本发明是关于采用碱性氯化铝(以下简写为pAC)有效地制造絮凝剂的方法。该絮凝剂可以对工矿业废水、染色废水、淀粉废水、上下水等中含有微细固体粒子的水浊度进行絮凝处理。 过去,作絮凝剂用的pAC溶液,为了提高絮凝性能,在加水不分解的浓度范围内添加硫酸根离子(聚合促进剂)
众所周知:(1)硫酸钠、(2)硫酸、(3)硫酸铝等可以产生硫酸根离子。但是,(1)的缺点是制造成本高,(2)的缺点是絮凝性能差,(3)的缺点是pAC的碱度低。然而,虽然有些缺点,还是首先采用了硫酸铝的方法。
此外,虽然在已知的技术中,作为提高碱度的操作,往往有使用氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙等钙的化合物,或者碳酸钠、氢氧化钠与含有硫酸根离子的pAC溶液混合以致变性的方法(以下,因需要简称为变性)。但是加入钙的化合物,生成比较难分离去除的硫酸钙,而加入氢氧化钠的方法,因生成难溶的氢氧化铝使之难于过滤,并且还有得不到大于50%碱度的pAC溶液的缺点。
由于这种原因,在上述罗列地各种化合物中,一般采取添加碳酸钠的方法进行变性反应,但是,与其他化合物相比,不可避免的具有制造成本比较高的缺点。
因此本发明的目的涉及改善或消除这些缺点而制造一种新型絮凝剂的方法。換句话说,是关于工业上容易操作,成本低廉,能作为絮凝剂用,含有硫酸根离子的pAC溶液的制造方法。
为达到本发明上述的目的,可以向pAC溶液中加入碳酸钠、铝酸钠和硫酸钠反应的生成物。以下是关于本发明的更详细说明。
首先,本发明用下述方法制造“易溶于酸的氢氧化铝”。因为用铝酸钠和硫酸铝生成的氢氧化铝难溶于酸,而碳酸钠和硫酸铝生成的氢氧化铝,虽然极易溶于酸,但造价高(如前所述,因使用了价格高的碳酸钠),这是众所周知的事实。所以本发明采用铝酸钠和碳酸钠的混合溶液与硫酸铝生成的氢氧化铝,发现它非常意外地、极易溶解于酸中。
这样,本发明的核心就是先将碳酸钠和铝酸钠混合搅拌,然后将硫酸铝加到混合溶液中来制造氢氧化铝。这种加料顺序反过来也可以,即将碳酸钠和铝酸钠混合溶液加到硫酸铝溶液中也可以。
本发明中各种试剂的浓度,例如,铝酸钠溶液其Al2O3为10%,硫酸钠溶液其Al2O3为8%,该使用量多少,是根据作为絮凝剂用的pAC溶液中所要求含的碱度及硫酸根离子浓度的理论量而适当变化。理论量可按下式计算:
例如:由碱度45%的pAC溶液得到碱度55%的絮凝剂pAC时,根据式(Ⅱ)m=6×0.45=2.7,n=6×0.55=3.3,则相对于pAC原液中1摩尔pAC,氢氧化铝的摩尔数X应为0.444。碳酸钠、硫酸铝和铝酸钠的使用量取决于由(Ⅰ)式得到的氢氧化铝摩尔数。另外,这时硫酸钠的使用量可以由絮凝剂pAC所需要的硫酸根浓度而决定,并且使用的碳酸钠和铝酸钠的摩尔比最好是在0.14∶1以上。
上述碳酸钠所用比例的上限,从反应的观点虽没有特别的限制,但从工业规模实施的观点,该比例越大,则生产成本越高,所以超过必要的使用比例无实际意义。
上述碳酸钠的量,虽然没有特别限制,但还是希望使用10~30%(重量)的浓度。
对于本发明,如注意上述几点,就能得到易溶于酸的氢氧化铝。
该氢氧化铝的制备温度应低于50℃。如果制备温度高于50℃,则制备的氢氧化铝将难溶于酸,那么对以后向pAC溶液中添加混合的工艺将不利。
本发明随后将上述反应液原封不动地,或者将过滤出的氢氧化铝块添加到pAC溶液中溶解(变性),得到具有所要求的硫酸根离子浓度及碱度的pAC溶液。
虽然希望予先将pAC溶液加温到60~70℃,但并不要求严格的限制。另外,加入上述反应液或氢氧化铝后,温度需调到40~50℃,变性反应时间约30分钟。
按照本发明,用理论量的铝酸钠、碳酸钠和硫酸钠反应,可以制得碱度(65%以下)和硫酸根离子浓度都是所希望的,絮凝性能好的pAC溶液。
因为本发明在变性反应中,使用碳酸钠的量,是原有单一使用碳酸钠时的1/7,所以对于工业生产是非常有利的。此外,由于变性反应发泡少或者几乎不产生泡沫,所以不像原有技术那样必须加入消泡剂,而且变性反应时间,也比原有方法缩短了3/4。
下面用实施例和比较例具体地说明本发明。
实施例1
将制取变性后碱度为50%的pAC溶液用的理论量铝酸钠溶液(Al2O310%)111.5g和碳酸钠溶液(Na2CO320%)72.5g混合,然后加入硫酸铝溶液(Al2O38%)279.0g,在40℃下反应就可获得易溶于酸的氢氧化铝反应液。
