CN108046392A

CN108046392A - 一种污水处理剂

Info

Publication number: CN108046392A
Application number: CN201711330267.7A
Authority: CN
Inventors: 杨金生
Original assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Liaoning Weifenglian Technology Development Co ltd; Xi'an Zhicaiquan Technology Transfer Center Co ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-05-18
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: CN108046392B

Abstract

本发明公开了一种污水处理剂，该污水处理剂由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝5‑25份、膨润土3‑15份、聚丙烯酸钠5‑12份、木质素磺酸盐0.3‑2.3份、硫酸钠0.5‑2份、活性炭10‑30份。上述膨润土为有机‑无机改性膨润土，木质素磺酸盐为基于木质素磺酸盐的两性螯合剂，木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物或，活性炭为纳米铜和8‑羟基喹啉铜改性活性炭。有益效果为：本发明污水处理剂处理成本低，无毒性、无污染，各成分能够协同作用，能有效地去除污水中的氮、磷、有机污染物和重金属离，处理后的污水达到环保局规定的排放标准；制备过程无污染物产生、对操作人员无副作用、生产成本低、易于工业化生产。

Description

一种污水处理剂

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种污水处理剂。

背景技术

环境保护是可持续发展的重要方面，保护环境和资源永续利用是社会发展的前提，全球可持续发展五大要点中的水处理已经成为人们生活的重要因素。随着经济的发展，生产力和技术水平的提高，排放的污水越来越多，这些污水不仅对人们的工作、生活和环境带来不利的影响，而且直接危害人类的身体健康。因此，探索有效的污水处理新技术已成为环境保护的重要研究领域。改革开放以来，我国经济高速发展，工农业生产和城市化水平不断提高。然而，水污染问题也随之日趋严重，污水按来源可分为生活污水和工业污水。生活污水经市政排水管网汇集后进入市政污水厂，处理达标后向自然水体中排放。而工业污水包括化工、造纸、印染、食品、纺织等多个行业生产过程中产生的废液，含有大量生产原料、产物和中间体，要求相关企业将其阶段性处理后再排入市政管网或自然水体。目前，对于水污染的处理方法主要是化学处理法，即通过投放药物处理水污染物。由于水体污染物种类多且混杂，而现在主要使用的水处理剂功能单一，因此必须在水处理系统中分别投加絮凝剂、缓蚀剂、杀菌剂等多种药剂，处理工艺流程复杂，设备多，操作过程繁杂，药剂投加量大，费用多，而且多种试剂之间会通过各种化学反应相互抵抗，致使药效降低。而现有的水处理剂，往往对一些重金属离子的吸附能力不强。而重金属具有富集性，很难在自然环境中降解，其危害程度不仅取决于重金属的种类、物理化学性质，还取决于重金属的浓度、在自然界中的形态和价态。废水中的重金属离子及其化合物能在鱼类及其它水生生物体内富集，通过饮水和食物链的生物积累、生物浓缩、生物放大等作用，对人类和周围的生态环境造成严重的危害。因此，重金属成为最受注目的一类环境污染物。

现有技术如授权公告号为CN 104475057 B的中国发明专利，公开了一种污水处理剂，由如下重量百分数的组分组成：聚合氯化铝5-10%，三氯化铁8-18%，膨润土5-12%，聚丙烯酸钠5-10%，活性炭1-3%，含铜化合物0.05-0.5%，并用蒸馏水补足至100%，其中，含铜化合物的化学分子式为C₂₈H₂₂O₄N₄Cu，所述含铜化合物为正交晶系，Pnna空间群，晶胞参数为a=12.738(5)Å，b=16.714(3)Å，c=10.383(4)Å，α=β=γ=90°，V=2210.57(3)Å。该污水处理剂的制作原料来源广泛，能有效去除水中的污染物，处理污水处理彻底、处理成本低，无毒性、无污染，处理后的废水满足国家污水综合排放标准的要求。该含铜化合物制备用原料价格昂贵，制备过程用乙腈毒性较大，制备过程极易挥发，对操作者的身体存在安全隐患，同时该含铜化合物不易于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理成本低，无毒性、无污染，各成分能够协同作用，能有效地去除污水中的氮、磷、有机污染物和重金属离，且制备过程无污染物产生、对操作人员无副作用、生产成本低、易于工业化生产的污水处理剂。

