專利名稱：鐵鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其制備與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵鹽-海藻酸鈉組合的膜前水處理劑及其應(yīng)用，屬于環(huán)境化學(xué)水處理劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于水資源的短缺、水環(huán)境的惡化、飲用水標(biāo)準(zhǔn)的提高以及傳統(tǒng)飲用水處理工藝的局限性，開(kāi)發(fā)新的飲用水安全保障技術(shù)以改造或代替?zhèn)鹘y(tǒng)處理技術(shù)已經(jīng)成為市政供水行業(yè)面臨的重要課題。膜技術(shù)被稱為21世紀(jì)的水處理技術(shù)，其在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理等方面相對(duì)于傳統(tǒng)工藝都有一定的優(yōu)勢(shì)，以超濾為核心技術(shù)的組合工藝被稱為第三代城市飲用水凈化工藝。超濾技術(shù)的核心是超濾膜，其主要以物理截留作用來(lái)去除水體中的污染物。與常規(guī)工藝比較，超濾膜工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)①去濁率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，其出水濁度穩(wěn)定可在0. INTU以下，對(duì)顆粒物質(zhì)的去除率可達(dá)99. 9%以上；②能有效去除病原微生物，超濾工藝能有效去除水中賈第蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)、細(xì)菌等病原微生物和病原病毒；③水廠占地面積小。盡管超濾技術(shù)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是膜污染成為制約其廣泛應(yīng)用及發(fā)展的主要因素。膜污染可以導(dǎo)致水通量的持續(xù)下降，而且膜的不可逆污染難以水力清洗恢復(fù)，使得膜使用壽命縮短，這將增加膜的維護(hù)成本、提高制水成本。因此，膜工藝在實(shí)際使用時(shí)，往往與其他水處理工藝聯(lián)合使用。為了提高超濾對(duì)水中污染物的去除效果，減輕超濾膜污染，增大超濾膜通量，通常采用各種預(yù)處理方式來(lái)改變水中污染物的表面性質(zhì)和存在形態(tài)，如混凝、砂率、投加粉末活性炭或PAC等。在眾多預(yù)處理工藝中，混凝預(yù)處理由于簡(jiǎn)便、易行，與超濾組合去除水中污染物的眾多優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。有研究表示采用混凝-超濾組合工藝可減少進(jìn)入超濾膜孔的污染物量，改善超濾膜表面沉積層的性質(zhì)，從而減輕污染物在超濾膜表面的吸附沉積，增大超濾膜滲透通量，可有效的降低濾餅層阻力和濃差極化阻力，改善周期物理清洗效果。鐵鹽混凝劑廣泛應(yīng)用于水的凈化處理和污水的脫泥處理等行業(yè)，具有除濁脫色能力強(qiáng)，對(duì)懸浮物去除率高等優(yōu)點(diǎn)。研究表明，在混凝劑的選擇上，鐵鹽具有較多優(yōu)點(diǎn)。由于鐵鹽的酸化能力比鋁鹽強(qiáng)，混凝時(shí)PH值比鋁鹽低，從而提高了混凝劑水解產(chǎn)物的正電荷密度，減少混凝劑需求量，有利于有機(jī)物吸附到金屬氫氧化物上，其次，鐵鹽水解產(chǎn)生的氫氧化鐵量大大高于鋁鹽水解所產(chǎn)生的氫氧化鋁，且鋁鹽混凝劑存在毒性的問(wèn)題，在有些場(chǎng)合凈水效果不是很理想。鐵鹽混凝劑存在成本高，腐蝕性大，有機(jī)混凝劑因其水解或降解產(chǎn)生有毒物質(zhì)而使應(yīng)用受限。基于無(wú)機(jī)、有機(jī)混凝劑作用效果間的互補(bǔ)性，無(wú)機(jī)-有機(jī)混凝劑成為關(guān)注的焦點(diǎn)。