專利名稱：高鹽基度聚氯化鋁在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，尤其涉及高鹽基度聚氯化鋁在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋁是地殼中的第三大元素，人體通過食物、飲料和飲用水，每天都會(huì)將鋁攝入人體。長期以來，由于未發(fā)現(xiàn)鋁的急性毒理作用，鋁對(duì)人體的危害從未引起重視，直到上世紀(jì)七十年代，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域才有驚人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人體內(nèi)鋁積累到一定程度后，會(huì)造成對(duì)腎、心血管系統(tǒng)，特別是對(duì)大腦和神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p傷，引起諸如老年癡呆癥之類的疾病。由于飲用水中存在的是水溶性小分子鋁離子，其生物半衰期較其他途經(jīng)帶入的鋁更長，因而危害更大。為了控制水中殘留鋁對(duì)人體的影響，世界衛(wèi)生組織、歐美國家和我國均對(duì)生活飲用水中的鋁含量制定了限制標(biāo)準(zhǔn)，一般為0. ang/L，美國為0. 05mg/L。我國2002 年對(duì)部分城市的飲用水水質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，以0. 2mg/L為標(biāo)準(zhǔn)，所調(diào)查的40座城市中有 32. 5%的城市飲用水鋁濃度超標(biāo)，東北地區(qū)超標(biāo)城市則高達(dá)76.9%，可見問題的普遍性和嚴(yán)重性。生活飲用水中殘留鋁與原水水質(zhì)，混凝劑品種和技術(shù)指標(biāo)、投加量以及凈水工藝等多種因素有關(guān)。水質(zhì)因素最主要指原水的pH值，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水的pH值為6. 5 8. 5，在此范圍內(nèi)，投加鋁鹽混凝劑，pH越高，殘留鋁含量越高。為了調(diào)節(jié)水源的水量和水質(zhì)， 城市取水水源逐步由江河水改為水庫水，由于水庫中水生物的代謝作用，使原水PH升高， 從而導(dǎo)致飲用水殘留鋁呈上升趨勢(shì)?；炷齽┢贩N主要有鐵鹽混凝劑和鋁鹽混凝劑。鐵鹽混凝劑雖不存在殘留鋁超標(biāo)問題，但殘留鐵使水的外觀、口感不良，對(duì)食品、飲料、造紙和印染等諸多行業(yè)多有不良影響， 較少采用。鋁鹽混凝劑包括硫酸鋁(AQ和聚氯化鋁(PAC)，在凈化水時(shí)，AS混凝劑的殘留鋁高于PAC ；PAC混凝劑具有高效、低耗的優(yōu)點(diǎn)，是世界主流凈水混凝劑，約占混凝劑總產(chǎn)銷量的80%以上?；炷齽┯斜匾募夹g(shù)指標(biāo)。常用的PAC混凝劑化學(xué)通式為Aln(0H)mCl(3n_m)，0 <m < 3η，其重要技術(shù)指標(biāo)鹽基度B (或堿化度)定義為PAC分子中OH和Al的當(dāng)量百分比，B =
/[Al]X100%=m/3nX100%。另外也可用OH與Al的分子比(摩爾比)表示，B = 0H/A1 = m/n，但應(yīng)用不普遍。在國外一般PAC鹽基度的范圍為45% 65%，美國為10 83%，中國 PAC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) GB15892-2009 為 40 90%。此外，水質(zhì)凈化過程中加藥量的大小、混合絮凝是否充分、過濾是否完善都可能影響殘留鋁的含量。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道了關(guān)于降低凈化水中殘留鋁的方法。例如，通過調(diào)節(jié)原水的pH 值和強(qiáng)化凈水工藝降低飲用水中的殘留鋁(王志紅等，飲用水過濾中的除鋁實(shí)驗(yàn)研究，工業(yè)用水與廢水，2001，32 (5) 7-9 ；王志紅等，自來水中殘余鋁去除的影響因素，工業(yè)用水與廢水，2003,34 ) :15-17)。由于中國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)的實(shí)施，降低飲用水濁度1NTU)的措施已落實(shí)。還有，通過改變水處理混凝劑的配方降低凈化水中的殘留鋁。例如，CN101298346A公開了一種以正硅酸乙酯為原料制備的殘留鋁含量低的聚硅鋁絮凝劑。CN101264962A公開了一種堿化度為1. 5 2. 5 (鹽基度50. 0-83. 3% )的聚氯化鋁。CN1252384A公開了一種高堿度聚氯硫酸鋁-堿金屬和堿土金屬氯化物加合物，其中堿化步驟溫度高于70°C、堿化度為60 75%時(shí)的加合物可有效降低水中的殘留鋁，認(rèn)為效果優(yōu)于其他專利技術(shù)。