申請(qǐng)日2015.09.24
公開(kāi)(公告)日2017.04.05
IPC分類號(hào)C02F1/00; C02F1/28; C02F1/52; C02F1/56
摘要
本發(fā)明提供了一種廢水凈化劑及其制備方法和應(yīng)用，涉及污水處理領(lǐng)域。該廢水凈化劑包含有共混的凹凸棒土、含二氧化硅的無(wú)機(jī)填料及酸化的高價(jià)金屬鹽等。是經(jīng)過(guò)將高價(jià)金屬鹽溶液酸化至pH為1～3后與其他組分均勻混合、干燥而得到。該廢水凈化劑集凝聚、吸附功能于一體，處理效果基本上不受水體環(huán)境、污染程度、廢水種類等因素的影響，處理效果穩(wěn)定，適用范圍廣，尤其適用于嚴(yán)重污染工業(yè)廢水的初步凈化處理。其制備方法及處理水的工藝簡(jiǎn)便易于操作，因而推廣應(yīng)用前景比較廣闊。
權(quán)利要求書
1.一種廢水凈化劑及其制備方法和應(yīng)用，其特征在于包含有共混的以下組分： A.粘土礦物 100重量份數(shù) B.硅質(zhì)助濾劑 20～200重量份數(shù) C.高價(jià)金屬鹽 40～240重量份數(shù) 以上所述組分A的粘土礦物為凹凸棒土;組分B的硅質(zhì)助濾劑為含有具有 微孔隙的二氧化硅的無(wú)機(jī)填料;所述組分C的高價(jià)金屬鹽經(jīng)酸化至PH為1～3， 其金屬離子價(jià)位不低于+2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水凈化劑，其特征在于包含有共混的以下組分： A.粘土礦物 100重量份數(shù) B.硅質(zhì)助濾劑 30～180重量份數(shù) C.高價(jià)金屬鹽 40～220重量份數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1～2之一所述的廢水凈化劑，其特征在于所述組分A，選自 以下組分中的至少一種：天然凹凸棒土、陽(yáng)離子化凹凸棒土;所述陽(yáng)離子化 凹凸棒土為含有陽(yáng)離子表面活性劑的凹凸棒土。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢水凈化劑，其特征在于所述陽(yáng)離子表面活性劑為三 甲基十六烷基溴化銨，其中三甲基十六烷基溴化銨的含量為陽(yáng)離子凹凸棒土 總重的4.3～6.0wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水凈化劑，其特征在于所述組分A中含有陽(yáng)離子化 凹凸棒土，組分A中的其它組分總和與陽(yáng)離子化凹凸棒土的重量比為(0～ 1.8)∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水凈化劑，其特征在于所述組分A中的其它組分總 和與陽(yáng)離子化凹凸棒土的重量比為(0～0.75)∶1。
說(shuō)明書
一種廢水凈化劑及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種水處理劑，進(jìn)一步地說(shuō)，是涉及一種含有粘土礦物的廢水凈化劑及其制備方法和處理廢水的應(yīng)用。
背景技術(shù)
現(xiàn)代水處理工藝中，混凝—絮凝處理技術(shù)仍然是使用率最高、處理效果較 好的技術(shù)方案。該工藝的核心是通過(guò)無(wú)機(jī)鹽(有天然或人工處理之分)與有機(jī) 高分子聚合物(人工合成或天然，目前基本為人工合成)協(xié)同作用，使污水中 各種細(xì)小的雜質(zhì)或有毒溶解物質(zhì)以吸附聚集長(zhǎng)大的方式沉淀，從而易于以固液 分離或過(guò)濾技術(shù)實(shí)現(xiàn)其與水體的分離，達(dá)到水質(zhì)的凈化。