聚合氯化铝与聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂制备与应用

• 聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂，由以下步骤制备而成，即：
  (1)将聚合氯化铝PAC干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到铝盐PAC含量以Al2O3计其质量分数为10.5%-20.5%的PAC溶液；
  (2)在常温下搅拌该PAC溶液，加入固含量以质量分数计为40%-75%并具有特征黏度值为0.5-4.7dL/g的聚二甲基二烯丙基氯化铵PDMDAAC液体，使混合溶液中PAC的含量以Al2O3计与PDMDAAC的质量比为20.0：1-2.0：1；
  (3)在常温下搅拌混合溶液直到PDMDAAC液体完全溶解，得到稳定的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂。
  聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法，包括以下步骤：
  (1)将聚合氯化铝PAC干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到铝盐PAC含量以Al2O3计其质量分数为10.5%-20.5%的PAC溶液；
  (2)在常温下搅拌该PAC溶液，加入固含量以质量分数计为40%-75%并具有特征黏度值为0.5-4.7dL/g的聚二甲基二烯丙基氯化铵PDMDAAC胶体，使混合溶液中PAC量以Al2O3计与PDMDAAC的质量比为20.0:1-2.0:1；
  (3)在常温下搅拌混合溶液直到PDMDAAC液体完全溶解，得到稳定的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂。
  一种对上述的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的应用方法，是将聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂以任何比例与水稀释后或者直接投加用于原水和废水、污水的混凝处理以及污、淤泥脱水处理过程。
  本方法显著优点：
  (1)选用成分结构、含量范围明确，并符合国家标准(水处理剂聚合氯化铝PAC，GB15892-2003)的聚合氯化铝为原料。保证了制得复合混凝剂产物性能及其稳定性，且工业生产上原料极易得。
  (2)对于饮用水制备用的聚合氯化铝规定了无机盐PAC和有机高分子PDMDAAC中其他有害物质的最高含量，保证处理后水质的安全可靠性。
  (3)应用高相对分子质量(特征黏度值达4.5dL/g以上，10%质量分数的溶液黏度大于1*10^5 cps或mPa·s)或者相对分子质量系列化(特征黏度从0.5-4.7dL/g)的聚二甲基二烯丙基氯化铵与聚合氯化铝复合，形成特征黏度系列化，无机盐-有机阳离子高分子具有不同质量比的系列化复合混凝剂。该复合混凝剂在水处理过程中，各种功能可调，适用性强，可代替聚合氯化铝起到降低药剂使用成本，强化混凝效果，明显提高出水水质等多重功能。
  (4)应用不含其他结构成分的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)，由于其线状分子链上含100%季铵盐结构，水溶性极好，常温下(-5-45℃)，无需加热，其高固含量胶体产物或干粉产物即可与无机盐聚合氯化铝溶液均匀混合，得到体系均匀、性能稳定的复合混凝剂。
  (5)复合混凝剂以单一药剂形式，直接按投加量要求(或稀释后)用于各种原水和废污水处理以及污泥、淤泥脱水过程，使用方法极为方便简洁。
  下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
  附图说明
  附图是本发明聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法的流程图。
  具体实施方式
  结合附图，本发明聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂，由以下方法制备而成，即(1)将聚合氯化铝PAC干粉或溶液置于混合釜内，加水调配得到铝盐PAC含量以Al2O3计其质量分数为10.5%-20.5%的PAC溶液；
  (2)在常温下搅拌该PAC溶液，加入固含量以质量分数计为40%-75%并具有特征黏度值范围为0.5-4.7dL/g的聚二甲基二烯丙基氯化铵PDMDAAC溶液，使混合溶液中Al2O3与PDMDAAC的质量比为20.0:1-2.0:1；
  (3)在常温下搅拌混合溶液直到PDMDAAC完全溶解，得到稳定的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂。
  上述方法中，①聚合氯化铝PAC的结构如式1所示，其溶液的盐基度为40%-90%，相对质量密度大于等于1.15(20℃)，水不溶物质量分数小于等于0.5%，1%水溶液pH值为3.5-5.0。②常温搅拌温度为-5-45℃。③聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)的结构如式2所示，为五六环和六元环两种结构单元的混合结构。④所用PDMDAAC相对分子质量以特征黏度计为0.5-4.7dL/g(10%质量分数，黏度>10^5 CPS或者mPa·s)。
