CN111704193A - 一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，具体公开了一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂，所述复合污水处理药剂组分包括：改性膨润土35~50份、纳米氢氧化钙10~15份、絮凝剂3~5份，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝的混合物；所述改性膨润土的制备方法，包括：将膨润土在300~450℃下焙烧1~2h，冷却研磨得到活化膨润土；将活化膨润土中加入氯化钠、尿素与蒸馏水混合，微波辐射处理得到钠基膨润土；将钠基膨润土制成悬浊液，与氨甲基化聚苯乙烯和氯乙酸混合，超声处理得到改性膨润土。本发明的复合污水处理药剂具有高效吸附与混凝沉淀的效果，能够去除废水中多种污染物，对工业废水的处理效果好，时间短，效率高。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂及应用。
背景技术
工业废水，指工艺生产过程中排出的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业废水造成的污染主要有：有机需氧物质污染、化学毒物污染、无机固体悬浮物污染、重金属污染等等。随着工业的迅速发展，工业废水对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。因此，进行工业废水处理尤为重要。
采用吸附法进行废水处理，具有操作简单、吸附剂廉价易得、去除效果优、不产生二次污染等优点，其中应用广泛的吸附材料有活性炭、粉煤灰、粘土、沸石等，其中活性炭具有吸附能力强的特点，但是活性炭处理成本较高，且再生耗能大、效率低，从而限制了其应用；粉煤灰、粘土、沸石等对重金属的吸附容量小，吸附速率慢，去除效率较低，出水无法达到相应的国家标准，因而应用范围有限。膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，膨润土颗粒是由成百上千的蒙脱石结构单元层堆垛而成，单元层之间构成的层间域成为一个具有巨大的内表面的空间，这种结构特征决定膨润土具有较高的阳离子交换容量及良好的吸附性能。我国膨润土储量为世界第一，来源十分广泛，价格低廉，而且不产生二次污染，因此开发膨润土废水处理吸附剂具有很高的可行性。天然膨润土作为吸附剂，吸附对象较少，吸附范围和吸附容量都具有较大的局限性，进行废水处理效果不佳。因此很有必要对彭润土进行改性，实现对废水进行高效处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂，对膨润土进行改性，扩大膨润土吸附容量和吸附范围，将改性膨润土与复合纳米氢氧化钙、絮凝剂复合，实现对废水的高效处理。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂，按重量份计，所述复合污水处理药剂组分包括：改性膨润土35～50份、纳米氢氧化钙10～15份、絮凝剂3～5份，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝的混合物；
所述改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将膨润土在300～450℃下焙烧1～2h，冷却研磨至200～350目粉末，得到活化膨润土；
(2)在步骤(1)得到的活化膨润土中加入氯化钠、尿素与蒸馏水混合，搅拌混合30～40min，然后微波辐射处理3～5min，过滤洗涤干燥得到钠基膨润土；
(3)按重量份计，将40～50份钠基膨润土与蒸馏水混合制成悬浊液，将4～6份氨甲基化聚苯乙烯、5～8份氯乙酸和氢氧化钠溶液依次加入悬浊液中搅拌混合，在50～80℃温度下超声处理30～60min，过滤，水洗滤饼，将滤饼烘干处理得到改性膨润土。
上述技术方案中改性膨润土的改性原理为：先将膨润土在一定温度下焙烧，通过挥发和燃烧使膨润土表面及结构层间的分子水和有机质蒸发掉，使孔道疏通，比表面积增大，减少水膜对有机污染物的吸附阻碍，有利于增加阳离子交换容量。然后进行钠化处理，在膨润土层间引入低价钠离子，提高层间阳离子可交换性，调控层间距，从而改变层间结构，提高表面活性，处理过程中添加尿素具有催化作用促进膨润土钠化，还具有活化作用使膨润土膨胀、扩大层间距；采用微波辐射处理能加快膨润土钠化速度，提高钠基膨润土品质和质量，提高离子交换容量。最后采用超声辅助处理使得氨甲基化聚苯乙烯与氯乙酸在钠基膨润土表面发生反应，形成具有螯合配位作用的多氨基多羧酸化合物(亚氨基二乙酸聚苯乙烯螯合物)负载在钠基膨润土上，与水体中各存在形态的重金属进行螯合，实现对水体中游离态和络合态重金属的有效去除，从而提高了膨润土的吸附性能。改性硅藻土能有效起到混凝的作用，去除废水中重金属离子、悬浮物质、胶体粒子、有机物等多种污染物。
优选的，上述复合污水处理药剂中，所述絮凝剂中，聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝的质量比为3～5:2～3:1。
优选的，上述复合污水处理药剂中，所述步骤(2)中，氯化钠加入量为活化膨润土质量的10～15％，尿素加入量为活化膨润土质量的5～8％，蒸馏水的加入量为活化膨润土质量的40～50％。
