申请日2015.09.24
公开(公告)日2017.04.05
IPC分类号C02F1/00; C02F1/28; C02F1/52; C02F1/56
摘要
本发明提供了一种废水净化剂及其制备方法和应用，涉及污水处理领域。该废水净化剂包含有共混的凹凸棒土、含二氧化硅的无机填料及酸化的高价金属盐等。是经过将高价金属盐溶液酸化至pH为1～3后与其他组分均匀混合、干燥而得到。该废水净化剂集凝聚、吸附功能于一体，处理效果基本上不受水体环境、污染程度、废水种类等因素的影响，处理效果稳定，适用范围广，尤其适用于严重污染工业废水的初步净化处理。其制备方法及处理水的工艺简便易于操作，因而推广应用前景比较广阔。
权利要求书
1.一种废水净化剂及其制备方法和应用，其特征在于包含有共混的以下组分： A.粘土矿物 100重量份数 B.硅质助滤剂 20～200重量份数 C.高价金属盐 40～240重量份数 以上所述组分A的粘土矿物为凹凸棒土;组分B的硅质助滤剂为含有具有 微孔隙的二氧化硅的无机填料;所述组分C的高价金属盐经酸化至PH为1～3， 其金属离子价位不低于+2。
2.根据权利要求1所述的废水净化剂，其特征在于包含有共混的以下组分： A.粘土矿物 100重量份数 B.硅质助滤剂 30～180重量份数 C.高价金属盐 40～220重量份数。
3. 根据权利要求1～2之一所述的废水净化剂，其特征在于所述组分A，选自 以下组分中的至少一种：天然凹凸棒土、阳离子化凹凸棒土;所述阳离子化 凹凸棒土为含有阳离子表面活性剂的凹凸棒土。
4.根据权利要求3所述的废水净化剂，其特征在于所述阳离子表面活性剂为三 甲基十六烷基溴化铵，其中三甲基十六烷基溴化铵的含量为阳离子凹凸棒土 总重的4.3～6.0wt%。
5.根据权利要求1所述的废水净化剂，其特征在于所述组分A中含有阳离子化 凹凸棒土，组分A中的其它组分总和与阳离子化凹凸棒土的重量比为(0～ 1.8)∶1。
6.根据权利要求5所述的废水净化剂，其特征在于所述组分A中的其它组分总 和与阳离子化凹凸棒土的重量比为(0～0.75)∶1。
说明书
一种废水净化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种水处理剂，进一步地说，是涉及一种含有粘土矿物的废水净化剂及其制备方法和处理废水的应用。
背景技术
现代水处理工艺中，混凝—絮凝处理技术仍然是使用率最高、处理效果较 好的技术方案。该工艺的核心是通过无机盐(有天然或人工处理之分)与有机 高分子聚合物(人工合成或天然，目前基本为人工合成)协同作用，使污水中 各种细小的杂质或有毒溶解物质以吸附聚集长大的方式沉淀，从而易于以固液 分离或过滤技术实现其与水体的分离，达到水质的净化。一般情况下，这种方 案的有效率是比较高的，但如果遇到污染成份比较复杂、污染负荷比较大的污 水，这种工艺的实施将会遇到不少问题，主要有①由于理论上尚未搞明白的一 些物理化学或化学方面的原因，致使混凝—絮凝过程完成不好或无法完成，即 便勉强完成这一过程，亦无法进行有效的固液分离或过滤工艺;②絮凝-沉降过 程结束以后，矾花稳定性差，破碎以后会严重影响固液分离技术的实施;③处 理工艺措施掌握不合理时，如水力参数掌握不合适、处理剂添加顺序不合理、 处理剂添加量与水体要求差别比较大等等均有可能造成絮凝困难，使净化工作 失败，而且混凝—絮凝过程一旦失败，会导致废水无法再以常规的混凝—絮凝 工艺进行处理，只能考虑其它比较特殊的处理方案，造成经济以及处理时间的 极大浪费。此外，传统的混凝—絮凝工艺一般均要配备相应的固液分离或过滤 方案，以备对残渣进行脱水，对于残渣的物理性能有一定的要求，比如可剥离 性，即指残渣在完成脱水过程以后，是否能够比较容易的脱离机械表面(如压 滤机、离心机)或过滤介质表面，如果没有很好的可剥离性，将会极大的降低 固液分离机械的使用效率，严重影响净化工艺的完整性。