本发明针对上述技术中提到的问题，采取的技术方案为：一种污水处理剂，其由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝5-25份、膨润土3-15份、聚丙烯酸钠5-12份、木质素磺酸盐0.3-2.3份、硫酸钠0.5-2份、活性炭10-30份。上述膨润土为有机-无机改性膨润土，木质素磺酸盐为基于木质素磺酸盐的两性螯合剂，木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物或，活性炭为纳米铜和8-羟基喹啉铜改性活性炭。该污水处理剂处理成本低，无毒性、无污染，各成分能够协同作用，通过污水处理剂的吸附作用和絮凝效应，能有效地去除污水中的氮、磷等有害物质，使杂质和富营养物质等经絮凝沉淀下来，同时具有较好的表面性能和较大的比表面积，对有机污染物和重金属离子的吸附效果好，经过处理后的污水达到环保局规定的排放标准。

作为优选，一种污水处理剂，其由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝8-16份、膨润土5-10份、聚丙烯酸钠6-10份、木质素磺酸盐1.2-1.6份、硫酸钠1.2-1.8份、活性炭15-25份。

作为优选，改性膨润土的制备方法为：按照铝/膨润土比为5-10mmol/g、有机改性剂与膨润土质量比为1.8-2.3:100取各原料，将有机改性剂和氯化铝加入去离子水，料液比为0.03-0.05:1，充分溶解，然后加入在200-300℃下焙烧1-3h的膨润土，在搅拌速率为150-200r/min、温度为40-50℃下搅拌反应50-70min后，离心、洗涤，在温度为100-110℃下干燥，研磨过150-250目筛，即得改性膨润土，有机改性剂为重量比为1:0.6-0.8:0.01-0.02的八烷基多糖苷季铵盐、十二烷基多糖苷季铵盐和N-溴代丁二酰亚胺的混合物，该有机改性剂中各成分能取得相互增益的效果，使得有机改性剂阳离子与膨润土层间的阳离子发生离子交换反应，有机阳离子进入膨润土层间加大了层间距，进一步增大膨润土的比表面积，增强了污水处理剂对磷、有机污染物和重金属离子的吸附能力，同时使进去膨润土层间的铝的量增加，提高膨润土对水产品污水中氨氮、磷、有机污染物和重金属离子的去除率，且能增加铝在膨润土上的稳定性，利于污水处理剂的回收、利用，该改性膨润土仍然保持了硅酸盐的基本骨架，有机改性剂进入了膨润土的层间结构，改性膨润土表面负载的铝离子及其水解产物改变了膨润土中表面活性剂的排列方式，使得碳链之间的相互作用降低，改善了膨润土的孔道和空隙结构，使得水分子更容易进人已经形成的膨润土颗粒之间的孔隙，既可有效地去除氮、磷、有机污染物和重金属离子，又具有良好的沉降性能，缩短了改性时间，降低了水产品污水处理的成本，且该制备过程绿色环保，对操作人员无毒副作用，易于工业化生产。

作为优选，两性螯合剂为木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钠膦酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钙丙烯酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钠丙烯酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钙羧酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钠羧酸季铵盐改性产物。该两性螯合剂分子中的羟基、醇羟基、羰基对重金属离子具有鳌合作用，羟基还能吸附在金属表面保护金属，酚醚结构具有稳定保护膜的作用，使得两性螯合剂具有絮凝、缓蚀、阻垢、杀菌功能多种功能，且四功能之间相互促进，对污水处理效果佳。