海藻酸鈉(SA)又稱藻酸鈉、海草酸鈉、褐藻膠，分子式為(C6H7Na)n,是一種從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的聚陰離子多糖(海藻酸)的鈉鹽。自1883年由海帶中發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉，1929年開(kāi)始在美國(guó)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，1944年應(yīng)用于食品工業(yè)，1983年經(jīng)美國(guó)食品與藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)直接作為食品的成分用于醫(yī)藥工業(yè)。海藻酸鈉具有增稠性好、成膜性好、凝膠強(qiáng)度高、成絲性好等優(yōu)點(diǎn)。海藻酸鈉廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)學(xué)工程、涂膜保鮮和重金屬的污染等方面，海藻酸鈉與無(wú)機(jī)鹽混凝劑用于水處理的專利至今未見(jiàn)報(bào)道。
CN101913714A公開(kāi)了一種反滲透水處理劑及其制備方法，該反滲透水處理劑配方由以下組份組成兩種有機(jī)膦酸化合物的混合物10 40%，聚丙烯酸和/或其鈉鹽1 10%，水解聚馬來(lái)酸酐2 9 %，磺酸共聚物2 20%，十二烷基二甲基芐基氯化銨0. 1 3%，其余為水。本發(fā)明產(chǎn)品用于反滲透水處理系統(tǒng)時(shí)，能防止CaC03、CaSO4, Ca3(PO4)2, BaSO4, SrSO4等垢以及氫氧化鐵、鋅鹽在反滲透膜上的沉積，延長(zhǎng)反滲透膜的化學(xué)清洗周期及其使用壽命。發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明主提供一種鐵鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其制備與應(yīng)用。該膜前水處理劑能增強(qiáng)混凝效果，提高后續(xù)工序中的膜通量、降低膜污染。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種組合型膜前水處理劑，原料質(zhì)量份組成如下
海藻酸鈉1份，鐵鹽混凝劑以鐵的質(zhì)量計(jì)1 50份；
所述的海藻酸鈉配制成濃度為0. 1 0. 2g/L的溶液使用，該海藻酸鈉溶液是將海藻酸鈉置于軟化水中，在磁力攪拌下先溶脹再溶解制得；
所述鐵鹽混凝劑置于軟化水中配成!^e (III)質(zhì)量百分含量為0. 5g/L的溶液使用。
所述鐵鹽混凝劑為三價(jià)鐵鹽混凝劑，選自氯化鐵(FeCl3)、聚合氯化鐵(PFC)或聚合硫酸鐵(PFS)。
優(yōu)選的，所述的聚合氯化鐵或聚合硫酸鐵中!^e (III)質(zhì)量百分含量為5% 15%， 所述的聚合氯化鐵或聚合硫酸鐵的堿化度0. 5 1. 5，pH為0. 3 0. 7，分子量為IOOODa 50000Dao
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，組合型膜前水處理劑原料質(zhì)量份組成如下
海藻酸鈉1份，鐵鹽混凝劑以鐵的質(zhì)量計(jì)3 20份。
根據(jù)本發(fā)明，一種鐵鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的制備方法，步驟如下
(1)將海藻酸鈉置于60_65°C的軟化水中，先溶脹5 15分鐘，再進(jìn)行磁力攪拌， 200-400轉(zhuǎn)/秒攪拌時(shí)間25 30分鐘，使海藻酸鈉完全溶解，配成0. 1 0. 2g/L的海藻酸鈉溶液，于4°C貯存?zhèn)溆谩?br> (2)取鐵鹽混凝劑在室溫下置于軟化水中，配成狗(111)質(zhì)量百分含量為0. 5g/L 的溶液。
(3)使用前，按海藻酸鈉1份、鐵鹽混凝劑以鐵的質(zhì)量計(jì)1 50份的配比取步驟 (2)的鐵鹽混凝劑溶液、步驟(1)的海藻酸鈉溶液，分別加入待處理水中。