一般情況下，這種方 案的有效率是比較高的，但如果遇到污染成份比較復(fù)雜、污染負(fù)荷比較大的污 水，這種工藝的實(shí)施將會(huì)遇到不少問(wèn)題，主要有①由于理論上尚未搞明白的一 些物理化學(xué)或化學(xué)方面的原因，致使混凝—絮凝過(guò)程完成不好或無(wú)法完成，即 便勉強(qiáng)完成這一過(guò)程，亦無(wú)法進(jìn)行有效的固液分離或過(guò)濾工藝;②絮凝-沉降過(guò) 程結(jié)束以后，礬花穩(wěn)定性差，破碎以后會(huì)嚴(yán)重影響固液分離技術(shù)的實(shí)施;③處 理工藝措施掌握不合理時(shí)，如水力參數(shù)掌握不合適、處理劑添加順序不合理、 處理劑添加量與水體要求差別比較大等等均有可能造成絮凝困難，使凈化工作 失敗，而且混凝—絮凝過(guò)程一旦失敗，會(huì)導(dǎo)致廢水無(wú)法再以常規(guī)的混凝—絮凝 工藝進(jìn)行處理，只能考慮其它比較特殊的處理方案，造成經(jīng)濟(jì)以及處理時(shí)間的 極大浪費(fèi)。此外，傳統(tǒng)的混凝—絮凝工藝一般均要配備相應(yīng)的固液分離或過(guò)濾 方案，以備對(duì)殘?jiān)M(jìn)行脫水，對(duì)于殘?jiān)奈锢硇阅苡幸欢ǖ囊�，比如可剝離 性，即指殘?jiān)谕瓿擅撍^(guò)程以后，是否能夠比較容易的脫離機(jī)械表面(如壓 濾機(jī)、離心機(jī))或過(guò)濾介質(zhì)表面，如果沒(méi)有很好的可剝離性，將會(huì)極大的降低 固液分離機(jī)械的使用效率，嚴(yán)重影響凈化工藝的完整性。
對(duì)于混凝—絮凝過(guò)程而言，工藝參數(shù)一般是經(jīng)優(yōu)化后配置好的，在水污染 程度大體不變的情況下，按照給定的參數(shù)運(yùn)行即能夠比較順利的完成CEPT(化 學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理)工藝，但當(dāng)水體污染負(fù)荷變大、污染物質(zhì)種類增多時(shí)，會(huì)部 分或完全破壞這種運(yùn)行的平衡，使得混凝—絮凝過(guò)程無(wú)法完成。在實(shí)際作業(yè)中， 遇到這種可能性的機(jī)會(huì)很大，因此，如何避免出現(xiàn)這種情況是CEPT工藝必須 解決的一個(gè)問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)這種現(xiàn)實(shí)的需求，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究提供了一種利用粘土礦物處 理廢水的廢水凈化劑。這種處理劑能夠在基本不受主觀(運(yùn)行參數(shù))或客觀因 素(水體污染情況)影響的前提下充分發(fā)揮作用，最大限度的達(dá)到凈化目的。 由于該劑集混凝、吸附、脫色功能于一體，在已看到的國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的技術(shù) 文獻(xiàn)或論文中，尚未見(jiàn)到相關(guān)技術(shù)的報(bào)道。
本發(fā)明的目的是提供一種廢水凈化劑，其具有顯著的除油脫色的效果，COD去除率最高可達(dá)98%。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述廢水凈化劑的制備方法，該制備方法簡(jiǎn)單、成本較低，易于操作。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供所述廢水凈化劑的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的廢水凈化劑，包含有共混的以下組分：
A.粘土礦物 100重量份數(shù)
B.硅質(zhì)助濾劑 20～200重量份數(shù)
C.高價(jià)金屬鹽 40～240重量份數(shù)
以上所述組分A的粘土礦物為凹凸棒土，包括天然凹凸棒土和/或陽(yáng)離子化 凹凸棒土。組分A中天然凹凸棒土和陽(yáng)離子凹凸棒土可混合使用或單獨(dú)使用。 優(yōu)選為陽(yáng)離子凹凸棒土或兩者的混合物。在這種情況下。組分A中其它組分總 和與陽(yáng)離子化凹凸棒土的重量比為(0～1.8)∶1，優(yōu)選為(0～0.75)∶1。以 上所述陽(yáng)離子化凹凸棒土優(yōu)選為含有三甲基十六烷基溴化銨的凹凸棒土，其中 三甲基十六烷基溴化銨的含量為4.3～6.0wt%。
