專利名稱：固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水處理技術(shù)中用的聚合硫酸鐵絮凝 劑，尤其涉及一種固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑及其制備方法。該產(chǎn)品主要應(yīng)用 于高濃度有機淀粉廢水的處理中，作為淀粉廢水預(yù)處理的凈化劑。
背景技術(shù)：
我國北方多以馬鈴薯為原料生產(chǎn)淀粉，在淀粉生產(chǎn)過程中，通常會產(chǎn)生大 量高濃度有機化合物及懸浮物酸性廢水。廢水中主要成分是溶解性淀粉和少量
蛋白質(zhì)， 一般沒有毒性，但COD值很高，通常為1000 30000 mg/L， SS為1500 mg/L。如將廢水直接排放到水體環(huán)境中，不僅對環(huán)境造成嚴(yán)重危害，也造成 水資源浪費。因此，對高濃度有機淀粉廢水的處理是目前環(huán)境工作者面臨的一 項重要問題。
在工業(yè)廢水的預(yù)處理中，常用到聚鋁和聚鐵絮凝劑，聚鋁絮凝劑的使用會 給環(huán)境帶來二次污染，對人體健康有不良影響，易誘發(fā)老年癡呆癥。采用聚鐵 絮凝劑進(jìn)行混凝凈化處理，可避免二次污染，且具有混凝能力強，礬花大，沉 降速度快等特點，是一種重要的無機高分子絮凝劑，在廢水處理中起著重要作 用。
20世紀(jì)70年代中期，日本鐵礦業(yè)株式會社率先制得液體聚合硫酸鐵。但 是液體聚鐵存在運輸困難的問題，很大程度上限制了它的推廣應(yīng)用。因此，研 制一種固體聚合硫酸鐵成了環(huán)境工作者關(guān)注的焦點。目前，市場上固體聚合硫 酸鐵多數(shù)是通過將液體產(chǎn)品經(jīng)噴霧干燥等工藝得到。由于液態(tài)聚鐵絮凝劑在生 產(chǎn)中所采用的氧化劑或催化氧化劑多為氯酸鈉、亞硝酸鈉等，在生產(chǎn)過程中易 于產(chǎn)生氮氧化物、氯氣等對環(huán)境有害的氣體，而且產(chǎn)品中含有硝酸根、亞硝酸 根等；經(jīng)噴霧干燥所得的固體產(chǎn)品能耗高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對高濃度有機淀粉廢水中COD值高的特點，提供一種 作為淀粉廢水預(yù)處理的凈化劑——固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑。
本發(fā)明的固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑，是以硫酸亞鐵和鈉基膨潤土為原料
進(jìn)行混合后，通過硫酸、雙氧水進(jìn)行氧化聚合反應(yīng)，得預(yù)產(chǎn)物；然后通過陳化、
濃縮、靜置工藝，得到淡黃色固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑。其具體制備工藝如
下
① 將經(jīng)鈉化所得的鈉基膨潤土干燥、研磨、過100目篩；
② 將硫酸亞鐵與鈉基膨潤土以1:0.05 1:2.5的質(zhì)量比置于反應(yīng)器中，加 入硫酸亞鐵質(zhì)量0.06 0.2倍的蒸餾水，攪拌5 25min;
③ 加入硫酸亞鐵質(zhì)量0.86~1.74倍量的98%的硫酸，攪拌5 20min;
加入硫酸亞鐵質(zhì)量0.35~0.65倍的質(zhì)量濃度為20 30%的雙氧水，攪 拌0.2 2.5h，得反應(yīng)預(yù)產(chǎn)物；靜置陳化8 24h;
⑤將陳化后的產(chǎn)物在30 45'C的條件下減壓濃縮至原體積的25 60%， 得紅褐色膠狀產(chǎn)物，放置5 30天，即得固體復(fù)合聚合硫酸鐵。
所述鈉基膨潤土的鈉化工藝為將鈣基膨潤土 (即通常所說的膨潤土) 中加水，攪拌制得鈣基膨潤土漿液，控制礦漿濃度為5 25 %;然后加入f丐基 膨潤土質(zhì)量l% 15°/"々Na2C03，室溫攪拌后靜置3 6h，得鈉化膨潤土混濁 液，然后洗滌，分離，干燥，得到鈉基膨潤土。