优选的，上述复合污水处理药剂中，所述步骤(2)中，微波辐射功率为500～700W。
优选的，上述复合污水处理药剂中，所述步骤(3)中，悬浊液的固含量为8～12％。
优选的，上述复合污水处理药剂中，所述步骤(3)中，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为10～15％，氢氧化钠溶液的添加量为10～20份。
优选的，上述复合污水处理药剂中，所述步骤(3)中，烘干处理温度为60～80℃、烘干时间为12～24h。
一种上述复合污水处理药剂在工业废水处理的应用。
优选的，上述应用中，复合污水处理药剂的投加量为4～6g/L，将复合污水处理药剂投入工业废水中，搅拌混合1～2h，静置1～3h，过滤去除沉淀物。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的复合污水处理药剂组分简单，且安全可靠，结合改性膨润土的高效吸附作用、纳米氢氧化钙的沉淀作用和絮凝剂的助凝絮作用，具有高效吸附与混凝沉淀的效果，能够去除废水中重金属离子、悬浮物质、胶体粒子、有机物等多种污染物，去除污染物种类广泛，去除效果优异，可用于多种废水处理领域。
2.本发明的膨润土改性中，先在一定温度下焙烧膨润土，使膨润土表面及结构层间的分子水和有机质蒸发掉，疏通孔道，增大比表面积，减少水膜对有机污染物的吸附阻碍，有利于增加阳离子交换容量。然后进行钠化处理，在膨润土层间引入低价钠离子，提高层间阳离子可交换性，改变层间结构，调控层间距，提高表面活性，提高离子交换容量。最后将具有螯合配位作用的多氨基多羧酸化合物负载钠基膨润土表面和层间上，使得改性后的膨润土具有更大的吸附空间，吸附能力得到提升。
3.本发明的复合污水处理药剂采用阴阳离子絮凝剂以及有机无机絮凝剂相结合，无机絮凝剂吸附杂质和悬浮微粒，形成颗粒并逐渐增大；而有机高分子絮凝剂通过自身的桥联作用，利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用，网捕其它杂质颗粒一同下沉，增强助絮凝作用。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂，按重量份计，复合污水处理药剂组分包括：改性膨润土48份、纳米氢氧化钙12份、絮凝剂4份，絮凝剂是由质量比为4:2.5:1的聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝组成。
改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将膨润土在400℃下焙烧2h，冷却研磨至200～350目粉末，得到活化膨润土；
(2)在步骤(1)得到的活化膨润土中加入活化膨润土质量的12％氯化钠、6％尿素与45％蒸馏水混合，搅拌混合30min，然后在微波辐射功率为700W下处理5min，过滤，采用蒸馏水洗涤4次，在60℃下干燥得到钠基膨润土；
(3)按重量份计，将45份钠基膨润土与蒸馏水混合制成固含量为10％的悬浊液，将5份氨甲基化聚苯乙烯、7份氯乙酸和15份氢氧化钠溶液依次加入悬浊液中搅拌混合，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为12％，在60℃温度下超声处理30min，过滤，水洗滤饼，将滤饼在60℃下烘干24h，得到改性膨润土。
实施例2
一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂，按重量份计，复合污水处理药剂组分包括：改性膨润土38份、纳米氢氧化钙15份、絮凝剂3.5份，絮凝剂是由质量比为3:2:1的聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝组成。
改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将膨润土在450℃下焙烧1h，冷却研磨至200～350目粉末，得到活化膨润土；
(2)在步骤(1)得到的活化膨润土中加入活化膨润土质量的15％氯化钠、7％尿素与48％蒸馏水混合，搅拌混合30min，然后在微波辐射功率600W下处理5min，过滤，采用蒸馏水洗涤4次，在70℃下干燥得到钠基膨润土；
(3)按重量份计，将50份钠基膨润土与蒸馏水混合制成固含量为12％的悬浊液，将6份氨甲基化聚苯乙烯、8份氯乙酸和18份氢氧化钠溶液依次加入悬浊液中搅拌混合，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为15％，在70℃温度下超声处理35min，过滤，水洗滤饼，将滤饼在60℃下烘干24h，得到改性膨润土。
实施例3
一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂，按重量份计，复合污水处理药剂组分包括：改性膨润土40份、纳米氢氧化钙13份、絮凝剂5份，絮凝剂是由质量比为5:3:1的聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝组成。
改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将膨润土在450℃下焙烧1h，冷却研磨至200～350目粉末，得到活化膨润土；
(2)在步骤(1)得到的活化膨润土中加入活化膨润土质量的10％氯化钠、5％尿素与40％蒸馏水混合，搅拌混合30min，然后微波辐射功率为550W下处理4min，过滤，采用蒸馏水洗涤4次，在60℃下干燥得到钠基膨润土；