将此易溶于酸的氢氧化铝反应液加到升温到60℃,1kg的pAC原液(Al2O3浓度19.9%,碱度48.6%,硫酸根0%,S.S0.9%)中,溶解后熟化30分钟。然后加入794ml水使Al2O3浓度达10.3%,滤去不溶物,可得到作絮凝剂用的pAC溶液。表1列出了分析结果。
比较例1
不用碳酸钠,只将制取变性后碱度为50%的pAC溶液用的理论量铝酸钠溶液(Al2O310%)171.1g和硫酸铝溶液(Al2O38%)286.9g混合,其他步骤与实施例1一样,制得了作絮凝剂用的pAC溶液。分析结果在表1列出。
实施例2
将制取变性后碱度为55%pAC溶液用的理论量铝酸钠溶液(Al2O310%)267.1g、碳酸钠溶液(Na2CO320%)77.8g和硫酸铝溶液(Al2O38%)299.6g混合,其他步骤与实施例1相同,制得了作絮凝剂用的pAC溶液。分析结果在表1中列出。
比较例2
不用碳酸钠,只将制取变性后碱度为55%pAC溶液用的理论量铝酸钠溶液(Al2O310%)336.0g和硫酸铝溶液(Al2O38%)308.8g混合,其他步骤与实施例1相同,制得了作絮凝剂用的pAC溶液。分析结果在表1中列出。
实施例3~6
将制取变性后碱度为60%pAC溶液用的理论量的铝酸钠溶液(Al2O310%)、碳酸钠溶液(Na2CO320%)和硫酸铝溶液(Al2O38%)混合,用量在表1中列出,其他步骤与实施例1相同,制得了作絮凝剂用的pAC溶液。分析结果在表1中列出。
比较例3
不用碳酸钠,只将制取变性后碱度为60%pAC浓液用的理论量铝酸钠溶液(Al2O310%)447.6g和硫酸铝溶液(Al2O38%)323.6g混合,其他步骤与实施例1相同,制得了作絮凝剂用的pAC溶液。分析结果在表1中列出。
比较例4及例5
将制取变性后碱度为60%pAC溶液用的理论量的碳酸钠溶液(Na2CO320%)、铝酸钠溶液(Al2O310%)和硫酸铝溶液(Al2O38%)混合,碳酸钠和铝酸钠的摩尔比小于0.14∶1,其他步骤与实施例1相同,制得了作絮凝剂用的pAC溶液。分析结果在表1中列出。
实施例7
对以本发明实施例1制得的作絮凝剂用的pAC溶液,进行絮凝性能比较测试。
试样(1)为木曾川地表水(浊度2.3ppm、pH7.5、水温10℃、碱度16.3)。
把由实施例1制得的pAC溶液按Al2O32ppm加到1000ml试样(1)中,进行快速搅拌(100rpm)1分钟,慢速搅拌(20rpm)10分钟,然后静置10分钟。慢速搅拌结束后,测定悬浮粒子的直径及静置后上层液体的浊度,其结果由表2示出。
试样(2)为砂石洗涤排水(S.S4.7%、pH8.5、水温11℃)。
把由实施例1制得的pAC溶液按Al2O36ppm加到1000ml试样(2)中,进行快速搅拌(100rpm),然后静置3分钟。快速搅拌结束后,测定悬浮粒子的直径及静置后上层液体的浊度,其结果表2示出。
试样(3)为制造面包的排水(S.S1590mg/l、浊度259ppm、pH4.3、COD327mg/l)
将220ppm的氢氧化钠添加到1000ml试样(3)中,进行快速搅拌(100rpm)1分钟,然后将实施例1制得的pAC溶液按Al2O320ppm加入,快速搅拌(100rpm)1分钟,慢速搅拌(20rpm)2分钟,然后静置5分钟。慢速搅拌结束后测定悬浮粒子直径、静置后上层液体的浊度及COD值。结果由表2示出。
实施例8
对于由实施例2制得的絮凝剂用pAC溶液,进行与实施例7相同的絮凝性能测试。结果由表2示出。
实施例9
对于由实施例3制得的絮凝剂用的pAC溶液,进行与实施例7相同的絮凝性能测试。结果由表2示出。
比较例7
对于由比较例1制得的絮凝剂用pAC溶液,进行与实施例7相同的絮凝性能测试。结果由表2示出。
比较例8
对于由比较例2制得的絮凝剂用的pAC溶液,进行与实施例7相同的絮凝性能测试。结果由表2示出。
比较例9
对于由比较例3制得的絮凝剂用的pAC溶液,进行与实施例7相同的絮凝性能测试。结果由表2示出。
比较例10
对市场销售的絮凝剂用pAC溶液(碱度55%),进行与实施例7相同的絮凝性能测试。结果由表2示出。
根据表2所示结果,可以知道,按照本发明制造方法所制备的絮凝剂用pAC溶液,与市场销售品是相同的,或者说具有相同的絮凝性能。因此本发明的制造方法在工业上容易生产,制造成本便宜,显示出很大的优越性。