[发明专利]聚硅酸铝铁‑丙烯酰胺共聚物复合絮凝剂及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种聚硅酸铝铁-丙烯酰胺共聚物复合絮凝剂及其制备方法，这种絮凝剂可用于油气田压裂返排液、油气田采出水、印染、造纸、纺织、钢铁、酿造、石化、冶金和食品等多种废水的水处理,属于环境工程、无机化学、高分子材料和油田化学领域。

二、技术背景

我国的水资源短缺，尤其在西北地区，而且各行各业由于经济发展造成的水污染比较严重，因此，对于水资源的保护和废水治理,是我国环境保护的重大课题。在废水处理过程中，按处理程度分为一级、二级和三级处理，其中一级处理属于物理处理法，主要是除去废水中不溶解的悬浮固体污染物，二级处理主要是除去废水中溶解的有机污染物，三级处理是在一级、二级处理的基础上，处理磷和氮等能够导致废水富营养化的可溶性无机物以及难降解的有机物等。一级处理是不可缺少的，一般采用工艺简单、设备投资少、操作方便的混凝沉淀法,这种方法的关键是絮凝剂(也称为混凝剂)，絮凝剂的混凝性能和用量直接决定了一级水处理的效果和费用。

目前使用的絮凝剂主要为无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂和复合絮凝剂。无机高分子絮凝剂主要为聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚硅酸硫酸铁(PFSS)和聚硅酸铝铁(PAFSI)等，其中用得最多的是PAC，与有机高分子絮凝剂相比，无机高分子絮凝剂的分子量低、吸附架桥能力弱，污泥量多。常用的有机高分子絮凝剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵，阳离子型、阴离子型、非离子型和两性丙烯酰胺共聚物，以及改性天然高分子絮凝剂如阳离子型的改性淀粉和改性纤维素等，与无机高分子絮凝剂比较，其絮凝沉降时间短，用量少得多，受污水pH值的影响小，生成的污泥量少，絮体密实，但因其价格高单独应用受到了限制。由于无机和有机高分子絮凝剂各自的不足，在实际应用中将两者复配或复合，发挥他们的协同作用，提高絮凝处理效果，降低水处理成本。复配是物理方法，是最常用的，也就是在废水中先后加入无机和有机高分子絮凝剂；复合是化学方法，就是在一定的温度和pH值下，无机和有机高分子絮凝剂在溶液中通过化学反应形成一种新的复合型絮凝剂，与复配型絮凝剂相比，复合型絮凝剂的用量更低。虽然各种絮凝剂有其优点，但目前实际应用的絮凝剂商品的用量偏高，使得水处理的费用偏高，处理后清水中的铝残留量较高，其主要功能仍然是除去悬浮固体，对废水中可溶性的无机物和难降解有机物的去除能力很弱，另外，有机高分子絮凝剂对高含盐废水的絮凝能力较弱。因此，研制混凝性能好，用量低，无二次污染，多功能的新型絮凝剂对有效治理废水，降低水处理费用具有重要的实际应用价值。刘桂萍等,化工进展，2010,29(10):1990-1993,用铝矾土、氧化镁粉和质量分数为20％的工业盐酸为原料制备了聚合氯化铝镁絮凝剂，当该絮凝剂在印染废水处理中的用量为0.95g/L时,浊度和COD去除率分别为97.3％和56.31％。许琳科等，安徽农业科学,2011,39(27):16747-16749，把聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)复合使用，用于垃圾渗滤液的预处理，当PAC投加量为20g/L时，垃圾渗滤液的COD去除率为24.1％；另外，再加入0.05g/L PAM时，COD去除率增加为47.4％，结果表明，PAC和PAM的用量偏高，而且COD去除率也较低。何玉凤等，化工新型材料，2014，42(1):104-106，以氯化铝和马铃薯淀粉为原料，制备了聚合氯化铝复合羧甲基淀粉(PAC-CMPS)絮凝剂，当该絮凝剂在马铃薯淀粉废水处理中的用量为0.8g/L时,COD去除率为87.8％，结果表明，复合絮凝剂中羧甲基淀粉的用量高，这使得其价格远远高于聚合氯化铝商品的价格。上述三个文献中絮凝剂的用量均偏高，这使得废水治理的费用偏高，尤其是含有机高分子的聚合氯化铝复合羧甲基淀粉絮凝剂的费用最高，因其用量高，而且单位价格也远高于无机高分子絮凝剂，另外，均没有给出水处理后清水中的铝残留含量。

三、发明内容