專利名稱：：兼具絮凝與消毒效能的水處理藥劑的電化學(xué)制備反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種兼具絮凝與消毒作用的水處理藥劑電化學(xué)制備反應(yīng)器的發(fā)明。該反應(yīng)器適合現(xiàn)場(chǎng)制備并投加。所制得的水處理藥劑中有效成份Al13和有效氯含量高。
背景技術(shù)：
：無(wú)機(jī)高分子絮凝劑是當(dāng)今水處理
技術(shù)領(lǐng)域：
中使用量大而面廣的專用化學(xué)藥劑。與傳統(tǒng)絮凝劑，如硫酸鋁、氯化鋁、氯化鐵等相比，它能顯著提高凈水效能，且具有用量省、沉降性能好、適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)。其中，聚合氯化鋁(PolyaluminumChloride，PACl)是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)最成熟，效能最高，應(yīng)用也為最為廣泛的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑品種。PACl實(shí)際是在人工控制條件下，鋁離子的水解-聚合-沉淀過(guò)程的動(dòng)力學(xué)中間產(chǎn)物?？茖W(xué)研究及應(yīng)用實(shí)踐表明，聚十三鋁(化學(xué)式為Al1304(OH)247+，Al13)是最佳凝聚絮凝形態(tài)，其含量的多少可以反映制品的絮凝效能，因而高含量Al13聚合形態(tài)往往是PACl絮凝劑生產(chǎn)的主要追求目標(biāo)。文獻(xiàn)表明，Al13形態(tài)的單個(gè)分子粒度僅為2.5nm，這種納米級(jí)的Al13形態(tài)越來(lái)越受到人們的重視。目前通過(guò)何種制備方法來(lái)獲得高純度的納米Al13聚合物，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外納米級(jí)PACl研制的熱點(diǎn)，并且Al13聚合物也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外眾多其它領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的前沿，如在催化、化妝品、地球化學(xué)、土壤化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域。氯化消毒是目前在水處理領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，它具有操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適用面廣的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于日益惡化的地表水環(huán)境，如地表水體富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題，常規(guī)的水處理工藝已不能保證良好的出廠水質(zhì)。通常，水廠采用預(yù)氧化技術(shù)，主要的效果提高混凝效果，起到助凝的作用；抑制水中微生物在水處理構(gòu)筑物中的生長(zhǎng)，除臭除色；去除某些無(wú)機(jī)污染物，如錳、鐵等。氯化消毒劑包括氯氣、氯胺、二氧化氯、漂白粉等。電化學(xué)方法已被成功的應(yīng)用于高品質(zhì)聚合氯化鋁制備工藝中了。電化學(xué)方法制備的聚合氯化鋁克服了普通制備方法品質(zhì)低的缺點(diǎn)，電化學(xué)產(chǎn)品中Al13含量可高達(dá)70％以上。此外，電化學(xué)方法也是含氯消毒劑的主要制備方法之一。在氯堿工業(yè)中，液氯是主要產(chǎn)品之一。而且，許多含氯消毒劑發(fā)生器也利用電化學(xué)方法制備氯酸鹽和次氯酸鹽。本發(fā)明利用電化學(xué)技術(shù)成功將上述兩種工藝合并在一個(gè)反應(yīng)器中。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的提供一種采用電化學(xué)方法，適合現(xiàn)場(chǎng)制備具有高Al13和有效氯含量水處理藥劑的反應(yīng)器。