作为优选，改性活性炭的制备方法为：按料液比为1:2-4将树叶粉末加入30-50wt%的磷酸溶液中，再加入纳米铜和8-羟基喹啉铜，树叶粉、纳米铜和8-羟基喹啉铝的重量比为1000:0.7-1.2:0.03-0.05，搅拌均匀，浸渍8-10h，然后在温度为400-500℃、微波功率为500-900W的条件下微波炭化40-50min，结束后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涂至pH至中性，烘干，研磨，过筛，即得纳米铜-活性炭。该制备方法先使树叶粉的化学组成中的半纤维素和纤维素分解，使多糖转换成单糖，从而更易与纳米铜和8-羟基喹啉铝发生亲合作用，纳米铜的引入使得部分微孔孔壁被慢慢地腐蚀、分解、坍塌，转化为中孔，可提高活性炭对某些大分子污染物的吸附性能，可以引入对金属离子有强烈吸附能力的活性基团和活性吸附位点，且不会降低活性炭的比表面积，不影响活性炭吸附重金属离子的能力，同时使得8-羟基喹啉铝对木屑粉进行化学改性，增加了活性炭对重金属离子的亲和力，提高活性炭的吸附能力，进而提高活性炭对重金属离子的去除率；同时由于金属元素优越的传热性，纳米铜和活性炭前驱体的接触点将成为局部热点，有利于热量的传导，从而促进了热分解过程，节约能耗；而微波炭比传统炭比表面积和总孔容更大，孔径分布更加均匀，且具有更多的表面官能团，是一种优质高效、切实可行的活性炭制备加热方法，纳米铜的引入增加了活性炭对重金属离子的亲和力，更有利于吸附的进行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明污水处理剂的处理成本低，无毒性、无污染，各成分能够协同作用，通过污水处理剂的吸附作用和絮凝效应，能有效地去除污水中的氮、磷、有机污染物和重金属离，经过处理后的污水达到环保局规定的排放标准；

2）本发明污水处理剂中原料的制备过程无污染物产生、对操作人员无副作用、生产成本低、易于工业化生产的污水处理剂；

3）本发明用改性膨润土仍然保持了硅酸盐的基本骨架，有机改性剂进入了膨润土的层间结构，改性膨润土表面负载的铝离子，改善了膨润土的孔道和空隙结构，可有效地去除氮、磷、有机污染物和重金属离子；

4）本发明用改性活性炭孔径分布更加均匀，且具有更多的表面官能团，对重金属离子的吸附能力强，同时由于金属元素优越的传热性，有利于热量的传导，从而促进了热分解过程，节约能耗。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：

实施例1：

一种污水处理剂，其由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝16份、膨润土5份、聚丙烯酸钠10份、木质素磺酸盐1.2份、硫酸钠1.8份、活性炭15份。上述膨润土为有机-无机改性膨润土，木质素磺酸盐为基于木质素磺酸盐的两性螯合剂，木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物或，活性炭为纳米铜和8-羟基喹啉铜改性活性炭。

上述改性膨润土的制备方法为：按照铝/膨润土比为10mmol/g、有机改性剂与膨润土质量比为1.8:100取各原料，将有机改性剂和氯化铝加入去离子水，料液比为0.05:1，充分溶解，然后加入在200℃下焙烧3h的膨润土，在搅拌速率为150r/min、温度为50℃下搅拌反应50min后，离心、洗涤，在温度为110℃下干燥，研磨过150目筛，即得改性膨润土，有机改性剂为重量比为1:0.8:0.01的八烷基多糖苷季铵盐、十二烷基多糖苷季铵盐和N-溴代丁二酰亚胺的混合物。

上述两性螯合剂为木质素磺酸钠膦酸季铵盐改性产物。

上述改性活性炭的制备方法为：按料液比为1:4将树叶粉末加入30wt%的磷酸溶液中，再加入纳米铜和8-羟基喹啉铜，树叶粉、纳米铜和8-羟基喹啉铝的重量比为1000:1.2:0.03，搅拌均匀，浸渍10h，然后在温度为400℃、微波功率为900W的条件下微波炭化40min，结束后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涂至pH至中性，烘干，研磨，过筛，即得纳米铜-活性炭。

实施例2：

一种污水处理剂，其由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝8份、膨润土10份、聚丙烯酸钠6份、木质素磺酸盐1.6份、硫酸钠1.2份、活性炭25份。上述膨润土为有机-无机改性膨润土，木质素磺酸盐为基于木质素磺酸盐的两性螯合剂，木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物或，活性炭为纳米铜和8-羟基喹啉铜改性活性炭。

