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聚合氯化铝混凝剂在水处理中的应用

时间:2020/08/17 点击:

摘要:本文简述了无机高分子混凝剂,我国的聚合氯化铝生产工艺等水处理技术应用问题,以及聚合氯化铝混凝剂在水处理中的应用。

28%含量聚合氯化铝

1、无机高分子混凝剂

混凝过程的目的是把水中呈细分散状态的污染杂质微粒,设法凝聚成为粗分散的颗粒,经过沉降、过滤等方法由水中分离出去,使水质得到净化。这一过程在饮用水和工业废水的处理中是不可缺少的环节。在软化、除铁、除锰、除硅、除臭味、除藻类、除细菌病毒等处理中经常采用。在工业废水的处理和回收利用中,可以去除的污染杂质、除浑浊和颜色物质外,还包括各种动植物纤维、高分子物质,各种有机物构成的生化需氧量(BOD)或化学需氧量(COD),焦油、石油及其他油脂,细菌和病毒,氮、磷等富营养化物质,烷基苯磺酸钠(ABS)类除垢剂及各种表面活性物质,杀虫剂等农药毒物。以活性炭吸附氯仿提取物(CCE),有机类杂质,汞、铅等重金属类有毒污染物质,放射性物质等等。混凝过程在污水的预处理、中间处理、最终处理和污泥处理中也是重要方法。混凝过程中投加的主要药剂称为混凝剂、凝聚剂、絮疑剂等,水质污染控制和处理所用各种混凝剂,按照化学结构可分为无机类和有机类。无机类的高价金属盐是传统的混凝剂。无机高分子混疑剂中主要的品种是聚合氯化铝,这是由碱式铝盐经缩聚而成的羟基铝聚合物。它比传统的净水剂有高出数倍的混凝效能和一系列优点。

2、我国聚合氯化铝的生产工艺

2.1品种规格

在生产中广泛应用的聚合氯化铝制品,部分是采用酸溶铝灰一步法的粗制品。由于分离困难,这种制品中尚有一定量的铝灰粉末,杂质较多,但混凝效果良好,成本较低。再有一种是碱溶铝灰两步法制品,杂质较少,混凝效果优良。以铝矾土或煤矸石为原料,由酸溶两步法制成的聚合氯化铝质量也很优良。聚合氯化铝制品从一开始就立足于高盐基度(B>60%)类型,较早地认识到高盐基度而又稳定的制品是发展方向。对于含硫酸根的聚合氯化铝也进行了一定的研究和试制,并且利用硫酸铝废渣、含硫酸盐的含铝废液等为原料制成的这类产品,今后除继续发展这些品种外,对于聚合氯化铝铁类混凝剂制品也应给予足够的重视。

2.2生产原料

我国聚合氯化铝是以废铝灰及金属铝为原料发展起来的,由于资源有限,无法满足工业化大批量生产的需求,许多单位致力于以含铝矿物为原料制造聚合氯化铝,可供选择的矿物原料有铝矾土、硅藻土、高岭土、粘土,以及煤矸石、粉煤灰等等。

目前研究以类似于炼铝的部分流程直接从铝矾土制造聚合氯化铝的方法。我国铝矾士矿分布绝大部分为一水硬铝石型,而三水铝石和一水软铝石较少,所以制取方法较复杂。

煤矸石是采煤、选煤过程中的废矿石,主要是铝硅酸盐类矿物质,Al2O3约在20-40%,而我国许多煤矿的矸石含Al2O3达到35-40%以上。煤矸石的排出量常达到原煤产量的百分之几十,在煤矿区堆积如山,不但侵占大量农田,而且在自燃后排出SO2、SO3等有害体,污染空气,经雨水冲刷又生成硫酸及其盐类,污染水源,损伤农作物。因此,矸石山是废渣、废气、废水等三废俱全的环境污染来源,成为煤矿区长期末能解决的难题。我国煤矸石的综合利用已有进展,该流程是先把煤矸石粉碎成末,在特制沸腾炉中燃烧,得到相当于煤炭40%发热量,作为热源利用。然后煤矸石灰分即可作为溶铝矿石原料,以盐酸或硫酸蒸煮浸出铝分后,残渣可作水泥添加料,还可制水玻璃等。溶出的铝液就可制作结晶氯化铝、硫酸铝或聚合氯化铝。这一流程充分利用了煤矸石所含的各种成分,与含铝矿物制作聚合氯化铝的过程基本一致。综合利用煤矸石确实可作为我国发展聚合氯化铝工业的基本方案。