对于混凝—絮凝过程而言，工艺参数一般是经优化后配置好的，在水污染 程度大体不变的情况下，按照给定的参数运行即能够比较顺利的完成CEPT(化 学强化一级处理)工艺，但当水体污染负荷变大、污染物质种类增多时，会部 分或完全破坏这种运行的平衡，使得混凝—絮凝过程无法完成。在实际作业中， 遇到这种可能性的机会很大，因此，如何避免出现这种情况是CEPT工艺必须 解决的一个问题。
发明内容
根据这种现实的需求，本发明人经过长期研究提供了一种利用粘土矿物处 理废水的废水净化剂。这种处理剂能够在基本不受主观(运行参数)或客观因 素(水体污染情况)影响的前提下充分发挥作用，最大限度的达到净化目的。 由于该剂集混凝、吸附、脱色功能于一体，在已看到的国内外公开发表的技术 文献或论文中，尚未见到相关技术的报道。
本发明的目的是提供一种废水净化剂，其具有显著的除油脱色的效果，COD去除率最高可达98%。
本发明的另一个目的是提供所述废水净化剂的制备方法，该制备方法简单、成本较低，易于操作。
本发明的再一个目的是提供所述废水净化剂的应用。
本发明提供的废水净化剂，包含有共混的以下组分：
A.粘土矿物 100重量份数
B.硅质助滤剂 20～200重量份数
C.高价金属盐 40～240重量份数
以上所述组分A的粘土矿物为凹凸棒土，包括天然凹凸棒土和/或阳离子化 凹凸棒土。组分A中天然凹凸棒土和阳离子凹凸棒土可混合使用或单独使用。 优选为阳离子凹凸棒土或两者的混合物。在这种情况下。组分A中其它组分总 和与阳离子化凹凸棒土的重量比为(0～1.8)∶1，优选为(0～0.75)∶1。以 上所述阳离子化凹凸棒土优选为含有三甲基十六烷基溴化铵的凹凸棒土，其中 三甲基十六烷基溴化铵的含量为4.3～6.0wt%。
本发明废水净化剂的组分B中的硅质助滤剂，为含有具有微孔隙的二氧化 硅的无机填料。其用量以组分A为100重量份数计，优选为30～180份。
以上所述硅质助滤剂主要选自以下组分中的至少一种：硅酸盐、活性矾土。 优选二者的混合物，其中活性矾土为组分B总量的20～90wt%，更优选为活性 矾土为组分B总量的30～80wt%。
以上所述的硅酸盐，优先选用活化硅酸盐，即含铝的硅酸盐，其中Al3+与 二氧化硅的摩尔比为(0.5～1.1)∶1。
以上所述活性矾土为陶瓷粉和玻璃粉的混合物，其中陶瓷粉与玻璃粉的重 量比为(3～6)∶1。
本发明提供的废水净化剂中组分C的高价金属盐经酸化至PH为1～3，其 金属离子价位大于或等于2。其用量以组分A为100重量份数计，优选为40～ 220重量份数。
以上所述的组分C为含有高价铝离子、高价铁离子及高价镁离子的金属 盐。该高价金属盐优选为上述金属离子的硫酸盐、亚硫酸盐或氯化物，或所述 几种盐的两两混合或三者混合。其中以铝盐为100重量份数计，铁盐为5～35 份，优选为10～30份，镁盐为10～60份，优选为20～50份。
本发明的废水净化剂所述组分中还包含有以组分A为100重量份计，10～ 50重量份的助滤协同剂。助滤协同剂起到协助改善该组合物过滤效果的作用。 所述助滤协同剂选自以下物质中的至少一种：粉煤灰、炉渣、珍珠岩粉、火山 灰。其用量的优选为10～40重量份。
本发明的废水净化剂所述组分中还包含有以组分A为100重量份计，10～ 50重量份的净化促进剂。净化促进剂起到协助改善该组合物去除有机物及重金 属杂质效果的作用。净化促进剂选自以下物质中的至少一种：甲壳素、活性碳、 蛭石、无定型二氧化硅、雷脱土。其用量的优选为23～44重量份。
本发明提供的废水净化剂的制备方法，包括有以下步骤：
a.将以上所述的组分C的水溶液用酸调节PH为1～3;
b.将其它所述组分粉碎，然后同步骤a.得到的酸化溶液均匀混合;
c.将步骤b.得到的混合物干燥、粉碎，即得到所述废水净化剂。