本發(fā)明人在研究中出人意料地發(fā)現(xiàn)，使用高鹽基度的PAC可以顯著降低凈化水中殘留鋁的含量，并通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由此完成本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供高鹽基度聚氯化鋁(PAC)在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用。所述聚氯化鋁的化學(xué)通式可表示為Aln(OH)mCl(3n_m)，式中0 < m < 3η。所述聚氯化鋁的鹽基度(B)定義為聚氯化鋁分子中OH和Al的當(dāng)量百分比，即B =[OH] / [Al] X 100 % = m/3n X 100 % 所述高鹽基度是指聚氯化鋁的鹽基度彡85 %，優(yōu)選為87 97 %，例如88 %、93 %、
95% 等。利用所述高鹽基度聚氯化鋁處理后的凈化水中，殘留鋁含量可以降至0.20mg/L 以下，例如約0. 05 0. 10mg/L，遠(yuǎn)低于我國生活飲用水的鋁含量限制標(biāo)準(zhǔn)，有效地防止殘留鋁含量超標(biāo)對(duì)人體健康造成的危害。本發(fā)明另一目的是提供一種利用上述高鹽基度聚氯化鋁凈化飲用水的方法，所述方法可以是國內(nèi)外通常用的生活飲用水凈化工藝流程(如圖1所示)，例如包括混凝、沉淀、 過濾和消毒步驟，其特征在于，在原水中投加鹽基度> 85%的聚氯化鋁作為混凝劑，投加量控制在以Al2O3計(jì)1. 0 5. Omg/L,例如1. 5 4. 5mg/L ；沉淀水濁度控制在1. 0 3. ONTU ； 濾后水濁度控制在彡1. 0NTU,由此使凈化后飲用水的殘留鋁含量在0. 20mg/L以下。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述聚氯化鋁的鹽基度優(yōu)選地為87 97 %，例如88 %、93 %、 95%等上述范圍內(nèi)的任意數(shù)值。所述原水的pH為6. 5 8. 5。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供氯化鋁(AC)在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用。利用氯化鋁處理后的凈化水中，殘留鋁含量可以降至0.20mg/L以下，例如約 0. 05 0. 10mg/L，低于我國生活飲用水的鋁含量限制標(biāo)準(zhǔn)，有效地防止殘留鋁含量超標(biāo)對(duì)人體健康造成的危害。本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種利用氯化鋁凈化飲用水的方法，所述方法可以是國內(nèi)外通常用的生活飲用水凈化工藝流程(如圖1所示)，例如包括混凝、沉淀、過濾和消毒步驟，其特征在于，在原水中投加氯化鋁作為混凝劑，投加量控制在以Al2O3計(jì)1. 0 5. Omg/ L，例如1. 5 4. 5mg/L ；沉淀水濁度控制在1. 0 3. ONTU ；濾后水濁度控制在彡1. ONTU,由此使凈化后飲用水的殘留鋁含量在0. 20mg/L以下。所述原水的pH為6. 5 8. 5。本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)高鹽基度聚氯化鋁(B ^ 85% )或者氯化鋁作為混凝劑具有降低飲用水中殘留鋁含量的作用，尤其是高鹽基度聚氯化鋁具有明顯更強(qiáng)的降鋁效果，處理后的凈化水的殘留鋁含量可以降至0. 05 0. 10mg/L,明顯低于我國生活飲用水的鋁含量限制標(biāo)準(zhǔn)0. 20mg/L，為人民的生命安全提供了有利保障。而且，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的生活飲用水經(jīng)濟(jì)成本更低，有利于提高水廠的經(jīng)濟(jì)效益和降低居民生活成本。


圖1是生活飲用水的凈化工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式通過以下詳細(xì)描述結(jié)合附圖，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中實(shí)施例僅為示范性說明，不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。與國內(nèi)外通常用的生活飲用水凈化工藝流程相同，本發(fā)明的飲用水的凈化步驟典型地包括混凝、沉淀、過濾和消毒，其工藝流程圖和控制指標(biāo)如圖1所示。首先在原水中加入鋁鹽混凝劑混凝吸附水中的懸浮物、膠體以及可溶有機(jī)物，形成大顆粒絮凝體；在沉淀池中沉淀進(jìn)行固液分離，沉淀水濁度通常控制在1. 0 3. 0NTU，有時(shí)可達(dá)到1. ONTU以下；過濾，濾后水濁度控制在< 1. ONTU ；然后對(duì)過濾后的水進(jìn)行消毒。除原水水質(zhì)、凈化工藝等因素外，對(duì)飲用水的處理效果很大程度上取決于混凝劑的性能。原水DH對(duì)凈化水殘留鋁的影響在生活飲用水的凈化處理過程中，使用鋁鹽混凝劑進(jìn)行混凝時(shí)，鋁鹽中的鋁離子與水中氫氧根離子生成具有吸附架橋性能的氫氧化鋁，吸附水中的懸浮物、膠體等固體雜質(zhì)一起沉淀、過濾去除。但是氫氧化鋁為兩性化合物，在偏酸或偏堿水質(zhì)條件下都會(huì)因反應(yīng)不完全或再度溶解，使水中殘留鋁離子增加。本發(fā)明研究了不同原水PH下，使用普通PAC 混凝劑時(shí)水中殘留鋁的變化情況，如表1所示。表1原水pH對(duì)凈化水殘留鋁含量的影響