本發(fā)明的鐵鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的應(yīng)用，用于給水、廢水處理，石油開(kāi)采、造紙、采礦、日用化工的水處理。應(yīng)用方法為按鐵鹽混凝劑溶液、海藻酸鈉溶液間隔 30-50秒的順序先后投入待處理水中，海藻酸鈉溶液加入待處理水中后處理20 30分鐘即可。然后再繼續(xù)后續(xù)的超濾膜處理工藝。
根據(jù)本發(fā)明的鐵鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑的應(yīng)用，與傳統(tǒng)混凝工藝相比，海藻酸鈉溶液加入待處理水中處理20 30分鐘，可明顯增大混凝絮體，明顯增強(qiáng)絮體強(qiáng)度，提高水處理效果，減輕超濾膜污染，增大超濾膜通量。本發(fā)明的膜前水處理劑由氯化鐵或聚合氯化鐵(堿化度=0. 5)和海藻酸鈉組成。 海藻酸鈉本身帶有負(fù)電荷，Zeta電位在_60mV士3mV，pH為7. 73-7. 86的無(wú)色透明粘稠液體。 海藻酸鈉的主要成分為多糖類物質(zhì)，含有羧基分別以-C00-和COOH的形式存在。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制備。海藻酸鈉是一種高分子陰離子型絮凝劑，它含有多種有機(jī)官能團(tuán)，其中具有代表性的官能團(tuán)是羧基和羥基等，能夠與鐵鹽混凝劑的吸附架橋作用形成協(xié)同作用，增強(qiáng)其吸附卷掃的作用，因?yàn)楫?dāng)采用鐵鹽與海藻酸鈉復(fù)配時(shí)，海藻酸鈉的線型高分子結(jié)構(gòu)可以穿過(guò)水膜，通過(guò)所含有的官能團(tuán)，在顆粒與顆粒之間吸附架橋。本發(fā)明綜合了海藻酸鈉分子量高、對(duì)膠體物質(zhì)的吸附架橋能力強(qiáng)以及無(wú)機(jī)鐵鹽混凝劑混凝效果好、超濾效果好及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，提供一種鐵鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑，應(yīng)用于水處理領(lǐng)域具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)，適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)良效果1、本發(fā)明與單獨(dú)使用無(wú)機(jī)鐵鹽混凝劑處理效果相比，投加海藻酸鈉有助凝作用， 在地表水處理中，去除有機(jī)物效果在更寬泛的范圍內(nèi)均得到了明顯的改善；2、本發(fā)明與單獨(dú)使用鐵鹽混凝劑處理效果相比，添加海藻酸鈉后所形成的絮體明顯增大，沉降性能顯著提高，有效縮短了運(yùn)行周期；3、本發(fā)明與聚丙烯酰胺等人工合成有機(jī)高分子相比，海藻酸鈉作為馬尾藻的提取物質(zhì)具有安全無(wú)毒，易生物降解，無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)；4、本發(fā)明膜前水處理劑通過(guò)鐵鹽混凝劑與海藻酸鈉復(fù)配使用后，能增強(qiáng)混凝的效果，對(duì)后續(xù)的膜工藝起到提高膜通量、減輕膜污染的效果。


圖1是實(shí)施例3采用氯化鐵-海藻酸鈉混凝劑、氯化鐵混凝劑進(jìn)行混凝-超濾處理腐植酸模擬水樣的膜通量與處理時(shí)間關(guān)系圖。氯化鐵加量以狗(111)的質(zhì)量計(jì)為5mg/L， 海藻酸鈉加量為0. 3mg/L0混凝-超濾處理腐植酸模擬水樣圖2是實(shí)施例4采用聚合氯化鐵-海藻酸鈉混凝劑、聚合氯化鐵混凝劑進(jìn)行混凝-超濾處理腐植酸模擬水樣的膜通量與處理時(shí)間關(guān)系圖。氯化鐵加量以狗(111)的質(zhì)量計(jì)為5mg/L，海藻酸鈉加量為0. 3mg/L0
