申请日2009.06.11
公开(公告)日2009.12.09
IPC分类号C02F1/52; H01F1/11; H01F1/36; B03C1/00
摘要
本发明公开了一种用于磁分离水处理工艺的磁性絮凝剂的制备方法。它是将质量比为1∶1～3的磁粉和球磨介质置于搅拌球磨设备中混合均匀，在40～80r/min搅拌转速下，向球磨筒体内喷入雾化的酸液滴进行球磨表面反应，1Kg磁粉每小时酸喷射量为0.1～0.2Kg，反应0.5～1h，温度由室温自发放热升至40℃～50℃，每公斤磁粉对应的酸喷射量提高到0.15～0.25Kg/h，继续反应1.5～2h，温度升至65℃～80℃，停止喷入雾化的酸液滴，在80～120r/min搅拌速度下再反应0.5～1h，冷却，筛分，得到具有核壳结构的黑色粉末状磁性絮凝剂。本发明生产工艺简单、能耗低、效率高。本磁性絮凝剂为核壳结构，表面活性高且具有良好的磁响应性，可直接与磁鼓分离器结合用于磁分离法水处理工艺，拓展了磁场在水处理领域的应用范围。
权利要求书
1.一种用于磁分离法水处理工艺的磁性絮凝剂的制备方法，其特征在于： 将质量比为1∶1～3的磁粉和球磨介质置于搅拌球磨设备中混合均匀，在40～ 80r/min搅拌转速下，向球磨筒体内喷入雾化的酸液滴进行球磨表面反应，1Kg 磁粉每小时酸喷射量为0.1～0.2Kg，反应0.5～1h，温度由室温自发放热升至 40℃～50℃，每公斤磁粉对应的酸喷射量提高到0.15～0.25Kg/h，继续反应1.5～ 2h，温度升至65℃～80℃，停止喷入雾化的酸液滴，在80～120r/min搅拌速度 下再反应0.5～1h，冷却，筛分，得到具有核壳结构的黑色粉末状磁性絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于磁分离法水处理工艺的磁性絮凝剂的制 备方法，其特征在于所述的搅拌球磨设备为卧式，筒体由搅拌轴上两侧对称的 滚动轴承支撑，并由可拆卸的定位螺栓固定于支架上，筒体上设有卸料法兰口 和酸雾化喷射器，搅拌轴连接可调速传动装置，搅拌轴上的桨叶为交错的棒式。
3.根据权利要求1所述的一种用于磁分离法水处理工艺的磁性絮凝剂的制 备方法，其特征在于所述的磁粉为含铁品位在55%～70%的磁铁矿粉，磁粉粒度 在380目～500目。
4.根据权利要求1所述的一种用于磁分离法水处理工艺的磁性絮凝剂的制 备方法，其特征在于所述的球磨介质为3～5mm的玻璃珠、玛瑙球或锆石球。
5.根据权利要求1所述的一种用于磁分离法水处理工艺的磁性絮凝剂的制 备方法，其特征在于所述的酸是质量百分比浓度为93%～98%的硫酸。
说明书
一种用于磁分离法水处理工艺的磁性絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明属于环境化工领域，特别涉及一种用于磁分离法水处理工艺的磁性 絮凝剂的制备方法。
背景技术
在水污染治理中，絮凝沉淀过程是各种水处理净化工艺中不可缺少的重要 环节，也是应用最广泛、最普遍的单元处理工艺，目前广泛应用的絮凝剂主要 有铝系絮凝剂(如氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等)和铁系絮凝 剂(如氯化铁、硫酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁等)，由于铝系絮凝剂在污水 处理中应用pH值范围小、用药量大、产生的絮体沉降慢，并且Al3+在水体中的 残留会对人体造成危害，近年来铁盐絮凝剂出现逐步替代铝盐絮凝剂的趋势。
随着水污染的加剧和水质标准的提高，传统的混凝沉淀工艺凸显出其处理 构筑物占地面积大、药剂成本高和水质波动大的不足。近年来在接触絮凝加速 澄清技术基础上应用絮凝形态学理论发展了加载絮凝工艺，通过在混合池投加 絮凝剂的同时额外投加重力沉淀物，如密实污泥、石英砂等以提高絮体的密度 实现固液的高速分离，其优势在于可控制絮凝反应的悬浊液浓度，其絮凝沉淀 停留时间短，抗冲击复合能力强和出水效果好。存在的问题主要是由于密实污 泥相对比重较小，作为澄清池的重力沉淀物不能起到较好的对水中细小悬浮颗 粒的加重沉淀作用，而且澄清池的污泥产量大、含水率高，增加了后续污泥处 理的成本。石英砂作为澄清工艺混合反应池的重力沉淀物与絮凝剂产生的絮体 的相容性差、结合较为松散，而且采用水里旋流器作为石英砂的回收装置对石 英砂的回收率只能达到90%，导致加载澄清池消耗石英砂量较大，运行费用较 高。
