一种生态安全复合型铁系高效絮凝剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及污水处理和城市给水处理，具体地说是一个系列用于给水前处理、工业废水或生活污水处理的生态安全复合高效絮凝剂。它以铁盐、淀粉、无水乙醇、氢氧化钠为原料，其中：铁盐、玉米淀粉是主要成分，无水乙醇或水作为反应溶剂，氢氧化钠用于玉米淀粉的改性；铁盐中铁与淀粉的质量比为１∶１－１∶１００；具体制备：１）淀粉的改性；２）复合反应得白黄色或红褐色乳状物絮凝剂。本发明专利技术经济、高效、生态安全性高、适用性广、无二次污染、对环境友好、对设备无腐蚀性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水处理，具体地说是一种用于给水前处理、饮用水水质净化、工业废水或生活污水处理中的生态安全复合型铁系高效絮凝剂。
技术介绍
上世纪以来，絮凝剂在给水、工业废水、生活污水处理中得到了广泛应用；絮凝剂可以根据材料的不同分为两类无机高分子型、有机合成高分子型；其中以铝盐和铁盐为代表的无机高分子絮凝剂造价低廉，其中，铁盐形成的矾花密度和强度较大，净水效果显著，受水温影响效果小，pH值使用范围广，对某些原水有较好的处理效果；以聚丙烯酰胺类为代表的人工合成高分子絮凝剂，亦因为絮凝效果好，投加剂量少在市场上很受欢迎。随着工业化程度的提高，用水量骤增，产生的废水量逐年上升，絮凝剂用量骤增，这些絮凝剂在处理水过程中发挥了重大的作用，但是现有絮凝剂在生产、使用及后续处理中，也给环境带来很大的压力并对人类的健康构成明显或潜在的危害等负面影响。现有研究表明铁盐絮凝剂不仅有强烈的腐蚀性，对设备要求高，而且容易残留铁离子，使处理水带有颜色，影响处理效果；铁盐絮凝剂中Fe2+与水中腐蚀质等有机物可形成水溶性物质，使自来水带色，故南方水厂一般不直接使用；当处理含有硫化物较多的工业废水时，铁盐絮凝剂中的Fe3+被还原成Fe2+，并与硫结合生成FeS和Fe2S3的混合物，使絮凝活性丧失。此外，被无机类絮凝剂处理的水体中含有大量无机离子，给水工艺中需要增加脱盐、去离子工艺，过量的无机离子不仅影响到水质的口感、风味，也不利于人体健康。一些研究指出1)铝盐对植物、水生生物、微生物等会造成巨大的危害，其毒性与铝盐在环境中的存在形式、浓度、环境的理化性质等有密切联系。。2)无机铝盐絮凝剂可以通过食物链进一步影响人类健康。饮用水中铝含量过高会造成人体内铝过量而引起铝毒，临床上铝中毒主要表现有3种，即铝性脑病、铝性骨病和铝性贫血。目前日益增加的老年性痴呆症发病率与饮用水中铝离子浓度过高有直接关系。铝毒给人类健康带来很大的危害，因此，美国国家标准协会因此将铝化合物列入剧毒物品。一些国家对居民饮用水铝含量制定了限定标准，美国为0.05mg.L-1，世界卫生组织为0.2mg.L-1，我国新制定的标准是0.2mg.L-1。据调查，我国居民生活饮用水中铝含量远远高于此标准。3)对无机絮凝剂的致毒机理的研究，有人认为可能是因为在絮凝和沉淀过程中Fe3+、Al3+等离子催化水体中微小有机污染物产生自由基，这些自由基的氧化作用将导致DNA损伤，诱发基因突变或癌变，其中以铁盐的贡献更大。。饮用水基因突变和癌变程度与肾癌和胃癌等疾病发病率有潜在的联系。另外，现有的制备絮凝剂方法中，利用铝、铁等废弃金属与废弃的盐酸、硫酸制备各种无机型絮凝剂，其价格成本固然很低，但废弃的金属盐和废酸中含有大量的重金属和其它有害物质，严重危及生态安全，对人类健康和生态系统健康构成严重威胁。其重金属含量及作为饮用水应用的卫生安全标准无疑是应该强调和重视的。有机合成高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺类本身是无毒的。但是合成用的丙烯酰胺单体对人体健康危害很大，使用后大部分高分子很难被环境降解，在自然环境中大量积累并长期存在；小部分能被降解成诸如丙烯酰胺单体的小分子，有足够多的研究证明它是一种毒害神经性很强的物质，且有很强的致癌性，对人类健康构成威胁；这些均对国家提出的四大安全战略(军事安全、政治安全、经济安全和生态安全)中的生态安全构成巨大的威胁。另外，有机高分子絮凝剂合成原料是石油等不可再生性资源，大量使用和长期消耗，显然不利于人类和社会的可持续发展。天然高分子絮凝剂作为一种新型的水处理剂，利用蛋白质、多聚糖、木质素、几丁质等生物体分泌的天然有机高分子，通过化学改性制成。由于天然有机高分子物质具有无毒、能安全降解等特点，曾一度引起各国科研机构的重视，但纯天然多糖类初始物质絮凝效果不佳。