專利名稱：復(fù)合天然微孔材料污水處理劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)含有重金屬離子和苯酚、胺等有機(jī)污染物污水的處理劑。
背景技術(shù)：
工業(yè)廢水及城市生活污水的排放，造成了較為嚴(yán)重的環(huán)境污染，污水的治理已成為環(huán)境保護(hù)最重要的課題之一?，F(xiàn)有的污水處理技術(shù)主要采用生物法、化學(xué)處理法、物理處理法。其中物理、化學(xué)法污水處理技術(shù)，雖然投資小、占地少、設(shè)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(shí)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(duì)有機(jī)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(jī)污染物及營養(yǎng)物質(zhì)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(chǎn)生大量污泥難于處理，仍易產(chǎn)生二次污染問題。另外還有活性污泥法的變種及改進(jìn)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(shè)與運(yùn)行費(fèi)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(diǎn)的主要原因，是現(xiàn)有的污水處理劑不能同時(shí)完成吸附、絮凝和過濾作用，過濾作用主要靠機(jī)械作用來完成；另外，現(xiàn)有的污水處理劑多為化工產(chǎn)品，材料比較昂貴，造成污水處理廠運(yùn)營成本高，使得污水廠運(yùn)營困難，一些污水處理廠處于停止?fàn)顟B(tài)。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(yīng)現(xiàn)有的污水處理工藝，又同時(shí)具備吸附、絮凝和過濾多重功能，并且應(yīng)廉價(jià)易得。
本發(fā)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(fù)合改性方法。這種污水處理劑是由天然微孔材料復(fù)合而成，材料來源廣泛，成本低廉；可同時(shí)吸附有機(jī)污染物和金屬離子；可適合現(xiàn)有的污水處理工藝，也可自成體系進(jìn)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(chǎn)生大量污泥造成的二次污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有污水處理工藝中，材料及工藝的運(yùn)營成本高、同種工藝對(duì)重金屬離子和苯酚、胺等到多種污染物較難同時(shí)高效去除、易造成二次污染等特點(diǎn)，選取了廉價(jià)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(duì)微孔材料改性，制備出適合多種污水水質(zhì)的污水處理劑，該污水處理劑可適合現(xiàn)有的污水處理工藝，也可自成體系進(jìn)行污水處理，自成體系處理污水效果更好。
復(fù)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?！?nm；0～15％的膨潤土，其粒度10nm～50nm。
所述的復(fù)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(fù)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(fù)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(fā)明根據(jù)上述三種天然微孔材料的特點(diǎn)(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(duì)小粒子的金屬離子吸附性差，選擇性吸附及各種污水水質(zhì)的適應(yīng)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(xì)粒污染物較好，對(duì)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?！?nm，比表面積為200～450m2/g，對(duì)重金屬離子的選擇性吸附及細(xì)菌的承載能力較強(qiáng)，比重較大。
對(duì)達(dá)到一定純度的天然微孔材料，根據(jù)污水特性進(jìn)行相應(yīng)的改性與復(fù)合。
改性的目的，在于改善硅藻土孔內(nèi)及表面的負(fù)電性；增加沸石、蒙脫石離子交換能力。
針對(duì)有機(jī)物含量較多的污水，進(jìn)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(fù)合)為100％計(jì)，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(duì)重金屬離子較多的污水，進(jìn)行SDS+PAC改性復(fù)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(fù)合)為100％計(jì)，其中SDS和PAC總量為1.0～5.0％，二者比例為SDS∶PAC＝1∶4。
針對(duì)高懸浮物污水進(jìn)行PFC+PAM復(fù)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(fù)合)為100％計(jì)，其中PFC為1.0～3.0％，PAM為0.001～0.005％。
針對(duì)處理含有多種污染物的污水，對(duì)具有不同孔徑的硅藻土和沸石組成比例，作適當(dāng)調(diào)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(fù)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(jī)中，進(jìn)行攪拌10～15分鐘，其間加熱至90～120℃；(2)按上述的復(fù)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(jī)中，繼續(xù)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(jīng)加水預(yù)先攪拌后，加入到污水池中，在高速攪拌或吸污水的泵機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)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(tuán)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(qiáng)的吸附力，能將污水中的微細(xì)物質(zhì)吸附到微孔材料表面及孔隙內(nèi)部。絮團(tuán)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(jù)水質(zhì)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(tuán)，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(jié)構(gòu)，具有卓越的吸附能力，能把水體中的絮凝團(tuán)、菌類、病毒和細(xì)微顆粒吸附到硅藻精土表面，形成較大的鏈?zhǔn)交驁F(tuán)式結(jié)構(gòu)，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(shè)備中能形成一定厚度的渣層，污水必須經(jīng)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(tuán)、顆粒在此過程中被截獲，隨渣排出。