  聚合氯化铝-二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的制备方法的原理要点为：
  ①应用成分结构和含量明确的聚合氯化铝PAC无机盐混凝剂为原料，与结构、含量明确，相对分子质量高且系列化可调(以特征度η值计)的二甲基二烯丙基氯化铵有机阳离子高分子聚合物形成复合物，来制备组成确定，性质稳定的聚合铝PAC-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)系列化复合混凝剂。②通过对复合混凝剂用于制备饮用水时，原料中各种重金属盐量的限制，保证处理后水的水质安全可靠性。③通过应用自制的高相对分子质量(特征黏度η4.5dL/g，其10%溶液黏度>10^5 cps或者mPa·s)或相对分子质量系列化(η=0.5-4.5dL/g)有机阳离子高分子聚合物使之形成系列化无机盐有机阳离子聚合物不同质量比的复合混凝剂，该复合混凝剂在水处理过程中对水中悬浮颗粒、胶体的电中和，吸附架桥，网捕卷扫的功能强，并且可调，可适用各种水质的原水或废水处理，可明显提高对原水的脱浊、除藻和废水的脱色和去除CODcr的功能，可达到在原水处理过程中缩短沉降时间，提高产水能力，减少无机
  铝盐用量和氯气用量，提高出水水质等多重功效。④通过应用自制的不含其它结构成分的二甲基二烯丙基氯化铵均聚物PDMDAAC作为有机阳离子高分子成分，其结构稳定、水溶性极好，在常温范围(包括高低温度)内极易与无机盐聚合氯化铝PAC均匀混合，并可提高聚合氯化铝中有效成分的含量及其稳定性，形成稳定复合物。简化生产工艺，便于使用。
  本发明的聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂的应用是将聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂以任何比例与水稀释后或者直接投加用于原水和废水、污水的混凝处理以及污、淤泥脱水处理过程。当聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂用于饮用水制备时，PAC溶液中，所含其他物质或重金属盐相对于Al2O3的质量分数分别为：氨态氮N≤0.01%，砷≤As0.0002%，铅Pb≤0.001%，镉Cd≤0.0002%，汞Hg≤0.00001%，六价铬Cr6+≤0.0005%；PDMDAAC中除氯化钠以外各种金属盐总量占聚合物质量分数≤0.0005%。
  下面以实施例来进一步说明。
  结合上图，本发明的聚合氯化铝(PAC)。聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)复合混凝剂及其制备与应用方法为：
  第一步，在混合反应釜内置入质量指标符合国际(GB15892-2003)要求的聚合氯化铝(PAC),其结构示性式为Aln(OH)mCl(3n-m)，其中:0<m<2n。加水调配使其成为PAC含量以Al2O3质最分数计为10.5%-11.0%的溶液；
  第二步，5-25℃常温下搅拌PAC溶液，并向该溶液中加入固含量以质量分数计为(65±5)%，具有特征黏度值范围为0.5-4.7dL/g(30.0±0.1℃，1mol/L NaCl溶液中测定)的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)胶体溶液，使溶液中PAC含量以Al2O3
  计与PDMDAAC的质量比为20.0:1-2.0:1；
  第三步，5-25℃常温下，搅拌混合上述混合溶液，直到PDMDAAC溶液完全溶解，得到稳定的聚合氯化铝(PAC)-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)系列复合混凝剂溶液，复合混凝剂中PAC含量的Al2O3计为(10.3±0.2)%。复合混凝剂在自然温度长时间放置后不产生沉淀，不降低其原有作用功能。
  第四步，复合混凝剂在使用时可直接按需要剂量投加，或与水以任何比例稀释后投加。复合混凝剂对原水进行混凝处理的效果见表1-3。其中，混凝动力学条件按水厂实际条件进行，混凝后沉淀30min取样测上清余浊。

  复合混凝剂对某冬季太湖原水混凝脱浊处理效果

  预 加 氯 水	投加量（Al2O3计）/（mg·L^-1）	PAC	PAC-PDMDAAC(η,m(Al2O3:m(PDMDAAC)))
  			η=0.55dL/g			η=2.47dL/g			η=4.53dL/g
  			20:1	10:1	5:1	20:1	10:1	5:1	20:1	10:1	5:1
  	0	36.6	36.6	36.0	36.0	36.0	36.0	36.0	36.0	36.0	36.6
  	2.25	11.09	6.54	5.38	4.64	5.13	3.43	2.91	4.70	2.97	2.76
  	2.50	6.66	4.24	3.55	3.08	3.06	2.41	2.03	2.77	2.23	1.48
  	3.00	2.90	1.98	1.92	1.31	1.61	1.21	0.74	1.28	1.38	0.68
  	3.50	1.75	1.11	0.93	0.92	0.83	0.62	0.42	0.82	0.77	0.55
  	4.00	1.44	0.80	0.81	0.71	0.49	0.44	0.36	0.42	0.38	0.27