上述步骤a.中的酸化步骤可选用现有技术中常用的酸化方法。其中所用的 酸为硫酸或盐酸。为使酸化充分，酸化时间最好为30～60min。
上述步骤c.中混合物的干燥方法可选用现有技术中常用的干燥方法。一般 采用加热干燥，干燥温度可为120～150℃。
本发明废水净化剂的制备方法步骤b中，将原料粉碎后同酸化盐溶液混合。 此处的粉碎是为了便于各组分在酸化的盐溶液中充分浸渍和均匀混合，因此粉 碎即可。对粉碎后颗粒的平均粒径不需作严格限定，一般为不小于200目，优 选为200～250目。本发明方法步骤c中将制得的混合物干燥后粉碎是为了便于 废水净化剂的包装运输和使用。因此，对混合物粉碎后颗粒的平均粒径也不需 作严格限定，但优选为一般为不小于200目，优选为200～250目。。
本发明制备方法中组分A中的阳离子化凹凸棒土为含有阳离子表面活性剂 的凹凸棒土。阳离子表面活性剂可进一步提高凹凸棒土对油污的吸附能力。所 述的阳离子表面活性剂优选为三甲基十六烷基溴化铵。其中三甲基十六烷基溴 化铵的含量为阳离子化凹凸棒土总重的4.3～6.0wt%。该阳离子凹凸棒土可采用 现有技术中的粘土矿物的有机化制备方法来制备。优先选用以下步骤制备：
a.钠化处理：将凹凸棒土粉碎，颗粒平均粒径优选为不小于150目。将其与 氯化钠(NaCl)溶液充分混合。NaCl与凹凸棒土的重量比优选为(2～5)∶1。 充分搅拌后进行固液分离，并将沉淀物清洗、干燥及粉碎;
b.电性改性处理：将上述钠化处理的凹凸棒土与氯化铝(AlCl3)溶液充分 混合。AlCl3与凹凸棒土的重量比优选为(0.9～1.2)∶1。充分搅拌后进行固液 分离，并将沉淀物清洗、干燥及粉碎。一般凹凸棒土颗粒表面为负电荷，经过 处理后其表面吸附上正电荷，别于吸附。
c.致孔处理：将纸屑与聚乙烯醇以重量比为(1.5～3.5)∶1的比例混合作 为致孔剂，加入步骤b中所得的凹凸棒土。致孔剂的添加量占总重的10～12wt %。充分混合均匀后，于300～400℃下焙烧致凹凸棒土发灰白即可，焙烧时间 优选为2～3小时。焙干后冷却粉碎。
d.阳离子化处理：将上述步骤c制得的凹凸棒土与浓度为8～13%的阳离子 表面活性剂溶液混合并充分搅拌进行吸附。之后将凹凸棒土清洗干燥、粉碎， 即得到所述的阳离子凹凸棒土。其中阳离子表面活性剂优选三甲基十六烷基溴 化铵。吸附优选在加热条件下进行，温度为80～90℃，时间不短于20小时。
本发明制备方法中组分B中的优选的活化硅酸盐为含铝的硅酸盐，其中Al3+与二氧化硅的摩尔比为(0.5～1.1)∶1。这种活化硅酸盐颗粒外表极不规则， 孔洞丰富，因而对各种微粒和基团具有很好的捕集效果。该活化硅酸盐可采用 以下步骤制备：
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为(0.5～1.1)∶1摩尔比将水玻璃与氢氧化铝 溶液充分混合均匀。
b.在上述混合物中滴加酸调解PH至3～5，并连续搅拌8～10小时。之后进 行固液分离。所述酸可用硫酸或盐酸。
c.并将步骤b得到的固相物于280～350℃下干燥2～3小时，之后冷却及粉 碎，得到所述的活化硅酸盐。
本发明的废水净化剂可用于废水净化，其步骤和操作非常简便：将废水的 PH调至5～8，将高分子助凝剂溶于其中。再将所述废水净化剂与溶有高分子助 凝剂的废水混合，混合均匀之后进行固液分离即可得到净化水。其中废水净化 剂的用量一般为10～60kg/m3，优选为15～50kg/m3水，高分子助凝剂的用量为 0.3～0.8kg/m3水。高分子助凝剂可选用水处理工艺中常用分子量为800～2000 万的高分子聚合物，如聚丙烯酰胺、丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物。