本發(fā)明廢水凈化劑的組分B中的硅質(zhì)助濾劑，為含有具有微孔隙的二氧化 硅的無(wú)機(jī)填料。其用量以組分A為100重量份數(shù)計(jì)，優(yōu)選為30～180份。
以上所述硅質(zhì)助濾劑主要選自以下組分中的至少一種：硅酸鹽、活性礬土。 優(yōu)選二者的混合物，其中活性礬土為組分B總量的20～90wt%，更優(yōu)選為活性 礬土為組分B總量的30～80wt%。
以上所述的硅酸鹽，優(yōu)先選用活化硅酸鹽，即含鋁的硅酸鹽，其中Al3+與 二氧化硅的摩爾比為(0.5～1.1)∶1。
以上所述活性礬土為陶瓷粉和玻璃粉的混合物，其中陶瓷粉與玻璃粉的重 量比為(3～6)∶1。
本發(fā)明提供的廢水凈化劑中組分C的高價(jià)金屬鹽經(jīng)酸化至PH為1～3，其 金屬離子價(jià)位大于或等于2。其用量以組分A為100重量份數(shù)計(jì)，優(yōu)選為40～ 220重量份數(shù)。
以上所述的組分C為含有高價(jià)鋁離子、高價(jià)鐵離子及高價(jià)鎂離子的金屬 鹽。該高價(jià)金屬鹽優(yōu)選為上述金屬離子的硫酸鹽、亞硫酸鹽或氯化物，或所述 幾種鹽的兩兩混合或三者混合。其中以鋁鹽為100重量份數(shù)計(jì)，鐵鹽為5～35 份，優(yōu)選為10～30份，鎂鹽為10～60份，優(yōu)選為20～50份。
本發(fā)明的廢水凈化劑所述組分中還包含有以組分A為100重量份計(jì)，10～ 50重量份的助濾協(xié)同劑。助濾協(xié)同劑起到協(xié)助改善該組合物過(guò)濾效果的作用。 所述助濾協(xié)同劑選自以下物質(zhì)中的至少一種：粉煤灰、爐渣、珍珠巖粉、火山 灰。其用量的優(yōu)選為10～40重量份。
本發(fā)明的廢水凈化劑所述組分中還包含有以組分A為100重量份計(jì)，10～ 50重量份的凈化促進(jìn)劑。凈化促進(jìn)劑起到協(xié)助改善該組合物去除有機(jī)物及重金 屬雜質(zhì)效果的作用。凈化促進(jìn)劑選自以下物質(zhì)中的至少一種：甲殼素、活性碳、 蛭石、無(wú)定型二氧化硅、雷脫土。其用量的優(yōu)選為23～44重量份。
本發(fā)明提供的廢水凈化劑的制備方法，包括有以下步驟：
a.將以上所述的組分C的水溶液用酸調(diào)節(jié)PH為1～3;
b.將其它所述組分粉碎，然后同步驟a.得到的酸化溶液均勻混合;
c.將步驟b.得到的混合物干燥、粉碎，即得到所述廢水凈化劑。
上述步驟a.中的酸化步驟可選用現(xiàn)有技術(shù)中常用的酸化方法。其中所用的 酸為硫酸或鹽酸。為使酸化充分，酸化時(shí)間最好為30～60min。
上述步驟c.中混合物的干燥方法可選用現(xiàn)有技術(shù)中常用的干燥方法。一般 采用加熱干燥，干燥溫度可為120～150℃。
本發(fā)明廢水凈化劑的制備方法步驟b中，將原料粉碎后同酸化鹽溶液混合。 此處的粉碎是為了便于各組分在酸化的鹽溶液中充分浸漬和均勻混合，因此粉 碎即可。對(duì)粉碎后顆粒的平均粒徑不需作嚴(yán)格限定，一般為不小于200目，優(yōu) 選為200～250目。本發(fā)明方法步驟c中將制得的混合物干燥后粉碎是為了便于 廢水凈化劑的包裝運(yùn)輸和使用。因此，對(duì)混合物粉碎后顆粒的平均粒徑也不需 作嚴(yán)格限定，但優(yōu)選為一般為不小于200目，優(yōu)選為200～250目。。
本發(fā)明制備方法中組分A中的陽(yáng)離子化凹凸棒土為含有陽(yáng)離子表面活性劑 的凹凸棒土。陽(yáng)離子表面活性劑可進(jìn)一步提高凹凸棒土對(duì)油污的吸附能力。所 述的陽(yáng)離子表面活性劑優(yōu)選為三甲基十六烷基溴化銨。其中三甲基十六烷基溴 化銨的含量為陽(yáng)離子化凹凸棒土總重的4.3～6.0wt%。該陽(yáng)離子凹凸棒土可采用 現(xiàn)有技術(shù)中的粘土礦物的有機(jī)化制備方法來(lái)制備。優(yōu)先選用以下步驟制備：
a.鈉化處理：將凹凸棒土粉碎，顆粒平均粒徑優(yōu)選為不小于150目。將其與 氯化鈉(NaCl)溶液充分混合。NaCl與凹凸棒土的重量比優(yōu)選為(2～5)∶1。 充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行固液分離，并將沉淀物清洗、干燥及粉碎;