本發(fā)明制備的固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑為淡黃色固體產(chǎn)物。
下面通過紅外光譜，熱重分析及粒徑電位測試對本發(fā)明所制備的固體復(fù)合 聚合硫酸鐵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。
1、 紅外光譜
采用紅外光譜對本發(fā)明制備的固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑進(jìn)行分析，結(jié)果 表明，鈉化膨潤土在3622 cm"出現(xiàn)膨潤土晶格中結(jié)構(gòu)水的-OH伸縮振動吸收 峰。3440cm"和1643cm"為膨潤土層間吸附水的吸收峰，1031-1039 cm—1范圍 內(nèi)出現(xiàn)膨潤土晶格中Si-O-Si伸縮振動吸收峰。固體復(fù)合聚合硫酸鐵在3622 cm"處吸收峰明顯減弱，說明膨潤土晶體中結(jié)構(gòu)水減少，在3440 cm"附近吸 收峰變寬，1643 cm—1附近層間吸附水吸收峰明顯減弱，說明聚合硫酸鐵已有 效進(jìn)入膨潤土層間，其親水性減弱。復(fù)合聚合硫酸鐵中Si-O-Si伸縮振動特征 峰明顯減弱至1028 cm—1， 999 cm—1處吸收峰是Fe-OH彎曲振動吸收峰。說明 在制備固體聚合硫酸鐵的過程中加入一定量膨潤土，使聚合硫酸鐵的化學(xué)環(huán)境 已發(fā)生了變化，聚合硫酸鐵與膨潤土已經(jīng)不是簡單的機械混合，而是相互融合 的復(fù)合體。
2、 熱重分析對本發(fā)明所制備的固體復(fù)合聚合硫酸鐵進(jìn)行熱重分析表明，從R.T.-IO(TC 范圍內(nèi)失重主要為吸附水，130 21(TC范圍內(nèi)主要失去層間水，370 55(TC范圍 內(nèi)，為有機質(zhì)分解失重，550 70(TC范圍內(nèi)主要失去結(jié)構(gòu)水。由于固體復(fù)合聚 合硫酸鐵絮凝劑中有部分膨潤土，所以經(jīng)過高溫分解固體復(fù)合聚合硫酸鐵剩余 質(zhì)量(36.3%)大于聚合硫酸鐵(33.8%)的剩余質(zhì)量。充分說明，固體復(fù)合
聚合硫酸鐵是聚合硫酸鐵和鈉化膨潤土的復(fù)合體。
3、 粒徑-電位分析
對本發(fā)明所制備的固體復(fù)合聚合硫酸鐵進(jìn)行粒徑、電位分析，發(fā)現(xiàn)膨潤土、 聚合硫酸鐵、固體復(fù)合聚合硫酸鐵的粒徑依次減小；電位依次增大?？赡苁怯?于聚合硫酸鐵進(jìn)入了鈉化膨潤土層間，使得膨潤土撐裂成多個小顆粒，粒徑變 小。粒徑越小，放入水中會分散的越均勻，表面帶電量也就越大。
4、 絮凝性能
本發(fā)明所制備的固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑，經(jīng)測定，在處理高濃度有機 淀粉廢水(馬鈴薯淀粉廢水)時，原水COD濃度在6000mg/L 8500mg/L時， COD的平均降低值在2500mg/L以上，最高達(dá)到4500mg/L左右。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點
1、 本發(fā)明的固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑，是由硫酸亞鐵和鈉基膨潤土為 原料進(jìn)行混合后，由硫酸、雙氧水進(jìn)行氧化聚合后通過陳化、濃縮、靜置工藝 而得，其性狀為淡黃色固體，性能穩(wěn)定，便于保存和運輸。
2、 本發(fā)明制備的固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑，在處理高濃度有機淀粉廢 水時，絮體沉降速度快，且絮體密實，除臭效果好，COD去除率相對較高， COD去除值大，具有很強的實用價值。馬鈴薯淀粉廢水原水經(jīng)久置散發(fā)出惡 臭，而經(jīng)此絮凝劑處理過的水樣放置數(shù)天，剩余COD值基本保持穩(wěn)定，水樣 無異味，呈澄清透明狀。