本發(fā)明的污水處理劑是由天然微孔材料進(jìn)行加工研制的，材料廉價(jià)，污水處理運(yùn)營成本低；天然微孔材料對(duì)水質(zhì)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(duì)細(xì)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(shí)，可作為消化細(xì)菌等微生物的載體。對(duì)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(shí)施例方式
實(shí)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(jī)中，加熱攪拌10分鐘，待物料的溫度升至95℃后，繼續(xù)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(jī)中，再加熱10分鐘，取出即為復(fù)合改性天然微孔材料污水處理劑之一。
對(duì)含有苯酚、胺等為主的污水進(jìn)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?dāng)嚢璺稚⒆饔?0分鐘后，期間采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)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(shí)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(jī)中，加熱攪拌10分鐘，待物料的溫度升至95℃后，繼續(xù)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(jī)中，再加熱10分鐘，取出即為復(fù)合改性天然微孔材料污水處理劑之二。
對(duì)含有苯酚、胺等為主的污水進(jìn)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?dāng)嚢璺稚⒆饔?0分鐘后，期間采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)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(shí)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(jī)中，加熱攪拌10分鐘，待物料的溫度升至95℃后，繼續(xù)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(jī)中，再稱取160g PAC，加入到GRH-15高速捏合機(jī)中，再攪拌10分鐘后，取出即為復(fù)合改性天然微孔材料污水處理劑之三。
對(duì)含有苯酚、胺等為主的污水進(jìn)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?dāng)嚢璺稚⒆饔?0分鐘后，期間采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)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(shí)施例4稱取2400g硅藻精土、1600g沸石(A型)，放入GRH-15高速捏合機(jī)中，加熱攪拌10分鐘，待物料的溫度升至95℃后，繼續(xù)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(jī)中，再稱取160g PAC，加入到GRH-15高速捏合機(jī)中，再攪拌10分鐘后，取出即為復(fù)合改性天然微孔材料污水處理劑之四。
對(duì)含有重金屬離子Pb2+、Cd2+、Zn2+和Cr3+等的污水進(jìn)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?dāng)嚢璺稚⒆饔?0分鐘后，期間采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)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(shí)施例5稱取2800g硅藻精土、1200g沸石(A型)，放入GRH-15高速捏合機(jī)中，加熱攪拌10分鐘，待物料的溫度升至95℃后，繼續(xù)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(jī)中，再加熱10分鐘，取出即為復(fù)合改性天然微孔材料污水處理劑之五。
對(duì)污水溝的生活污水進(jìn)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(shí)施2，氫氧化鈉調(diào)節(jié)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(quán)利要求
1.復(fù)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?！?nm；0～15％的膨潤土，其粒度10nm～50nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)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(fù)合天然微孔材料污水處理劑涉及一種對(duì)含有重金屬離子和苯酚、胺等有機(jī)污染物污水的處理劑。本發(fā)明克服現(xiàn)有污水處理工藝中，材料及工藝的運(yùn)營成本高、同種工藝對(duì)重金屬離子和苯酚、胺等到多種污染物較難同時(shí)高效去除、易造成二次污染等特點(diǎn)。復(fù)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?！?nm；0～15％的膨潤土，其粒度10nm～50nm。本發(fā)明選取了廉價(jià)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(duì)微孔材料改性，制備出適合多種污水水質(zhì)的污水處理劑。該污水處理劑可適合現(xiàn)有的污水處理工藝，也可自成體系進(jìn)行污水處理，自成體系處理污水效果更好。
文檔編號(hào)C02F1/28GK1587082SQ20041008029
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者杜玉成, 潘險(xiǎn)峰, 張久興, 劉燕琴 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)