本發(fā)明的技術(shù)方案在電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，陽(yáng)極采用形穩(wěn)陽(yáng)極(DimentionallyStableAnode，DSA)，鈦?zhàn)麝帢O，電極采用單極聯(lián)結(jié)方式?？刂脐?yáng)極電位為1.3～2.0V，電流密度為1.0～2.0A/dm2，依據(jù)達(dá)到預(yù)制聚合氯化鋁的堿化度時(shí)所需的電量確定電解時(shí)間。以三氯化鋁或低堿化度的聚合氯化鋁為電解液，通過(guò)循環(huán)泵循環(huán)電解液，通直流電，陰極進(jìn)行析氫反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧根離子與電解液中三價(jià)鋁離子發(fā)生聚合生成聚合鋁，陽(yáng)極析氯而造成氯離子的消耗來(lái)促使聚合鋁的生成。原理如下陽(yáng)極主反應(yīng)2Cl--2e＝Cl2↑陰極主反應(yīng)2H2O+2e＝2OH-+H2↑總化學(xué)反應(yīng)3nH2O+(m+n)AlCl3＝Alm+n(OH)3nCl3m+3/2nH2↑+3/2nCl2↑電極間配置隔氣板，分離陰陽(yáng)兩極產(chǎn)生的氣體，既方便回收利用也保證安全無(wú)隱患。陰極反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧根離子與電解液中的三價(jià)鋁離子發(fā)生聚合，這是一個(gè)鋁離子的強(qiáng)化水解-聚合-沉淀過(guò)程，控制電解時(shí)間使鋁形態(tài)停留在Al13形態(tài)。陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣也會(huì)對(duì)這一過(guò)程產(chǎn)生影響，在電解液中的氯離子和氫氧根離子都會(huì)與三價(jià)鋁離子發(fā)生配位反應(yīng)，由于氯離子的消耗，氫氧根離子與三價(jià)鋁離子的聚合會(huì)得到促進(jìn)。此外陽(yáng)極產(chǎn)生得氯氣還會(huì)部分溶解于電解液中，使產(chǎn)品中含有有效氯成份。尾氣氫氣高空排放，氯氣被石灰液吸收轉(zhuǎn)化為漂白粉。電解結(jié)束后，可將產(chǎn)品水處理藥劑直接投加需處理的水中，既減少了有效成份Al13與有效氯的損失，又相對(duì)的省去了運(yùn)輸和儲(chǔ)存的費(fèi)用。產(chǎn)品為清澈略顯黃綠色液體，總鋁濃度達(dá)到0.1～1.5mol/L時(shí)，堿化度為2.0～2.5，有效絮凝成分Al13含量達(dá)到60～90％，有效氯含量為500～5000mg/L。本發(fā)明的特點(diǎn)1.產(chǎn)品中同時(shí)含有較高含量的Al13和有效氯，兼具絮凝和消毒的效能。2.制備方法易于操作，設(shè)備緊湊，適合現(xiàn)場(chǎng)操作。3.產(chǎn)品適合現(xiàn)場(chǎng)投加，克服了有效成份Al13和有效氯不穩(wěn)定易于損失的特點(diǎn)。4.反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氯氣可回收，用于消毒氧化。5.水處理效果大大提高。附圖為兼具絮凝與消毒效能的水處理藥劑的電化學(xué)制備反應(yīng)器示意圖。圖中(1)伏特表；(2)接線柱；(3)參比電極；(4)陰極；(5)陽(yáng)極；(6)排氣管1；(7)排氣管2；(8)吸收瓶；(9)真空泵；(10)料口；(11)閥門1；(12)循環(huán)泵；(13)閥門2；(14)閥門3；(15)布水板；(16)循環(huán)管；(17)電解槽；(18)溢流管；(19)電源。具體實(shí)施例方式操作過(guò)程打開(kāi)閥門1(11)和閥門3(14)關(guān)閉閥門2(13)將電解液經(jīng)過(guò)料口(10)，通過(guò)循環(huán)泵(12)注入電解槽(17)，待已有少量電解液從溢流管(18)溢出，關(guān)閉閥門1(11)，打開(kāi)閥門2(13)，電解液經(jīng)循環(huán)管(16)開(kāi)始在電解槽(17)內(nèi)不斷由下向上循環(huán)。打開(kāi)真空泵(9)。打開(kāi)電源(19)，電流流經(jīng)接線柱(2)被導(dǎo)入反應(yīng)器。通過(guò)伏特表(1)控制陽(yáng)極(5)和參比電極(3)之間的電位到1.3～2.0V，電解反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生。陽(yáng)極(5)發(fā)生析氯反應(yīng)，陰極(4)發(fā)生析氫反應(yīng)。