原水pH6.57.07.58.08.59.0凈化水余濁NTU1.450.840 730.840.961.05殘留 Al: mg/L0.030.080.120.190.240.35注試驗(yàn)原水東江原水配水，濁度25. 6NTU, pH :8. 40，堿度95. 07mg/L, Al
0.08mg/L,水溫:26°C, GT值=35280,混凝劑=PAC(鹽基度79 % ),加藥量以Al2O3計(jì)，
1.4mg/L ；攪拌8分鐘，沉淀10分鐘。結(jié)果表明，凈化水殘留鋁含量隨原水pH值的升高而升高，在pH 8.0以上，殘留鋁就會(huì)超過O.aiig/L的標(biāo)準(zhǔn)。因此，原水PH值偏高是引起殘留鋁升高的主要因素之一。將原水PH值調(diào)到8. 0以下，只要投加普通PAC混凝劑，就可使殘留鋁含量控制在0. 2mg/L以下， 但加酸調(diào)節(jié)原水PH增加了設(shè)備投入和運(yùn)行成本。聚氯化鋁的鹽基度對(duì)凈化水殘留鋁的影響目前，世界上PAC產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鹽基度指標(biāo)一般為45 65%的范圍，中國標(biāo)準(zhǔn)為 40 90%。本發(fā)明研究了不同鹽基度的PAC對(duì)凈化水殘留鋁含量的影響，結(jié)果意外發(fā)現(xiàn)， 高鹽基度PAC(B彡85% )可以顯著降低水中殘留鋁的含量，如表2所示。
表2PAC鹽基度對(duì)凈化水殘留鋁含量的影響
權(quán)利要求
1.高鹽基度聚氯化鋁在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用，其中所述鹽基度定義為聚氯化鋁分子中OH和Al的當(dāng)量百分比，所述高鹽基度是指聚氯化鋁的鹽基度> 85%。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其中所述聚氯化鋁的鹽基度為87% 97%。
3.一種降低飲用水中殘留鋁含量的方法，包括混凝、沉淀、過濾和消毒步驟，其特征在于，在原水中投加鹽基度>85%的聚氯化鋁作為混凝劑，投加量控制在以Al2O3計(jì)1.0 5. Omg/L，沉淀水濁度控制在1. 0 3. 0NTU，濾后水濁度控制在彡1. 0NTU,由此使凈化后飲用水的殘留鋁含量在0. 20mg/L以下。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述聚氯化鋁的鹽基度為87% 97%。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述原水的pH為6.5 8. 5。
6.氯化鋁在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用。
7.一種降低飲用水的殘留鋁含量的方法，包括混凝、沉淀、過濾和消毒步驟，其特征在于，在原水中投加氯化鋁作為混凝劑，投加量控制在以Al2O3計(jì)1. 0 5. Omg/L，沉淀水濁度控制在1. 0 3. 0NTU,濾后水濁度控制在< 1. 0NTU,由此使凈化后飲用水的殘留鋁含量在 0. 20mg/L 以下。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述原水的pH為6.5 8. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了鹽基度≥85％的聚氯化鋁在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用。通過在原水中投加鹽基度≥85％的聚氯化鋁作為混凝劑，投加量為以Al2O3計(jì)1.0～5.0mg/L，沉淀水濁度控制在1.0～3.0NTU，濾后水濁度控制在≤1.0NTU，凈化后飲用水的殘留鋁含量可以降低至0.20mg/L以下，符合我國生活飲用水的鋁含量限制標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明還公開了氯化鋁在降低飲用水的殘留鋁含量中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C02F1/52GK102363536SQ20111030042
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者李凱, 李潤生 申請(qǐng)人:武漢市中潤精細(xì)化學(xué)品有限公司, 深圳市中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司