国外研究人员尝试将天然多糖类物质用丙烯酰胺等有机分子接枝，得到的复合物具有较强的絮凝效果，但丙烯酰胺单体的二次污染和生物学毒性问题还是未能得到有效的解决，制备过程复杂，生产成本也因此大大升高。致使多年来在此领域能真正商业化的产品并不多。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集沉淀的特殊高分子代谢产物。利用生物技术，通过微生物发酵、分离提取而得到。但是现有的微生物细菌筛选、培养、发酵和提取絮凝物质的方法和生产工艺过程复杂、生产成本过高，在国内外实施大规模产业化的报道几乎没有。就目前来说，现有市售无机盐类和人工合成有机高分子等两大类絮凝剂在生产或使用过程中表现的生态不安全性和对环境造成的二次污染，已越来越受到人们的广泛关注。从世界范围内絮凝剂发展的过程，不难看出，其发展趋势是由低分子到高分子，从单一型到复合型。因此，基于国家生态安全战略和市场战略考虑，研制、开发新型生态安全、无毒、絮凝性能高、无二次污染、对环境友好、价格低廉的复合型絮凝剂乃当务之急，在更高层次上对环境保护工作具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生态安全性高、无二次污染的生态安全复合型铁系高效絮凝剂。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种生态安全复合高效絮凝剂，其以可溶性铁盐、淀粉、水和/或乙醇、氢氧化钠或氢氧化钾为原料，按如下方法进行制备1)淀粉的改性按质量比取淀粉溶解于水和/或乙醇中至完全溶解，再缓慢加入NaOH溶液充分混合(具体操作时可采用无水乙醇或用水配成1∶1-1000的水溶液再缓慢加入5-100mL的20％NaOH溶液充分混合)，按质量比计淀粉∶NaOH＝4～20∶1，温度条件为常温～95℃改性反应0.5～24小时；2)复合反应将改性后的淀(改性后的淀粉按1∶1-10体积比加水配成溶液)粉与铁盐溶液按比例投加混合后，再调节pH为0.1～4.0，其中铁盐中铁与淀粉的质量比为1∶1～20，在反应温度常温～95℃下进行复合反应0.5～24小时，得黄色或红褐色乳状物絮凝剂。其中铁盐、淀粉是主要成份，无水乙醇(和/或水)作为反应溶剂，氢氧化钠或氢氧化钾用于淀粉的改性；根据处理对象污水性质的不同，可以在适当范围内调整产品配方，如果污水中金属离子浓度高，可以提高淀粉的比例；如果处理偏酸性污水时，适当提高铁盐的成分，这样可以使目标污染物处理效率最大化；同时考虑到最低生态风险，铁盐(纯铁的质量计)与淀粉的质量比不得高于1∶1，所以考虑最低生态风险和污染物的最大处理效率的产品原料配方是铁盐中铁淀粉(质量比)＝1∶5～100，其中最优化的比例是1∶1～20。将所述黄色或红褐色乳状物絮凝剂可进一步纯化，用无水乙醇和水交替洗脱2～4遍、过滤、干燥、粉碎，得红色粉末状产品；所述可溶性铁盐较佳为三价可溶性铁盐；所述铁盐可以自制，取铁粉，按常规方法加入硫酸、硝酸、盐酸和氧化剂至完全溶解；所述铁盐为三氯化铁、硫酸铁或经酸预处理的钢铁工业生产中含铁的废弃物或铁矿石；所述钢铁工业生产中含铁的废弃物预处理为按常规方法纯化、浓缩，铁矿石按常规方法加酸提取；所述淀粉为玉米淀粉、甘薯淀粉、或其他谷物淀粉；所述改性反应较好为于45℃～75℃温度条件改性反应0.5-10小时(最佳改性反应时间为0.5-3小时)；所述复合反应温度为45℃～75℃，最佳反应时间为1-3小时。为了使铁盐的成份准确，所述铁盐可以自制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生态安全复合型铁系高效絮凝剂，其特征在于：以可溶性铁盐、淀粉、水和／或乙醇、氢氧化钠或氢氧化钾为原料，按如下方法进行制备：１）淀粉的改性：取淀粉溶解于水和／或乙醇中至完全溶解，再缓慢加入ＮａＯＨ溶液充分混合，按质量比计淀粉：ＮａＯＨ＝４～２０∶１，温度条件为常温～９５℃改性反应０．５～２４小时；２）复合反应：将改性后的淀粉与铁盐溶液按比例投加混合后，再调节ｐＨ为０．１～４．０，其中铁盐中铁与淀粉的质量比为１∶１～２０，在反应温度常温～９５℃下进行复合反应０．５～２４小时，得黄色或红褐色乳状物絮凝剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯松，周启星，刘宛，任丽萍，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]