(3)按重量份计，将42份钠基膨润土与蒸馏水混合制成固含量为10％的悬浊液，将4.5份氨甲基化聚苯乙烯、6.5份氯乙酸和12份氢氧化钠溶液依次加入悬浊液中搅拌混合，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为10％，在60℃温度下超声处理30min，过滤，水洗滤饼，将滤饼在80℃下烘干20h，得到改性膨润土。
对比例1
一种复合污水处理药剂，按重量份计，复合污水处理药剂组分包括：膨润土48份、纳米氢氧化钙12份、絮凝剂4份，絮凝剂是由质量比为4:2.5:1的聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝组成。膨润土未经改性处理。
对比例2
一种复合污水处理药剂，按重量份计，复合污水处理药剂组分包括：改性膨润土48份、纳米氢氧化钙12份、絮凝剂4份，絮凝剂是由质量比为4:2.5:1的聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝组成。
改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将膨润土在400℃下焙烧2h，冷却研磨至200～350目粉末，得到活化膨润土；
(2)在步骤(1)得到的活化膨润土中加入活化膨润土质量的12％氯化钠、6％尿素与45％蒸馏水混合，搅拌混合30min，然后在微波辐射功率为700W下处理5min，过滤，采用蒸馏水洗涤4次，在60℃下干燥得到钠基膨润土，即为改性膨润土。
为了验证本发明制备得到的复合污水处理药剂的性能，将本发明实施例1～3和对比例1～2制备得到的处理药剂用于废水处理，废水为随机采样的工业废水，工业废水中含有重金属离子、有机废物等污染物，重金属的含量为46.2mg/L，氨氮含量为96mg/L，磷含量为11.5mg/L，COD(化学需氧量)为1132mg/L。每1L废水净化处理，复合污水处理药剂加入量为5g，将处理药剂加入废水中搅拌2h，静置1h，过滤去除沉淀，完成工业废水处理，结果见表1。
表1各处理药剂对废水中的污染物去除效果
表1为各处理药剂对废水中的污染物去除效果，由表可知，本发明实施例的复合污水处理药剂对重金属离子的去除率达到95％以上，氨氮去除率达到85％以上，磷去除率在85％以上，COD去除率在94％以上，对废水中污染物去除效果明显优异对比例的处理药剂，表明本发明的复合污水处理药剂具有高效净化能力，对工业废水的处理效果好，时间短，效率高，彭润土经改性处理后吸附能力得到明显提高。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (9)
1.一种基于改性膨润土的复合污水处理药剂，其特征在于，按重量份计，所述复合污水处理药剂组分包括：改性膨润土35~50份、纳米氢氧化钙10~15份、絮凝剂3~5份，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝的混合物；
所述改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将膨润土在300~450℃下焙烧1~2h，冷却研磨至200~350目粉末，得到活化膨润土；
（2）在步骤（1）得到的活化膨润土中加入氯化钠、尿素与蒸馏水混合，搅拌混合30~40min，然后微波辐射处理3~5min，过滤洗涤干燥得到钠基膨润土；
（3）按重量份计，将40~50份钠基膨润土与蒸馏水混合制成悬浊液，将4~6份氨甲基化聚苯乙烯、5~8份氯乙酸和氢氧化钠溶液依次加入悬浊液中搅拌混合，在50~80℃温度下超声处理30~60min，过滤，水洗滤饼，将滤饼烘干处理得到改性膨润土。
2.根据权利要求1所述的复合污水处理药剂，其特征在于，所述絮凝剂中，聚丙烯酸钠、阳离子淀粉和聚合氯化铝的质量比为3~5:2~3:1。
3.根据权利要求1所述的复合污水处理药剂，其特征在于，所述步骤（2）中，氯化钠加入量为活化膨润土质量的10~15%，尿素加入量为活化膨润土质量的5~8%，蒸馏水的加入量为活化膨润土质量的40~50%。
4.根据权利要求1所述的复合污水处理药剂，其特征在于，所述步骤（2）中，微波辐射功率为500~700W。
5.根据权利要求1所述的复合污水处理药剂，其特征在于，所述步骤（3）中，悬浊液的固含量为8~12%。
6.根据权利要求1所述的复合污水处理药剂，其特征在于，所述步骤（3）中，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为10~15%，氢氧化钠溶液的添加量为10~20份。
7.根据权利要求1所述的复合污水处理药剂，其特征在于，所述步骤（3）中，烘干处理温度为60~80℃、烘干时间为12~24h。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的复合污水处理药剂在工业废水处理的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，复合污水处理药剂的投加量为4~6g/L，将复合污水处理药剂投入工业废水中，搅拌混合1~2h，静置1~3h，过滤去除沉淀物。
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