專利名稱:復合天然微孔材料污水處理劑的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種對含有重金屬離子和苯酚、胺等有機污染物污水的處理劑。
背景技術:
工業廢水及城市生活污水的排放,造成了較為嚴重的環境污染,污水的治理已成為環境保護最重要的課題之一。現有的污水處理技術主要采用生物法、化學處理法、物理處理法。其中物理、化學法污水處理技術,雖然投資小、占地少、設備簡單,但由于各種絮凝劑的添加,水層底部形成的濃液不能徹底分離取走,形成大量的污泥,最終排放時仍造成二次污染。且絮凝劑在污水處理過程中,只有絮凝作用,沒有吸附作用,因此對有機物和氮的去除不理想。生物法(以活性污泥法較為常見)工藝較成熟,去除污水中的有機污染物及營養物質氮、磷等效果好,但COD去除率低、重金屬離子去除效果差,且投資大、占地多、能耗高。同樣產生大量污泥難于處理,仍易產生二次污染問題。另外還有活性污泥法的變種及改進方法,如普通曝氣法、A-B法、A/O法、氧化溝法、SBR法等等,但建設與運行費用均較高,且均不能一次性回收污染物,污水的處理效果不佳,并且造成二次污染。造成上述缺點的主要原因,是現有的污水處理劑不能同時完成吸附、絮凝和過濾作用,過濾作用主要靠機械作用來完成;另外,現有的污水處理劑多為化工產品,材料比較昂貴,造成污水處理廠運營成本高,使得污水廠運營困難,一些污水處理廠處于停止狀態。行之有效的方法是尋找適合污水處理的新型污水處理劑,這種污水處理劑,即可適應現有的污水處理工藝,又同時具備吸附、絮凝和過濾多重功能,并且應廉價易得。
本發明的目的在于提供一種具備吸附、絮凝、沉降、過濾多重功能的新型污水處理劑及其復合改性方法。這種污水處理劑是由天然微孔材料復合而成,材料來源廣泛,成本低廉;可同時吸附有機污染物和金屬離子;可適合現有的污水處理工藝,也可自成體系進行污水處理;因材料本身具有良好的過濾功能,污染物可壓濾成餅,避免了產生大量污泥造成的二次污染。
發明內容
本發明針對現有污水處理工藝中,材料及工藝的運營成本高、同種工藝對重金屬離子和苯酚、胺等到多種污染物較難同時高效去除、易造成二次污染等特點,選取了廉價且具有良好吸附性能的不同孔徑天然微孔材料,作為吸附劑載體,并對微孔材料改性,制備出適合多種污水水質的污水處理劑,該污水處理劑可適合現有的污水處理工藝,也可自成體系進行污水處理,自成體系處理污水效果更好。
復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,包括重量百分比為50~70%的硅藻土,其粒度100nm~10μm;20~40%的沸石,其粒度40埃~1nm;0~15%的膨潤土,其粒度10nm~50nm。
所述的復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,還可以加入重量百分比為0.10~0.30%的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB);或者重量百分比為0.15~0.40%的四甲基溴化銨(TMAB)為或者CTAB和TMAB混合重量百分比為0.1~0.3%,二者比例為CTAB∶TMAB=3∶2三種選擇之一。
所述的復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,還可以加入SDS(十六烷基磺酸鈉)和PAC(堿式氯化鋁)混合重量百分比為1.0~5.0%,二者比例為SDS∶PAC=1∶4。
所述的復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,還可以加入PFC(堿式氯化鐵)為1.0~3.0%或者PAM(聚丙酰胺)為.001~0.005%,其百分比為重量百分比。
本發明根據上述三種天然微孔材料的特點(孔徑及比表面積)來確定污水處理劑的組成,硅藻土微孔的孔徑范圍為100nm~10μm、比表面積為40~70m2/g,對小粒子的金屬離子吸附性差,選擇性吸附及各種污水水質的適應性較低,但過濾性能良好;膨潤土(主要成份為蒙脫石)孔徑范圍為10nm~50nm,比表面積為100~180m2/g,處理細粒污染物較好,對金屬離子及CN-吸附效果好,但有一定的粘性,過濾性較差;沸石孔徑范圍為40埃~1nm,比表面積為200~450m2/g,對重金屬離子的選擇性吸附及細菌的承載能力較強,比重較大。
對達到一定純度的天然微孔材料,根據污水特性進行相應的改性與復合。
改性的目的,在于改善硅藻土孔內及表面的負電性;增加沸石、蒙脫石離子交換能力。
針對有機物含量較多的污水,進行CTMAB、TMAB改性。改性劑的組成含量,以天然微孔材料(三種微孔材料的復合)為100%計,其中CTAB為0.10~0.30%;或TMAB為0.15~0.40%;或二者組合,CTAB和TMAB混合總重量為0.1~0.3%,二者比例為CTAB∶TMAB=3∶2。