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例、應(yīng)用例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)水樣水樣的制備方法參見(jiàn)徐秀明等聚合氯化鋁中Alb形態(tài)去除腐殖酸的效果及機(jī)制研究，山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境科學(xué)，2008，四(11) =3064-3070 稱取Ig腐殖酸，以少量去離子水調(diào)和，并加入一定量的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)溶解，磁力攪拌 0. 5h后定容到1L，配制成lg/L的模擬水樣貯備液?；炷龑?shí)驗(yàn)時(shí)，以自來(lái)水調(diào)和，配成濃度為10mg/L腐殖酸模擬水樣。在以下應(yīng)用實(shí)例一至四中均使用上述水樣。實(shí)施例中使用的原料均為市售產(chǎn)品。實(shí)施例1 海藻酸鈉與氯化鐵混凝劑組合
海藻酸鈉氯化鐵混凝劑(以鐵計(jì))=1 3 20組合質(zhì)量比。
(1)稱取一定量的海藻酸鈉，用60_65°C的軟化水使其初步的溶脹10分鐘，在磁力攪拌器下用200-400轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌25-30分鐘，使其完全溶解，配成0. lg/L的海藻酸鈉溶液放于4°C備用。
(2)稱取一定量的氯化鐵混凝劑，在室溫下至于軟化水中，配成!^(III)質(zhì)量百分含量為0. 5g/L的溶液。
(3)取步驟O)的氯化鐵混凝劑溶液、步驟(1)的海藻酸鈉溶液，先將鐵鹽混凝劑加入待處理水中混凝處理30秒，再將步驟(1)的海藻酸鈉溶液加入水樣中處理20-30分鐘。海藻酸鈉的加藥量為0. 3mg/L(以海藻酸鈉固體質(zhì)量計(jì))，氯化鐵混凝劑加藥量以鐵 (III)的質(zhì)量計(jì)分別為 lmg/L，ang/L，;3mg/L，％ig/L，5mg/L，6mg/L。
應(yīng)用實(shí)例一
將實(shí)施例1制備的無(wú)機(jī)鐵混-海藻酸鈉復(fù)配膜前水處理劑(氯化鐵-海藻酸鈉)，用于腐植酸模擬水樣的混凝處理(表1中加藥量是氯化鐵以鐵的質(zhì)量計(jì)，海藻酸鈉的投加量均為0. 3mg/L水)，同時(shí)與氯化鐵混凝單處理作對(duì)比。原水水質(zhì)情況如下pH值為 7. 37-7. 40，濁度為 5. 6-5. ONTU, UV254 為 0. 327-0. 268cm_1, DOC 為 4. 948-5. 116mg/L。處理結(jié)果列于表1
表1氯化鐵/氯化鐵-海藻酸鈉復(fù)配膜前水處理劑處理腐植酸模擬水樣的效果
指標(biāo)藥品加藥量 (mg/L)123456剩余濁度(NTU)氯化鐵2. 711. 821. 431. 251. 141. 12氯化鐵一海藻酸鈉1. 50. 980. 970. 9650. 920. 89UV254去除率(％)氯化鐵69. 6479. 2483. 8984. 7585. 3886. 86氯化鐵一海藻酸鈉72. 0481. 9784. 6285. 0287. 0488. 26DOC去除率(%)氯化鐵36. 5441. 5345. 4151. 3352. 3653. 82氯化鐵一海藻酸鈉47. 6δ50. 7354. 9655. 3457. 2359. 61
從以上處理結(jié)果可見(jiàn)，氯化鐵與海藻酸鈉復(fù)配后處理腐植酸模擬水樣的混凝效果明顯優(yōu)于氯化鐵混凝劑單獨(dú)應(yīng)用于水樣的處理，如當(dāng)鐵鹽投加量大于2mg/L時(shí)，氯化鐵與海藻酸鈉復(fù)配后的混凝出水水樣，其剩余濁度降至0. 98NTU以下，而氯化鐵單獨(dú)作用時(shí)均大于1NTU，UV254和DOC的去除率較氯化鐵單獨(dú)作用時(shí)均有3% -9%的提高。
實(shí)施例2 海藻酸鈉與聚合氯化鐵混凝劑組合
稱取一定量的海藻酸鈉，用60_65°C的軟化水使其初步的溶脹一段時(shí)間，在磁力攪拌器下用200-400轉(zhuǎn)/秒的速度之間攪拌25-30分鐘，使其完全溶解，配成0. lg/L的海藻酸鈉溶液放于4°C備用。