3、 本發(fā)明在制備的過程中無需控溫裝置，能耗低；原料價廉易得，成本 低；裝置、工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實施例一
稱取50.0g硫酸亞鐵(FeS04'7H20)和0.5g鈉化膨潤土加入三頸瓶中， 再加入25.0g蒸餾水，電動攪拌5min，混合均勻。滴加98%的硫酸9.0g;滴 加完畢后攪拌3min，再滴加7.8g的質(zhì)量濃度為30%的&02溶液；滴加完畢 后，室溫攪拌反應(yīng)lh。反應(yīng)完畢后，靜置，陳化24h后，45。C下減壓濃縮約 為原體積的一半，得紅褐色糊狀預(yù)產(chǎn)物，放置15天左右，得淡黃色新型固體 復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑。
做絮凝試驗，絮凝劑投加量為4g/L，當(dāng)?shù)矸墼瓘U水的COD值為8831mg/L 時，處理后水樣COD去除值為3328mg/L，去除率為37.7%。
稱取50.0g硫酸亞鐵(FeS04.7H20)禾D 1.3g鈉化膨潤土加入三頸瓶中， 再加入25.0g蒸餾水，電動攪拌5min，混合均勻。滴加98%的硫酸9.0g，滴 加完畢后攪拌3min，滴加7.8g的30%的&02溶液，滴加完畢后，室溫攪拌 反應(yīng)lh。反應(yīng)完畢后，靜置，陳化24h后，45t:下濃縮約為原體積的一半， 得紅褐色糊狀預(yù)產(chǎn)物，放置15天左右，得淡黃色新型固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮 凝劑。
做絮凝試驗，絮凝劑投加量為4g/L，當(dāng)原淀粉廢水COD值為8831mg/L 時，處理后水樣COD去除值為3875mg/L，去除率為43.9%。
稱取50.0g硫酸亞鐵(FeS04.7H20)禾n 1.8g鈉化膨潤土加入三頸瓶中， 再加入25.0g蒸餾水，電動攪拌5min，混合均勻。滴加98%的硫酸9.0g，滴 加完畢后攪拌3min，緩慢滴加7.8g的30%的&02溶液，滴加完畢后，室溫 攪拌反應(yīng)lh。反應(yīng)完畢后，靜置，陳化24h后，45T:下濃縮約為原體積的一 半，得到紅褐色糊狀預(yù)產(chǎn)物，放置15天左右，得到淡黃色新型固體復(fù)合聚合 硫酸鐵絮凝劑。
做絮凝試驗，絮凝劑投加量為4g/L，當(dāng)原淀粉廢水COD值為8831mg/L 時，處理后水樣COD去除值為4551mg/L，去除率為51.5%。 實施例四
稱取50.0g硫酸亞鐵(FeS04'7H20)和10.0g鈉化膨潤土加入三頸瓶中， 再加入25.0g蒸餾水，電動攪拌5min，混合均勻。滴加98%的硫酸9.0g，滴 加完畢后攪拌3min，緩慢滴加7.8g的30%的壓02溶液，滴加完畢后，室溫 攪拌反應(yīng)lh。反應(yīng)完畢后，靜置，陳化24h后，45。C下濃縮約為原體積的一 半，得紅褐色糊狀預(yù)產(chǎn)物，放置15天左右，得淡黃色新型固體復(fù)合聚合硫酸 鐵絮凝劑。
做絮凝試驗，絮凝劑投加量為4g/L，當(dāng)原淀粉廢水COD值為8831mg/L
時，處理后水樣COD去除值為3704mg/L，去除率為41.9%。 實施例五
稱取50.0g硫酸亞鐵(FeS04'7H20)和25.0g鈉化膨潤土加入三頸瓶中， 再加入25.0g蒸餾水，電動攪拌5min，混合均勻。滴加98%的硫酸9.0g，滴 加完畢后攪拌3min，緩慢滴加7.8g的30%的&02溶液，滴加完畢后，室溫 攪拌反應(yīng)lh。反應(yīng)完畢后，靜置，陳化24h后，45"C下濃縮約為原體積的一 半，得紅褐色糊狀預(yù)產(chǎn)物，放置15天左右，得淡黃色新型固體復(fù)合聚合硫酸 鐵絮凝劑。
做絮凝試驗，絮凝劑投加量為4g/L，當(dāng)原淀粉廢水COD值為8831mg/L 時，處理后水樣COD去除值為3474mg/L，去除率為39.3%。