針對重金屬離子較多的污水,進行SDS+PAC改性復合,改性劑的組成含量,以天然微孔材料(兩種或三種微孔材料的復合)為100%計,其中SDS和PAC總量為1.0~5.0%,二者比例為SDS∶PAC=1∶4。
針對高懸浮物污水進行PFC+PAM復合改性,改性劑的組成含量,以天然微孔材料(兩種或三種微孔材料的復合)為100%計,其中PFC為1.0~3.0%,PAM為0.001~0.005%。
針對處理含有多種污染物的污水,對具有不同孔徑的硅藻土和沸石組成比例,作適當調整,其原則為離子性污染物多,沸石比例增高,污染物顆粒大硅藻土用量增大。
提供的復合天然微孔材料污水處理劑的制備方法,包括以下步驟(1)將重量百分比為50~70%硅藻土,20~40%的沸石,0~15%的膨潤土,置于高速捏合機中,進行攪拌10~15分鐘,其間加熱至90~120℃;(2)按上述的復合天然微孔材料污水處理劑配制改性劑;(3)將配制好的改性劑加入到高速捏合機中,繼續加熱攪拌15~20分鐘,其中CTAB、TMAB采用乙醇稀釋;SDS用乙醇配制重量百分比濃度為40~45%的溶液;PAC、PFC、PAM采用干粉直接加入。
采用該污水處理劑處理污水的原理天然微孔材料污水處理劑,經加水預先攪拌后,加入到污水池中,在高速攪拌或吸污水的泵機葉片旋轉下,分散于水體中,微孔污水處理劑表面的不平衡電位中和懸浮離子的帶電性,使其相斥電位受到減弱,而與污水處理劑形成絮團或凝聚成大的絮花,由于材料巨大的比表面積、孔體積及較強的吸附力,能將污水中的微細物質吸附到微孔材料表面及孔隙內部。絮團顆粒借重力沉降作用迅速沉淀至池底,并與處理后的清潔水體分離,沉渣成餅狀袋裝取走。處理污水后獲得的沉渣,可再利用或回收其中的微孔材料。
其基本作用為中和、絮凝、吸附、過濾等。
(1)中和作用 改性的天然微孔材料污水處理劑表面帶有不平衡電位,在污水中能與帶電污染物中和,打破原來的平衡電場,減弱帶電污染物間的斥力,促使水中的帶電污染物沉降聚攏,并附在微孔材料表面,借助重力沉降,與水體分離。
(2)絮凝作用 根據水質不同配制的天然微孔材料污水處理絮凝劑,在污水水體中能夠較迅速地捕獲污染物,以高效活性天然微孔污水處理劑為核心,形成牢固的絮凝團,借助高效活性天然微孔污水處理劑較大的比重沉降,與水體分離。
(3)吸附作用 高效活性天然微孔污水處理劑的納米微孔結構,具有卓越的吸附能力,能把水體中的絮凝團、菌類、病毒和細微顆粒吸附到硅藻精土表面,形成較大的鏈式或團式結構,借助重力沉降分離。
(4)過濾作用 高效活性天然微孔污水處理劑在特定的裝置設備中能形成一定厚度的渣層,污水必須經過該渣層才能排出,如同過濾啤酒一樣,使污水中大的病毒、菌類、絮凝團、顆粒在此過程中被截獲,隨渣排出。
本發明的污水處理劑是由天然微孔材料進行加工研制的,材料廉價,污水處理運營成本低;天然微孔材料對水質具有良好的滲透性,污泥可壓濾成餅,避免污泥的二次污染;不同孔徑的天然微孔材料的組合對細菌、真菌、原生物等污染物的富聚作用,使污水處理劑在起過濾、絮凝作用的同時,可作為消化細菌等微生物的載體。對于處理難降解、難生化、含抗生素的污水治理效果顯著。
具體實施例方式
實施例1稱取2400g硅藻精土、1120g沸石(A型)、480g膨潤精土,放入GRH-15高速捏合機中,加熱攪拌10分鐘,待物料的溫度升至95℃后,繼續攪拌5分鐘。分別稱取6g和4g的CTAB和TMAB,倒入200ml燒杯中,加入無水乙醇20ml,溶解攪拌均勻后,加入到GRH-15高速捏合機中,再加熱10分鐘,取出即為復合改性天然微孔材料污水處理劑之一。
對含有苯酚、胺等為主的污水進行吸附處理,其中苯酚、胺的濃度均為50mg/l,污水處理劑的用量為污水重量的0.8%。污水處理劑與污水攪拌分散作用30分鐘后,期間采用氫氧化鈉調節pH為7-8,沉降過濾,分析上清液中苯酚、胺的含量。其中苯酚的去除率均為92%;胺去除率均為83%。
實施例2稱取2000g硅藻精土、1400g沸石(A型)、600g膨潤精土,放入GRH-15高速捏合機中,加熱攪拌10分鐘,待物料的溫度升至95℃后,繼續攪拌5分鐘。分別稱取6g和4g的CTAB和TMAB,倒入200ml燒杯中,加入無水乙醇20ml,溶解攪拌均勻后,加入到GRH-15高速捏合機中,再加熱10分鐘,取出即為復合改性天然微孔材料污水處理劑之二。
對含有苯酚、胺等為主的污水進行吸附處理,其中苯酚、胺的濃度均為50mg/l,污水處理劑的用量為污水重量的0.8%。污水處理劑與污水攪拌分散作用30分鐘后,期間采用氫氧化鈉調節pH為7-8,沉降過濾,分析上清液中苯酚、胺的含量。其中苯酚的去除率均為90%;胺去除率均為85%。