將鐵鹽混凝劑聚合氯化鐵與海藻酸鈉間隔30秒先后加入待處理模擬水樣進(jìn)行混凝處理，海藻酸鈉的加藥量為0. :3mg/L，鐵鹽混凝劑加藥量以鐵的質(zhì)量計(jì)分別為lmg/L，2mg/L,3mg/L,4mg/L,5mg/L,6mg/L。應(yīng)用實(shí)例二 將實(shí)施例2中制備的無(wú)機(jī)聚合氯化鐵-海藻酸鈉復(fù)配膜前水處理劑(聚合氯化鐵-海藻酸鈉)，用于腐植酸模擬水樣的混凝處理(表2中加藥量是氯化鐵以鐵的質(zhì)量計(jì)， 海藻酸鈉投藥量均為0. 3mg/L)，同時(shí)與聚合氯化鐵單獨(dú)處理作對(duì)比。原水水質(zhì)情況如下 pH 值為 7. 42-7. 50，濁度為 6. 5-5. 3NTU, UV254 為 0. 275-0. 332cm_1, DOC 為 4. 639-3. 763mg/ L。處理結(jié)果列于表2。表2聚合氯化鐵/聚合氯化鐵-海藻酸鈉復(fù)配膜前處理處理腐植酸模擬水樣的效果
權(quán)利要求
1.一種組合型膜前水處理劑，其特征在于原料質(zhì)量份組成如下 海藻酸鈉1份，鐵鹽混凝劑以鐵的質(zhì)量計(jì)1 50份；所述的海藻酸鈉配制成濃度為0. 1 0. 2g/L的溶液使用，該海藻酸鈉溶液是將海藻酸鈉置于軟化水中，在磁力攪拌下先溶脹再溶解制得；所述鐵鹽混凝劑置于軟化水中配成狗(III)質(zhì)量百分含量為0. 5g/L的溶液使用； 所述鐵鹽混凝劑為三價(jià)鐵鹽混凝劑，選自氯化鐵(FeCl3)、聚合氯化鐵(PFC)或聚合硫酸鐵(PFS)。
2.如權(quán)利要求1所述組合型膜前水處理劑，其特征在于原料質(zhì)量份組成如下 海藻酸鈉1份，鐵鹽混凝劑以鐵的質(zhì)量計(jì)3 20份。
3.如權(quán)利要求1所述組合型膜前水處理劑，其特征在于所述的聚合氯化鐵或聚合硫酸鐵中Fe(III)質(zhì)量百分含量為5% 15%，所述的聚合氯化鐵或聚合硫酸鐵的堿化度 0. 5 1. 5，pH 為 0. 3 0. 7，分子量為 IOOODa 50000Da。
4.權(quán)利要求1所述組合型膜前水處理劑的制備方法，步驟如下(1)將海藻酸鈉置于60-65°C的軟化水中，先溶脹5 15分鐘，再進(jìn)行磁力攪拌， 200-400轉(zhuǎn)/秒攪拌時(shí)間25 30分鐘，使海藻酸鈉完全溶解，配成0. 1 0. 2g/L的海藻酸鈉溶液，于4°C貯存?zhèn)溆茫?2)取鐵鹽混凝劑在室溫下置于軟化水中，配成!^e(III)質(zhì)量百分含量為0.5g/L的溶液；(3)使用前，按海藻酸鈉1份、鐵鹽混凝劑以鐵的質(zhì)量計(jì)1 50份的配比取步驟(2)的鐵鹽混凝劑溶液、步驟(1)的海藻酸鈉溶液，分別加入待處理水中。
5.權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述組合型膜前水處理劑的應(yīng)用，用于給水、廢水處理，石油開(kāi)采、造紙、采礦、日用化工的水處理；應(yīng)用方法為按鐵鹽混凝劑溶液、海藻酸鈉溶液間隔 30-50秒的順序先后投入待處理水中，海藻酸鈉溶液加入待處理水中后處理20 30分鐘即可。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵鹽-海藻酸鈉組合型膜前水處理劑及其制備與應(yīng)用。組合型膜前水處理劑原料質(zhì)量份組成為海藻酸鈉1份、鐵鹽混凝劑以鐵的質(zhì)量計(jì)1～50份；分別配置成溶液，先后加入待處理水中。鐵鹽混凝劑溶液、海藻酸鈉溶液間隔30-50秒先后投加使用。本發(fā)明組合型膜前水處理劑綜合了海藻酸鈉分子量高、對(duì)膠體物質(zhì)的吸附架橋能力強(qiáng)以及無(wú)機(jī)鐵鹽混凝劑混凝效果好、超濾效果好及應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于水處理領(lǐng)域具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)捷，適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102531128SQ20121002656
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者武彩紅, 王燕, 趙艷俠, 高寶玉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)