氯氣經(jīng)過(guò)排氣管1(7)被吸收瓶(8)內(nèi)的石灰溶液吸收，氫氣經(jīng)過(guò)排氣管2(6)高空排放。電解液通過(guò)循環(huán)管(16)，經(jīng)循環(huán)泵(12)和閥門2(13)，再經(jīng)過(guò)布水板(15)不斷循環(huán)，循環(huán)速度通過(guò)閥門3(14)調(diào)節(jié)。電解完成時(shí)，切斷電源(19)，關(guān)閉循環(huán)泵(12)，關(guān)閉真空泵(9)打開(kāi)閥門1(11)，制成的水處理藥劑經(jīng)過(guò)料口(10)排空。實(shí)施例實(shí)施例1以三氯化鋁為電解液，如附圖所示，在容積為100L的電解槽內(nèi)，加入總鋁濃度為1.0mol/L的三氯化鋁溶液進(jìn)行電解制備。電極鈦釕網(wǎng)陽(yáng)極(800×500mm)；鈦釕網(wǎng)陰極(800×500mm)電極間距20mm電流密度1.20A/dm2電壓5.6V循環(huán)泵速度400L/h陽(yáng)極電位1.45V電解結(jié)束后，制得產(chǎn)品基本指標(biāo)如下總鋁濃度1.05mol/LAl13含量78.8％有效氯含量3215mg/L堿化度2.3pH4.10實(shí)施例2以低堿化度聚合氯化鋁為電解液，如附圖所示，在容積為100L的電解槽內(nèi)，加入總鋁濃度為2.0mol/L的聚合氯化鋁溶液進(jìn)行電解制備。電極鈦釕網(wǎng)陽(yáng)極(800×500mm)；鈦釕網(wǎng)陰極(800×500mm)電極間距20mm電流密度1.50A/dm2電壓6.8V循環(huán)泵速度400L/h陽(yáng)極電位1.38V電解結(jié)束后，制得產(chǎn)品基本指標(biāo)如下總鋁濃度2.10mol/LAl13含量68.8％有效氯含量1245mg/L堿化度2.05pH3.5權(quán)利要求1.一種兼具絮凝與消毒效能的水處理藥劑的電化學(xué)制備反應(yīng)器，其特征在于產(chǎn)品中含有高含量的Al13和有效氯成份，適合現(xiàn)場(chǎng)制備和投加。2.一種兼具絮凝與消毒效能的水處理藥劑的電化學(xué)制備反應(yīng)器，其特征在于在電解槽(17)內(nèi)，陰極(4)和陽(yáng)極(5)均為形穩(wěn)電極，兩組電極，電極采用單極式聯(lián)接，以三氯化鋁或低堿化度聚合氯化鋁為電解液，底層加一布水板(15)；在電解槽外，由直流電源(19)供給電流，以循環(huán)泵(12)循環(huán)電解液。3.按照權(quán)利2要求的反應(yīng)器，其特征在于電解槽體積可大可小，其范圍為1～500L。4.按照權(quán)利2要求的反應(yīng)器，其特征在于陽(yáng)極析出氯氣，并被吸收瓶(8)中石灰液吸收，轉(zhuǎn)化為漂白粉。5.按照權(quán)利2要求的反應(yīng)器，其特征在于通過(guò)伏特表(1)控制陽(yáng)極電位，提高電流效率。6.按照權(quán)利2要求的反應(yīng)器，其特征在于陰陽(yáng)兩極間可以進(jìn)行倒極，去除電極上的沉積物，達(dá)到清掃電極的目的。全文摘要本發(fā)明提供了一種絮凝與消毒作用兼具的水處理藥劑的電解制備反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括電解槽、形穩(wěn)電極材料的陽(yáng)極和陰極、電解液的循環(huán)系統(tǒng)、陽(yáng)極電位監(jiān)控系統(tǒng)，直流電源及電路連接系統(tǒng)，尾氣收集系統(tǒng)。向此電解槽內(nèi)加入三氯化鋁或具有低堿化度的聚合鋁溶液，打開(kāi)直流電源，反應(yīng)一段時(shí)間后，制備過(guò)程即可完成。本反應(yīng)器設(shè)備緊湊，操作簡(jiǎn)單，適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)投加。采用本反應(yīng)器制備的水處理藥劑中的有效成份Al文檔編號(hào)C02F1/461GK101058447SQ20051013456公開(kāi)日2007年10月24日申請(qǐng)日期2006年4月17日優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日發(fā)明者曲久輝,胡承志,劉會(huì)娟,雷鵬舉申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心