實施例3稱取2000g硅藻精土、1400g沸石(A型)、600g膨潤精土,放入GRH-15高速捏合機中,加熱攪拌10分鐘,待物料的溫度升至95℃后,繼續攪拌5分鐘。稱取40g SDS倒入200ml燒杯中,加入無水乙醇80ml,溶解攪拌均勻后,加入到GRH-15高速捏合機中,再稱取160g PAC,加入到GRH-15高速捏合機中,再攪拌10分鐘后,取出即為復合改性天然微孔材料污水處理劑之三。
對含有苯酚、胺等為主的污水進行吸附處理,其中苯酚、胺的濃度均為50mg/l,污水處理劑的用量為污水重量的0.8%。污水處理劑與污水攪拌分散作用30分鐘后,期間采用氫氧化鈉調節pH為7-8,沉降過濾,分析上清液中苯酚、胺的含量。其中苯酚的去除率均為89%;胺去除率均為82%。
實施例4稱取2400g硅藻精土、1600g沸石(A型),放入GRH-15高速捏合機中,加熱攪拌10分鐘,待物料的溫度升至95℃后,繼續攪拌5分鐘。稱取40g SDS倒入200ml燒杯中,加入無水乙醇80ml,溶解攪拌均勻后,加入到GRH-15高速捏合機中,再稱取160g PAC,加入到GRH-15高速捏合機中,再攪拌10分鐘后,取出即為復合改性天然微孔材料污水處理劑之四。
對含有重金屬離子Pb2+、Cd2+、Zn2+和Cr3+等的污水進行吸附處理,其中重金屬離子濃度均為20mg/l,污水處理劑的用量為污水重量的0.8%。污水處理劑與污水攪拌分散作用30分鐘后,期間采用氫氧化鈉調節pH為8-9,沉降過濾,分析上清液中重金屬離子含量。其中Pb2+、Cd2+P的去除率均為90%;Zn2+的去除率均為93%;Cr3+的去除率均為86%。
實施例5稱取2800g硅藻精土、1200g沸石(A型),放入GRH-15高速捏合機中,加熱攪拌10分鐘,待物料的溫度升至95℃后,繼續攪拌5分鐘。分別稱取80g的PFC和為2.0g PAM,加入到GRH-15高速捏合機中,再加熱10分鐘,取出即為復合改性天然微孔材料污水處理劑之五。
對污水溝的生活污水進行處理。污水的主要成份COD為586mg/l、BOD為254.43mg/l、SS為960mg/l、TN為43.60mg/l、TP為9.58mg/l;處理過程同實施2,氫氧化鈉調節pH為7-8.5。其中COD去除率95.4%;BOD的去除率92.6%;SS的去除率為100%;TN的去除率78.7%;TP的去除率90.8%。
權利要求
1.復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,包括重量百分比為50~70%的硅藻土,其粒度100nm~10μm;20~40%的沸石,其粒度40埃~1nm;0~15%的膨潤土,其粒度10nm~50nm。
2.根據權利要求1所述的復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,還可以加入重量百分比為0.10~0.30%的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB);或者重量百分比為0.15~0.40%的四甲基溴化銨(TMAB)為或者CTAB和TMAB混合重量百分比為0.1~0.3%,二者比例為CTAB∶TMAB=3∶2三種選擇之一。
3.根據權利要求1所述的復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,還可以加入SDS(十六烷基磺酸鈉)和PAC(堿式氯化鋁)混合重量百分比為1.0~5.0%,二者比例為SDS∶PAC=1∶4。
4.根據權利要求1所述的復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,還可以加入PFC(堿式氯化鐵)為1.0~3.0%或者PAM(聚丙酰胺)為.001~0.005%,其百分比為重量百分比。
全文摘要
復合天然微孔材料污水處理劑涉及一種對含有重金屬離子和苯酚、胺等有機污染物污水的處理劑。本發明克服現有污水處理工藝中,材料及工藝的運營成本高、同種工藝對重金屬離子和苯酚、胺等到多種污染物較難同時高效去除、易造成二次污染等特點。復合天然微孔材料污水處理劑,其特征在于,包括重量百分比為50~70%的硅藻土,其粒度100nm~10μm;20~40%的沸石,其粒度40埃~1nm;0~15%的膨潤土,其粒度10nm~50nm。本發明選取了廉價且具有良好吸附性能的不同孔徑天然微孔材料,作為吸附劑載體,并對微孔材料改性,制備出適合多種污水水質的污水處理劑。該污水處理劑可適合現有的污水處理工藝,也可自成體系進行污水處理,自成體系處理污水效果更好。
文檔編號C02F1/28GK1587082SQ20041008029
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月30日 優先權日2004年9月30日
發明者杜玉成, 潘險峰, 張久興, 劉燕琴 申請人:北京工業大學