聚钛混凝剂的量产工艺优化及其在低温低浊水中的应用评估

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钛盐混凝剂相对于铝铁盐混凝剂而言,具有生物安全性高,残留金属少;在水中水解快,耐低温性好;混凝后絮体尺寸大,易沉降等优点。溶胶凝胶法使得钛盐混凝剂制备过程变得可控,然而凝胶化所用时间久,制备效率低。基于此,在溶胶基础上,借鉴铁铝盐混凝剂工业生产干燥工艺,缩短后续凝胶化时间或省去凝胶化过程,实现聚钛混凝剂(PT)快速稳定制备,接着优化生产工艺方案并量产实现百千克级别生产,最后选用低温低浊水为研究对象,评估聚钛混凝剂PT的应用性。具体内容和结论如下:(1)实验室优化PT制备工艺和条件参数获得最佳方案。在溶胶的基础上,采用喷雾干燥省去凝胶化过程或采用旋转蒸发干燥缩短凝胶化时间实现PT快速制备;在外观上,喷雾干燥PT为淡黄色粉末状固体,旋转蒸发干燥与自然干燥PT均为深黄色颗粒状固体;在元素组成上与官能团结构上,三者近似;钛酸异丙酯比钛酸四正丁酯更适合做钛源;减少溶剂可以提高配方得率;更换配体,选用工业级试剂,并不影响PT的合成与性能;物料合成时间调控范围大,溶剂可实现回用;经优化后可稳定制得1g Ti/L储备液自身浊度低于50 NTU,不溶物质量分数不大于2%,含钛量约35%的PT材料。经制备工艺和条件参数优化,实现了PT的快速稳定制备。(2)工厂内量产评估PT打通工业化生产路线。在工业化生产条件下,配方中的溶剂可进一步减少,反应余热可用于浓缩物料,配方得率最高可提高至30%;喷雾干燥工艺最适合PT工业化生产,根据成本估算,生产1吨喷雾干燥PT在30%物料得率且溶剂回用情况下,为31664元。经过现场量产评估,为PT今后工业化生产提供了指导。(3)复配PT与铝盐混凝剂实现低温低浊水高效处理。将PT与铝盐混凝剂复配,在除浊性能上优于单一混凝剂效果,混凝出水中残留铝含量显著减少;PT与硫酸铝(AS)复配的效果优于PT与聚氯化铝(PAC)的复配。通过复配PT,克服了铝盐混凝剂单独使用时絮体沉降慢、残留铝含量高的缺点,这既为低温低浊水的高效处理提供了简单有效方法,也为PT的实际应用提供了可能。
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