上述改性膨润土的制备方法为：按照铝/膨润土比为5mmol/g、有机改性剂与膨润土质量比为2.3:100取各原料，将有机改性剂和氯化铝加入去离子水，料液比为0.03:1，充分溶解，然后加入在300℃下焙烧1h的膨润土，在搅拌速率为200r/min、温度为40℃下搅拌反应70min后，离心、洗涤，在温度为100℃下干燥，研磨过250目筛，即得改性膨润土，有机改性剂为重量比为1:0.6:0.02的八烷基多糖苷季铵盐、十二烷基多糖苷季铵盐和N-溴代丁二酰亚胺的混合物。

上述两性螯合剂为重量比为1:1.34的木质素磺酸钙丙烯酸季铵盐改性产物和木质素磺酸钙羧酸季铵盐改性产物的混合物。

上述改性活性炭的制备方法为：按料液比为1:2将树叶粉末加入50wt%的磷酸溶液中，再加入纳米铜和8-羟基喹啉铜，树叶粉、纳米铜和8-羟基喹啉铝的重量比为1000:0.7:0.05，搅拌均匀，浸渍8h，然后在温度为500℃、微波功率为500W的条件下微波炭化50min，结束后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涂至pH至中性，烘干，研磨，过筛，即得纳米铜-活性炭。

实施例3：

一种污水处理剂，其由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝12份、膨润土7份、聚丙烯酸钠8份、木质素磺酸盐1.4份、硫酸钠1.4份、活性炭10份。上述膨润土为有机-无机改性膨润土，木质素磺酸盐为基于木质素磺酸盐的两性螯合剂，木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物或，活性炭为纳米铜和8-羟基喹啉铜改性活性炭。

上述改性膨润土的制备方法为：按照铝/膨润土比为8mmol/g、有机改性剂与膨润土质量比为2.0:100取各原料，将有机改性剂和氯化铝加入去离子水，料液比为0.04:1，充分溶解，然后加入在250℃下焙烧2h的膨润土，在搅拌速率为180r/min、温度为45℃下搅拌反应60min后，离心、洗涤，在温度为105℃下干燥，研磨过200目筛，即得改性膨润土，有机改性剂为重量比为1:0.7:0.015的八烷基多糖苷季铵盐、十二烷基多糖苷季铵盐和N-溴代丁二酰亚胺的混合物。

上述两性螯合剂为重量比为1:1的木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物和木质素磺酸钠膦酸季铵盐改性产物。

上述改性活性炭的制备方法为：按料液比为1:3将树叶粉末加入40wt%的磷酸溶液中，再加入纳米铜和8-羟基喹啉铜，树叶粉、纳米铜和8-羟基喹啉铝的重量比为1000:0.9:0.04，搅拌均匀，浸渍9h，然后在温度为450℃、微波功率为700W的条件下微波炭化45min，结束后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涂至pH至中性，烘干，研磨，过筛，即得纳米铜-活性炭。

实施例4：

上述改性膨润土的制备方法为：按照铝/膨润土比为8mmol/g、有机改性剂与膨润土质量比为2.0:100取各原料，将有机改性剂和氯化铝加入去离子水，料液比为0.04:1，充分溶解，然后加入在250℃下焙烧2h的膨润土，再加入膨润土重量0.36%的乳酸，在搅拌速率为180r/min、温度为45℃下搅拌反应60min后，离心、洗涤，在温度为105℃下干燥，研磨过200目筛，即得改性膨润土，有机改性剂为重量比为1:0.7:0.015的八烷基多糖苷季铵盐、十二烷基多糖苷季铵盐和N-溴代丁二酰亚胺的混合物，该乳酸中L-乳酸和D-乳酸的合理比例使得乳酸加入反应体系后能加速有机改性剂进入膨润土的层间结构，增加有机改性剂在膨润土表面的吸附量，且能提高其吸附稳定性，同时能促进铝离子改变有机改性剂碳链在膨润土表面的伸长方向，使得改性膨润土的粒径降低，进而提高其比表面积和在污水处理剂中的分散性，最终提高对印染污水的吸附性能。