2.3溶浸铝液

以废铝灰或金属铝为原料溶浸铝液时,自发热量较高,无论酸溶或碱溶,都可自发升温到90℃以上,无需加热或略需加热即可,工艺比较简单。为制造聚合氯化铝从含铝矿石溶浸铝液,实际上就是金属铝冶炼流程中的前一部分,适当加以变动和简化,不需严格精制和完全除铁,不一定附属于制铝工业,可以较小规模因地制宜独立进行。如果条件适宜,与制铝工业综合起来成为综合整体,也是可行的。

制铝工业中溶浸铝液主要应用碱法。铝硅比高的铝矾土可用碱液溶浸即拜耳法,三水铝石型可在常压下溶煮,其他一水铝石型则需在高压下溶出。铝硅比低的铝矾土和铝酸盐类矿石则需用碱烧结法。若单独建立聚合氯化铝制造工业,其原料大抵应为铝硅比低的各种含铝矿石,以采用酸法较适宜。世界上利用低品位铝硅酸盐以酸法制铝有相当的发展,此技术经验可作为探讨聚合氯化铝生产工艺的借鉴。

含铝矿石需首先破碎、在700℃温度下溶烧并球磨成粉。若用煤矸石则溶烧时不需外加然料且可利用为热源,溶烧后颗粒有细孔,在加压下,用盐酸或硫酸加热溶浸,均可得到70-80%以上的铝溶出率,但铝液的盐基度都低,目前采取各种方法都不能达到20-30%以上,未能实现酸溶一步法制出成品。

以盐酸进行压熔煮或许可成为一步法制造聚合氯化铝成品或半成品的方法,这是值得探索的一种工艺流程,但需解决设备的腐蚀问题。

2.4盐基度调整

含铝矿石酸溶浸出的铝液需要提高盐基度才能成为聚合氯化铝。制造聚合氯化铝和调整盐基度的方法曾归纳提出15种,可以用于加碱调整、加铝酸钠调整、制成氢氧化铝沉淀物用以不足量酸溶等等。在我国聚合氯化铝生产和科研实践中,还采用了一些调整盐基度的新方法。

1)硫酸铝液加钙盐调制。以硫酸溶铝液和盐酸溶铝液按一定比例混合,在加入一定量的石灰或碳酸钙,生成硫酸钙沉淀去除硫酸根,也可直接实行碱化,形成含少量硫酸根的聚合氯化铝。如果调制得当,质量是良好的,但制品的稳定性稍差。

2)蒸发驱酸。把盐酸溶铝液加热到沸腾,使酸不断随蒸汽挥发驱除,同时溶液中的铝不断进行水解,又不断被浓缩,其盐基度得到提高而生成聚合氯化铝。在蒸发过程中可不断补充少量清水,以防过早粘稠。这种方法需时较久,不适于大批量生产。

3)固体焙烧。把盐酸溶铝液加以浓缩结晶,生成固体氯化铝,在沸腾炉或回转炉里焙烧,温度约在150-190℃,可以驱除盐酸气味,使固体颗粒具有一定盐基度。这样的颗粒在常温水中不易溶解,需要在60℃左右的温度下搅拌1.5-2.0小时,这种制品的混凝效果良好。若把焙烧后的制品加少量水搅拌溶解成粘稠液,再凝固成树脂状固体,即可迅速溶解。这一流程得到聚合氯化铝产品的质量是优良的,但工艺复杂,成本较高。

4)电渗析。在电解槽中设离子交换树脂膜,分隔成室。各室分装低盐基度铝液、氯化铝或硫酸铝溶液等。通直流电后,铝离子可透过阳离子交换膜,相应提高阴极室一方隔间中的盐基度,得到聚合氯化铝。国外较多推荐这种方法,有一定发展前途。

2.5熟化、浓缩、固化

盐基度已调整到50-60%以上的聚合氯化铝溶液,需要在适当温度下促进无机高分子的缩聚反应,尽可能提高其聚合度,这一过程称为熟化。熟化前溶液浓度若低于1.0m,可先在沸腾条件下浓缩。熟化时溶液浓度要大于1-2m,在60-80℃条件下缓慢搅拌1-2小时,对于提高聚合度非常有效,从而生产出好聚合氯化铝制品,熟化是很重要的阶段。

以上内容是聚合氯化铝混凝剂在水处理中应用的详细介绍,希望对你有所帮助。