[发明专利]一种用于降低水硬度和去除溶解性有机物的复合药剂及其制备方法

说明书

本发明公开了水处理技术领域中的一种用于降低水硬度和去除溶解性有机物的复合药剂的制备方法，使氢氧化钙在氮气细小气泡表面非均相沉淀得到纳米级氢氧化钙颗粒；将得到的纳米级氢氧化钙颗粒固体粉末与聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)固体粉末混合，得到复合药剂。传统软化药剂氢氧化钙只有降低硬度功效，并且出水浊度大一直难以解决。本发明制备的复配药剂能在保证硬度去除率的基础上，去除大部分溶解性有机物，并使出水浊度控制在较低水平，具有良好的应用推广前景。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体而言，涉及一种用于降低水硬度和去除溶解性有机物的复合药剂及其制备方法。

背景技术

美国环保署(EPA)对硬度的定义是水中钙离子和镁离子的总和，以碳酸钙的摩尔质量来计算。高硬水(大于450mg/L)会对人体健康造成潜在的威胁，会在加热装置表面形成水垢，严重降低导热率，加大能耗。荷兰等欧洲国家普遍在自来水厂设有软化工艺，我国还处于刚起步阶段。

我国供水形式严峻，自来水厂水源复杂，包括地表水和地下水，很多华北水厂都采用地表水混合地下水联合供水。华北地下水普遍硬度超标，一些地区甚至高于1000mg/L(以碳酸钙计)。和地表水混合后，除了硬度问题，还带来了地表水中的溶解性有机物污染(Dissolved Organic Matter)问题。少量的(mg/L数量级)DOM就会导致水体产生异味，水厂常规加氯消毒后会产生消毒副产物威胁供水安全。

现有的除硬技术主要包括离子交换法、膜分离法、诱导结晶法和化学沉淀法。在有溶解性有机物DOM存在的条件下，离子树脂的交换能力会降低；软化采用的纳滤或反渗透膜表面会被DOM粘附产生膜污染；DOM会阻碍异相诱导结晶的成核过程：DOM也会降低常规软化药剂例如氢氧化钠和氢氧化钙的软化效率。综上所述，水中溶解性有机物会降低各种软化方法的除硬效率。药剂软化法在这些方法中对水厂硬件设施的改造幅度最小，能够最大幅度的利用现有处理设施，并且经济适用性好。常规软化药剂氢氧化钙还有一个缺点就是投到水里会聚集，在水中的分散性不好，导致氢氧化钙的利用率不高。为了提高氢氧化钙在水中的分散性，学者研究了将氢氧化钙制备成纳米级颗粒。在制备纳米氢氧化钙的均相沉淀过程中需要加入表面活性剂，例如周建新公开了一种纳米氢氧化钙的制备方法，其中以聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇混合物为表面活性剂[周建新.一种高分散性纳米氢氧化钙的制备方法，申请公布号CN105439181A]，值得注意的是聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇有生物毒性，不能添加到饮用水处理剂中。

发明内容

针对上述问题，本发明采用非均相沉淀法，不添加有毒的表面活性剂，通过通入细小气泡，制得纳米级氢氧化钙，制备得到的纳米级氢氧化钙在保持除硬效果的基础上，DOM的去除效果大幅度提高。氢氧化钙软化还会导致出水浊度较大的情况，因此引入阳离子型有机高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)，PDADMAC促进了纳米氢氧化钙与硬度离子反应，结合成为大颗粒沉淀，从而降低了出水的浊度。因此，本发明所制备的复合药剂具有降低源水硬度、溶解性有机物、浊度三重功效。

一种用于降低水硬度和去除溶解性有机物的复合药剂的制备方法，将纳米级氢氧化钙与聚二甲基二烯丙基氯化铵固体粉末按质量比24～26:1混合均匀得到复合药剂。

优选的，所述纳米级氢氧化钙的制备方法为：以30～40mL/min的流量向浓度为0.2～0.4mol/L的CaCl₂水溶液中持续通入氮气，同时以速度100～150rmp搅拌，并且保持恒温范围25～35℃，以25～35mL/h的速率将浓度为0.2～0.4mol/L的KOH或NaOH水溶液滴入CaCl₂水溶液得到悬浊液后，经过低温离心处理和冷冻干燥得到纳米级氢氧化钙固体粉末。

优选的，所述纳米级氢氧化钙的制备方法中，CaCl₂与KOH或NaOH反应的摩尔比为1:1.2～1.4。