上述各實施例中，控制硫酸和雙氧水的滴加速度為0.5 2.5 g/min，以控 制氧化和聚合速度，使得氧化聚合反應(yīng)完全。
上述各實施例中使用的鈉化膨潤土是由以下工藝而得將鈣基膨潤土中加 水，攪拌制得鈣基膨潤土漿液，控制礦漿濃度為5 25 %;然后加入鈣基膨潤 土質(zhì)量1。/。 15。/。的Na2C03，室溫攪拌后靜置3 6h，得鈉化膨潤土混濁液， 然后洗漆，分離，干燥，得到鈉基膨潤土。
權(quán)利要求
1、一種固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑，是以硫酸亞鐵和鈉基膨潤土為原料，以硫酸、雙氧水為氧化劑進(jìn)行氧化聚合得預(yù)產(chǎn)物；再將預(yù)產(chǎn)物經(jīng)陳化、濃縮、靜置工藝，得到淡黃色固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑。
2、 如權(quán)利要求1所述固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑的制備方法，由以下工 藝步驟完成① 將經(jīng)鈉化得到的鈉基膨潤土干燥、研磨、過100目篩；② 將硫酸亞鐵與鈉基膨潤土以1:0.05 1:2.5的質(zhì)量比置于反應(yīng)器中，加 入硫酸亞鐵質(zhì)量0.06 0.2倍的蒸餾水，攪拌5 25 min;③ 加入硫酸亞鐵質(zhì)量0.86~1.74倍的98%的硫酸，攪拌5 20min; 加入硫酸亞鐵質(zhì)量0.35 0.65倍的質(zhì)量濃度為20 30%的雙氧水，攪 拌0.2 2.5h，得反應(yīng)預(yù)產(chǎn)物；靜置陳化8 24h;⑤將陳化后得產(chǎn)物在30 45"C下減壓濃縮至原體積的25 60%，得紅褐色 膠狀產(chǎn)物，放置5 30天，得淡黃色固體產(chǎn)物，即為固體復(fù)合聚合硫酸鐵。
3、 如權(quán)利要求2所述固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑的制備方法，其特征在 于所述鈉基膨潤土的鈉化工藝為將鈣基膨潤土中加水，攪拌得轉(zhuǎn)基膨潤土 漿液，控制礦漿濃度為5 25 %;然后加入鈣基膨潤土質(zhì)量1% 15%的 Na2C03，室溫攪拌后靜置3 6h，得鈉化膨潤土混濁液，然后洗滌，分離，干 燥，得到鈉基膨潤土。
4、 如權(quán)利要求2所述固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑的制備方法，其特征在 于所述步驟③中硫酸的滴加速度為0.5 2.5 g/min。
5、如權(quán)利要求2所述固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑的制備方法，其特征在 于所述歩驟④中雙氧水的滴加速度為0.5 2.5 g/min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于高濃度有機淀粉廢水處理的固體復(fù)合聚合硫酸鐵絮凝劑，其由硫酸亞鐵和鈉基膨潤土為原料，以硫酸、雙氧水為氧化劑，經(jīng)氧化聚合后，再進(jìn)行陳化、濃縮、靜置工藝而得，其性狀為淡黃色固體，性能穩(wěn)定，便于保存和運輸；在處理高濃度有機淀粉廢水時，絮體沉降速度快，且絮體密實，除臭效果好，COD去除率相對較高，COD去除值大，具有很強的實用價值；本發(fā)明的制備過程能耗低；原料價廉易得，成本低；裝置、工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C02F1/52GK101348294SQ20081015080
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者何玉鳳, 艷 王, 王嗣昌, 王榮民 申請人:西北師范大學(xué)