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚硅鐵混凝劑的制備方法，其特征在于步驟一 中按重量百分比分別稱取30%~50%的水玻璃、15%~25%的稀酸溶液、 20%~40%的硫酸亞鐵和3%~8.5%的氯酸鈉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚硅鐵混凝劑的制備方法，其特征在于步驟二 中將水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值為2.3~3.2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚硅鐵混凝劑的制備方法，其特征在于步驟二 中控制反應溫度為30°C~50°C。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚硅鐵混凝劑的制備方法，其特征在于步驟三 中在40。C 60。C、攪拌速度為250 350r/min的條件下，將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入到稀酸溶液中。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚硅鐵混凝劑的制備方法，其特征在于步驟三 中加入活化硅酸后以120 180r/min的速度攪拌40 50min。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚硅鐵混凝劑的制備方法，其特征在于步驟三 中攪拌后靜置6~20h。
全文摘要
一種聚硅鐵混凝劑及其制備方法，它涉及了一種無機高分子混凝劑及其制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有制備聚鐵硅混凝劑中存在對低溫低濁水質(zhì)適應性差、生產(chǎn)成本高、制備工藝復雜和生產(chǎn)過程中對環(huán)境產(chǎn)生二次污染的缺陷。本發(fā)明的聚鐵硅混凝劑由水玻璃、稀酸溶液、硫酸亞鐵和氯酸鈉制成。本發(fā)明的聚硅鐵混凝劑的制備方法按照如下步驟進行一、稱取原料；二、將水玻璃加入到稀酸溶液中，反應后制得活化硅酸；三、將硫酸亞鐵與氯酸鈉加入到剩余的稀酸溶液中，再加入步驟二制得的活化硅酸，即得到聚硅鐵混凝劑。本發(fā)明的聚硅鐵混凝劑適用于對低溫低濁水質(zhì)，制備成本低、制備方法簡單、制備過程無污染的優(yōu)點。
文檔編號C02F1/52GK101386435SQ200810137438
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者于水利, 霞 許 申請人:哈爾濱工業(yè)大學