b.電性改性處理：將上述鈉化處理的凹凸棒土與氯化鋁(AlCl3)溶液充分 混合。AlCl3與凹凸棒土的重量比優(yōu)選為(0.9～1.2)∶1。充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行固液 分離，并將沉淀物清洗、干燥及粉碎。一般凹凸棒土顆粒表面為負(fù)電荷，經(jīng)過(guò) 處理后其表面吸附上正電荷，別于吸附。
c.致孔處理：將紙屑與聚乙烯醇以重量比為(1.5～3.5)∶1的比例混合作 為致孔劑，加入步驟b中所得的凹凸棒土。致孔劑的添加量占總重的10～12wt %。充分混合均勻后，于300～400℃下焙燒致凹凸棒土發(fā)灰白即可，焙燒時(shí)間 優(yōu)選為2～3小時(shí)。焙干后冷卻粉碎。
d.陽(yáng)離子化處理：將上述步驟c制得的凹凸棒土與濃度為8～13%的陽(yáng)離子 表面活性劑溶液混合并充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行吸附。之后將凹凸棒土清洗干燥、粉碎， 即得到所述的陽(yáng)離子凹凸棒土。其中陽(yáng)離子表面活性劑優(yōu)選三甲基十六烷基溴 化銨。吸附優(yōu)選在加熱條件下進(jìn)行，溫度為80～90℃，時(shí)間不短于20小時(shí)。
本發(fā)明制備方法中組分B中的優(yōu)選的活化硅酸鹽為含鋁的硅酸鹽，其中Al3+與二氧化硅的摩爾比為(0.5～1.1)∶1。這種活化硅酸鹽顆粒外表極不規(guī)則， 孔洞豐富，因而對(duì)各種微粒和基團(tuán)具有很好的捕集效果。該活化硅酸鹽可采用 以下步驟制備：
a.取市售水玻璃(Na2SiO3或K2SiO3)，即Na2O·nSiO2或K2O·nSiO2，其 中n大于等于3。按Al+3∶SiO2為(0.5～1.1)∶1摩爾比將水玻璃與氫氧化鋁 溶液充分混合均勻。
b.在上述混合物中滴加酸調(diào)解PH至3～5，并連續(xù)攪拌8～10小時(shí)。之后進(jìn) 行固液分離。所述酸可用硫酸或鹽酸。
c.并將步驟b得到的固相物于280～350℃下干燥2～3小時(shí)，之后冷卻及粉 碎，得到所述的活化硅酸鹽。
本發(fā)明的廢水凈化劑可用于廢水凈化，其步驟和操作非常簡(jiǎn)便：將廢水的 PH調(diào)至5～8，將高分子助凝劑溶于其中。再將所述廢水凈化劑與溶有高分子助 凝劑的廢水混合，混合均勻之后進(jìn)行固液分離即可得到凈化水。其中廢水凈化 劑的用量一般為10～60kg/m3，優(yōu)選為15～50kg/m3水，高分子助凝劑的用量為 0.3～0.8kg/m3水。高分子助凝劑可選用水處理工藝中常用分子量為800～2000 萬(wàn)的高分子聚合物，如聚丙烯酰胺、丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物。
為了降低本發(fā)明廢水凈化劑的生產(chǎn)成本，同時(shí)減少殘?jiān)呐欧艛?shù)量，完成 處理廢水后過(guò)濾工藝所產(chǎn)生的濾渣可以以下步驟回收和活化：
將收集的濾渣干燥后(水含量低于15%)以30～40%的硫酸溶液浸泡2～ 3h，之后過(guò)濾干燥，在420～500℃下焙燒1～2h，粉碎。
本發(fā)明的廢水凈化劑的特點(diǎn)：
1.凹凸棒土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有豐富的孔隙，吸附力極強(qiáng)，能給本組合物帶來(lái)極 強(qiáng)的除污脫色效果。所述陽(yáng)離子化凹凸棒土由于將凹凸棒土吸附陽(yáng)離子表面活 性劑，改善了其親油性，更加強(qiáng)化了凹凸棒土對(duì)乳化油及懸浮分散的顆粒狀油 的吸附能力，因此提高了除油污及各種有害雜質(zhì)的能力，使其吸附能力提高2～ 3倍，且吸附可靠，不易脫附。