磁分离水处理技术是从矿物磁选技术发展而来，具有工艺简单、高效、无 二次污染的特点，在近年来得到了长足的发展。已广泛应用于钢铁废水等含有 强磁性介质的废水处理，针对一般不含磁性介质的水体，有人研究通过额外投 加磁粉来接种磁种，然后投加混凝剂和絮凝剂，与污染物一同形成磁性絮团， 以此利用磁分离器进行磁过滤截留含磁絮体。如授权公告号为CN 1187274C的 发明专利公开了一种高梯度磁分离法处理二次污染饮用水的方法和装置，通过 在二次污染饮用水中投加磁铁粉，经过高梯度磁分离装置处理后，对水中浊度、 色度、细菌、藻类以及有机物均有较好的去除，达到了对二次污染饮用水深度 处理的要求。如U.S.Pat.NO 6099738的发明专利公开了一种通过对水体预磁化 来增强溶解性有机物被混凝剂沉淀去除能力的方法，通过投加混凝剂使得胶体 颗粒脱稳，并进而投加磁种和絮凝剂，沉淀分离后，对上清液利用电磁过滤器 高效地截流水中残留污染物絮团，并用磁鼓分离器对磁种加以回收，经过处理 后循环再利用。公开号为CN1864211A的发明专利公开了将磁粉分散在天然有 机絮凝剂壳聚糖溶液中制得磁性壳聚糖溶液，利用壳聚糖的吸附架桥和电性中 和以及磁粉的磁响应性来清除水体藻华污染的方法。上述发明专利中，磁种只 起到加重沉淀和提供磁性介质的作用，混凝剂产生的絮体只能部分包裹磁性颗 粒，且这种包裹的作用松散，因而絮体的磁响应性差，通常，磁粉和混凝剂的 投加量相对较大，处理成本高，未能将磁性絮体的磁响应性和磁分离设备的优 势有机结合起来。
磁铁矿粉的化学组成以Fe2O3和Fe3O4为主，摩氏硬度5.5～6，比重4.8～ 5.3g/cm3，是自然界中磁性最强的矿物，其主要用于炼铁、选煤，还可作为硫酸 铁的生产原料。目前市售的固体铁盐絮凝剂通常为两步法生产，将铁矿石、硫 铁矿烧渣或硫酸亚铁等酸溶、过滤、氧化等步骤制得液体絮凝剂，再通过干燥 器干燥制得固体产品。如申请号为200810069644.0的发明专利公开了利用铁矿 石制备硫酸铁的方法，将铁矿粉在750-900℃条件下煅烧后与36%-40%的工业 硫酸溶液在加热到100℃恒温条件下反应2-3h，然后经过冷却、过滤得到的硫 酸铁溶液。申请号为200610105070.9的发明专利公开了一种微波技术用于硫铁 矿烧渣酸浸液制备聚合硫酸铁工艺，该工艺是通过微波诱导部分还原和氧化聚 合过程，将酸液和硫铁矿烧渣控制反应温度60～70℃，加入氧化剂氯酸钠，在 微波辐射下反应制备得到液体聚合硫酸铁产品。由于液体硫酸铁产品不便于运 输和储存，需要进一步将液体硫酸铁干燥得到固体硫酸铁，干燥过程能耗大、 成本高，同时，铁盐絮凝剂使用后会引起水体发黄，本身其具有较强的腐蚀性。
因而，开发能够起到加载絮凝水处理工艺过程中絮凝剂和加载沉淀剂的双 重作用的核壳结构的磁性药剂，并与相应的磁分离设备结合高效回收磁核部分 循环投加于混合反应池作为重力沉淀剂，能够强化加载絮凝澄清过程，构建加 载絮凝磁分离的新型水处理澄清工艺，能够大大节省水处理沉淀设施的占地面 积，提高沉淀分离效率和出水水质。可广泛用于给水净化、富营养化河流治理、 污水处理厂提标改造和工业废水絮凝沉淀预处理等水处理领域。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于磁分离法水处理 工艺的磁性絮凝剂的制备方法。
用于磁分离法水处理工艺的磁性絮凝剂的制备方法是：将质量比为1∶1～3 的磁粉和球磨介质置于搅拌球磨设备中混合均匀，在40～80r/min搅拌转速下， 向球磨筒体内喷入雾化的酸液滴进行反应，1Kg磁粉每小时酸喷射量为0.1～ 0.2Kg，反应0.5～1h，温度由室温自发放热升至40℃～50℃，将每公斤磁粉对 应的酸喷射量提高到0.15～0.25Kg，继续反应1.5～2h，温度升至65℃～80℃， 停止喷入雾化的酸液滴，在80～120r/min搅拌速度下再反应0.5～1h，冷却，筛 分，得到具有核壳结构的黑色粉末状磁性絮凝剂。
所述的搅拌球磨设备为卧式，筒体由搅拌轴上两侧对称的滚动轴承支撑， 由可拆卸的定位螺栓固定于支架上，筒体上设有卸料法兰口和酸雾化喷射器， 搅拌轴连接可调速传动装置，搅拌轴上的桨叶为交错的棒式。磁粉为含铁品位 在55%～70%的磁铁矿粉，磁粉粒度在380目～500目，球磨介质为3～5mm的 玻璃珠、玛瑙球或锆石球，酸是质量百分比浓度为93%～98%的硫酸。
本发明工艺过程简单，“一步法”固液表面反应制备得到固体粉末状磁性絮凝 剂，借助反应自身放热维持反应进行，生产过程能耗低、效率高。
本发明的磁性絮凝剂对水中的污染物和胶态物有良好的混凝吸附作用，其 本身为核壳结构且具有磁响应性，在反应池混合反应后产生磁性絮体，可以通 过磁鼓分离器回收磁性絮体中的磁核部分，并循环投加到加载澄清池的反应池 作为重力沉淀剂，以增加絮凝反应池中悬浮物浓度，增加污染物颗粒有效碰撞 的次数，提高污染物絮体的密度和颗粒尺寸，以缩短絮凝沉淀的时间和降低构 筑物占地面积，还可减少药剂投加量和运行费用。运用磁性絮凝剂的加载絮凝 澄清工艺可用于城市污水处理厂提标改造和三级处理、给水处理、富营养化水 体治理、以及工业废水预处理等领域。