实施例5：

吸附重金属性能测试：

将实施例1、实施例2、实施例3产品设为试验组，吸附重金属的微球设为对照组。

取三份100ml电镀废水，该电镀废水的pH为3.4，其主要化学组成为：CN^-：20mg/L，Cr⁶⁺：82mg/L，Cu²⁺：28mg/L，Zn²⁺：40mg/L，Ni²⁺：20mg/L，调节pH至7~7.5后，分别加入实施例2、实施例3产品和吸附重金属的微球，加入量为20g/L，静置吸附24h后过滤作为待测液，待测液用原子吸收分光光度计测定溶液中CN^-、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺的浓度，计算对重金属的吸附。得到的吸附率如下：

实施例2：CN^-的吸附率=99.85%，Cr⁶⁺的吸附率=99.89%，Cu²⁺的吸附率=98.63%，Zn²⁺的吸附率=99.93%，Ni²⁺的吸附率=99.69%。

实施例2：CN^-的吸附率=99.89%，Cr⁶⁺的吸附率=99.90%，Cu²⁺的吸附率=98.75%，Zn²⁺的吸附率=99.91%，Ni²⁺的吸附率=99.70%。

实施例3：CN^-的吸附率=99.95%，Cr⁶⁺的吸附率=99.97%，Cu²⁺的吸附率=99.92%，Zn²⁺的吸附率=99.98%，Ni²⁺的吸附率=99.82%。

对照组：CN^-的吸附率=92.33%，Cr⁶⁺的吸附率=87.49%，Cu²⁺的吸附率=81.55%，Zn²⁺的吸附率=92.99%，Ni²⁺的吸附率=91.02%。

由上述数据可知，通过实施例1、实施例2和实施例3产品处理的电镀废水中重金属吸附率明显优于对照例，说明实施例1、实施例2和实施例3产品对重金属离子废水的吸附效果好。

本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种污水处理剂，其特征在于：所述污水处理剂由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝5-25份、膨润土3-15份、聚丙烯酸钠5-12份、两性螯合剂0.3-2.3份、硫酸钠0.5-2份、活性炭10-30份，所述膨润土为有机-无机改性膨润土，所述两性螯合剂为基于木质素磺酸盐的两性螯合剂，所述活性炭为纳米铜和8-羟基喹啉铜改性活性炭。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述污水处理剂由如下重量份的组分组成：聚合氯化铝8-16份、膨润土5-10份、聚丙烯酸钠6-10份、木质素磺酸盐1.2-1.6份、硫酸钠1.2-1.8份、活性炭15-25份。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述改性膨润土的制备方法为：将有机改性剂和氯化铝加入去离子水，充分溶解，然后加入膨润土，搅拌反应，离心、洗涤，干燥，研磨，即得改性膨润土。

4.根据权利要求3所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述铝/膨润土比为5-10mmol/g、有机改性剂与膨润土质量比为1.8-2.3:100，所述膨润土经200-300℃下焙烧1-3h处理，所述搅拌反应的搅拌速率为150-200r/min，温度为40-50℃，时间为50-70min。

5.根据权利要求3所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述有机改性剂为重量比为1:0.6-0.8:0.01-0.02的八烷基多糖苷季铵盐、十二烷基多糖苷季铵盐和N-溴代丁二酰亚胺的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述两性螯合剂为木质素磺酸钙膦酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钠膦酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钙丙烯酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钠丙烯酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钙羧酸季铵盐改性产物或木质素磺酸钠羧酸季铵盐改性产物。

7.根据权利要求1所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述改性活性炭的制备方法为：将树叶粉末加入磷酸溶液中，再加入纳米铜和8-羟基喹啉铜，搅拌均匀，浸渍8-10h，然后微波炭化，结束后自然冷却至室温，用去离子水反复洗涂至pH至中性，烘干，研磨，过筛，即得纳米铜-活性炭。

8.根据权利要求7所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述磷酸溶液的浓度为30-50wt%，叶粉末和磷酸溶液的料液比为1:2-4。

9.根据权利要求7所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述树叶粉、纳米铜和8-羟基喹啉铝的重量比为1000:0.7-1.2:0.03-0.05。

10.根据权利要求7所述的一种污水处理剂，其特征在于：所述微波炭化的温度为400-500℃，微波功率为500-900W，时间为40-50min。