2.屬于粘土礦物的凹凸棒土不僅具有孔隙，其其微觀結(jié)構(gòu)呈納米的片層結(jié) 構(gòu)。將其與酸化的高價(jià)金屬鹽配合，層間插入了高價(jià)金屬離子，改變了其晶格 的微觀結(jié)構(gòu)，使粘土礦物對(duì)水體中有害物質(zhì)的吸附由簡(jiǎn)單物理吸附為主轉(zhuǎn)變?yōu)?物理、化學(xué)協(xié)同吸附，增加吸附容量，提高吸附效果。
3.硅質(zhì)助濾劑即有增強(qiáng)吸附能力，又有多孔效應(yīng)。此外由于其為非水敏性物 質(zhì)，不會(huì)對(duì)粘土微觀結(jié)構(gòu)造成破壞。其可分布在插入高價(jià)金屬離子的粘土片層 間，對(duì)相鄰粘土的片層起支撐作用，使其蓬松，當(dāng)廢水凈化劑完成混凝吸附后， 內(nèi)部包裹的水易于脫離沉降物，提高自由水分離率。
4.酸化的高價(jià)金屬鹽配合也為凹凸棒土的晶格具有氫化效應(yīng)，協(xié)同硅質(zhì)助濾 劑的作用，使得本廢水凈化劑處理完廢水后的殘?jiān)哂袠O好的可剝離性，為水 處理后續(xù)步驟中固液分離機(jī)械的使用提供有利條件。
5.凈化促進(jìn)劑的加入提高本組合物的重金屬離子、有機(jī)物質(zhì)及表面活性劑的 去除能力。
6.助濾協(xié)同劑的加入提高本組合物的過(guò)濾效率。
本發(fā)明的廢水凈化劑可以實(shí)現(xiàn)：①藥劑的適用范圍廣，可以滿足任何類型 的廢水處理要求;②處理效果幾乎不受廢水污染程度、污染物種類等的影響; ③操作工藝簡(jiǎn)單，只需要一步即可完成混凝絮凝過(guò)程，并且完成絮凝以后的沉 淀物穩(wěn)定，吸附物一般不會(huì)自行脫附;操作具有比較好的隨意性，只要按設(shè)計(jì) 量加入即可獲得滿意的混凝—絮凝效果;④有利于過(guò)濾及固液分離過(guò)程的完 成，在進(jìn)行這一工序時(shí)，水于混凝沉降物可以同時(shí)泵送，礬花是否完整不影響 最終的處理效果，被吸附物如重金屬、油有機(jī)物等亦不會(huì)發(fā)生脫附;⑤完成處 理以后所形成的固相分離產(chǎn)物具有很低的自由水包裹率，即聚沉物中的水份能 夠比較容易的與包裹物分離;⑥沉降物呈惰性，水中分散能力極低，在經(jīng)過(guò)濾 后易于實(shí)現(xiàn)與過(guò)濾介質(zhì)分離，即通常所說(shuō)的“不糊篩”，水處理工程界指的“易 剝離性能”高，有利于固液分離或過(guò)濾機(jī)械的使用與維護(hù);⑦脫色除油效率高， 可以作為污染程度極高(如色度高于3000、COD高于5000mg/l、重金屬含量高 于100mg/l、油含量高于1000mg/l、含有表面活性劑、磷、有機(jī)雜質(zhì)等)的高濃 度廢水的處理劑使用，也尤其適用于重工業(yè)及大型廠礦企業(yè)排污的處理。
本發(fā)明廢水凈化劑的效果：
本發(fā)明的凈化劑對(duì)水中有害物質(zhì)具有良好的去除效果。室內(nèi)評(píng)價(jià)時(shí)先后收 集了六種不同的廢水，分別為①城市外排污水;②扒雞生產(chǎn)廢水;③造紙廠外 排污水;④采油產(chǎn)出廢水;⑤紡織印染廢水;⑥啤酒生產(chǎn)廢水。六種廢水經(jīng)以 多功能廢水凈化劑進(jìn)行處理以后，濾出水被檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)，均能達(dá)到國(guó)家一 級(jí)或二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，表明研制的多功能水處理劑對(duì)于各種廢水均有比較可靠的 處理效果。其中色度比處理前降低最高可達(dá)99%，油類物質(zhì)去除率最高可達(dá) 99.6%，COD去除率最高可達(dá)98%，重金屬物質(zhì)的去除率最高可達(dá)90%，水體 的透光率由0%提高到83～90%，LAS去除率最高可達(dá)99%，BOD5去除率達(dá)80～ 90%。
本發(fā)明的廢水凈化劑集凝聚、吸附功能于一體，處理效果基本上不受水體 環(huán)境、污染程度、廢水種類等因素的影響，處理效果穩(wěn)定，適用范圍廣，尤其 適用于嚴(yán)重污染工業(yè)廢水的初步凈化處理。其制備方法及處理水的工藝簡(jiǎn)便易 于操作，因而推廣應(yīng)用前景比較廣闊。