为了降低本发明废水净化剂的生产成本，同时减少残渣的排放数量，完成 处理废水后过滤工艺所产生的滤渣可以以下步骤回收和活化：
将收集的滤渣干燥后(水含量低于15%)以30～40%的硫酸溶液浸泡2～ 3h，之后过滤干燥，在420～500℃下焙烧1～2h，粉碎。
本发明的废水净化剂的特点：
1.凹凸棒土的内部结构具有丰富的孔隙，吸附力极强，能给本组合物带来极 强的除污脱色效果。所述阳离子化凹凸棒土由于将凹凸棒土吸附阳离子表面活 性剂，改善了其亲油性，更加强化了凹凸棒土对乳化油及悬浮分散的颗粒状油 的吸附能力，因此提高了除油污及各种有害杂质的能力，使其吸附能力提高2～ 3倍，且吸附可靠，不易脱附。
2.属于粘土矿物的凹凸棒土不仅具有孔隙，其其微观结构呈纳米的片层结 构。将其与酸化的高价金属盐配合，层间插入了高价金属离子，改变了其晶格 的微观结构，使粘土矿物对水体中有害物质的吸附由简单物理吸附为主转变为 物理、化学协同吸附，增加吸附容量，提高吸附效果。
3.硅质助滤剂即有增强吸附能力，又有多孔效应。此外由于其为非水敏性物 质，不会对粘土微观结构造成破坏。其可分布在插入高价金属离子的粘土片层 间，对相邻粘土的片层起支撑作用，使其蓬松，当废水净化剂完成混凝吸附后， 内部包裹的水易于脱离沉降物，提高自由水分离率。
4.酸化的高价金属盐配合也为凹凸棒土的晶格具有氢化效应，协同硅质助滤 剂的作用，使得本废水净化剂处理完废水后的残渣具有极好的可剥离性，为水 处理后续步骤中固液分离机械的使用提供有利条件。
5.净化促进剂的加入提高本组合物的重金属离子、有机物质及表面活性剂的 去除能力。
6.助滤协同剂的加入提高本组合物的过滤效率。
本发明的废水净化剂可以实现：①药剂的适用范围广，可以满足任何类型 的废水处理要求;②处理效果几乎不受废水污染程度、污染物种类等的影响; ③操作工艺简单，只需要一步即可完成混凝絮凝过程，并且完成絮凝以后的沉 淀物稳定，吸附物一般不会自行脱附;操作具有比较好的随意性，只要按设计 量加入即可获得满意的混凝—絮凝效果;④有利于过滤及固液分离过程的完 成，在进行这一工序时，水于混凝沉降物可以同时泵送，矾花是否完整不影响 最终的处理效果，被吸附物如重金属、油有机物等亦不会发生脱附;⑤完成处 理以后所形成的固相分离产物具有很低的自由水包裹率，即聚沉物中的水份能 够比较容易的与包裹物分离;⑥沉降物呈惰性，水中分散能力极低，在经过滤 后易于实现与过滤介质分离，即通常所说的“不糊筛”，水处理工程界指的“易 剥离性能”高，有利于固液分离或过滤机械的使用与维护;⑦脱色除油效率高， 可以作为污染程度极高(如色度高于3000、COD高于5000mg/l、重金属含量高 于100mg/l、油含量高于1000mg/l、含有表面活性剂、磷、有机杂质等)的高浓 度废水的处理剂使用，也尤其适用于重工业及大型厂矿企业排污的处理。
本发明废水净化剂的效果：
本发明的净化剂对水中有害物质具有良好的去除效果。室内评价时先后收 集了六种不同的废水，分别为①城市外排污水;②扒鸡生产废水;③造纸厂外 排污水;④采油产出废水;⑤纺织印染废水;⑥啤酒生产废水。六种废水经以 多功能废水净化剂进行处理以后，滤出水被检测的各项指标，均能达到国家一 级或二级排放标准，表明研制的多功能水处理剂对于各种废水均有比较可靠的 处理效果。其中色度比处理前降低最高可达99%，油类物质去除率最高可达 99.6%，COD去除率最高可达98%，重金属物质的去除率最高可达90%，水体 的透光率由0%提高到83～90%，LAS去除率最高可达99%，BOD5去除率达80～ 90%。
本发明的废水净化剂集凝聚、吸附功能于一体，处理效果基本上不受水体 环境、污染程度、废水种类等因素的影响，处理效果稳定，适用范围广，尤其 适用于严重污染工业废水的初步净化处理。其制备方法及处理水的工艺简便易 于操作，因而推广应用前景比较广阔。
