申请日2004.09.30
公开(公告)日2005.03.02
IPC分类号C02F1/28; C02F1/66; C02F1/52
摘要
复合天然微孔材料污水处理剂涉及一种对含有重金属离子和苯酚、胺等有机污染物污水的处理剂。本发明克服现有污水处理工艺中，材料及工艺的运营成本高、同种工艺对重金属离子和苯酚、胺等到多种污染物较难同时高效去除、易造成二次污染等特点。复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，包括重量百分比为50～70%的硅藻土，其粒度100nm～10μm;20～40%的沸石，其粒度40埃～1nm;0～15%的膨润土，其粒度10nm～50nm。本发明选取了廉价且具有良好吸附性能的不同孔径天然微孔材料，作为吸附剂载体，并对微孔材料改性，制备出适合多种污水水质的污水处理剂。该污水处理剂可适合现有的污水处理工艺，也可自成体系进行污水处理，自成体系处理污水效果更好。
权利要求书
1、复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，包括重量百分比为50～70%的硅藻土， 其粒度100nm～10μm;20～40%的沸石，其粒度40埃～1nm;0～15%的膨润土，其粒 度10nm～50nm。
2、根据权利要求1所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入 重量百分比为0.10～0.30%的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB);或者重量百分比为0.15～ 0.40%的四甲基溴化铵(TMAB)为或者CTAB和TMAB混合重量百分比为0.1～0.3%，二者比 例为CTAB∶TMAB=3∶2三种选择之一。
3、根据权利要求1所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入SDS (十六烷基磺酸钠)和PAC(碱式氯化铝)混合重量百分比为1.0～5.0%，二者比例为SDS∶ PAC=1∶4。
4、根据权利要求1所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入 PFC(碱式氯化铁)为1.0～3.0%或者PAM(聚丙酰胺)为.001～0.005%，其百分比为重量 百分比。
说明书
复合天然微孔材料污水处理剂
技术领域
本发明涉及一种对含有重金属离子和苯酚、胺等有机污染物污水的处理剂。
背景技术
工业废水及城市生活污水的排放，造成了较为严重的环境污染，污水的治理 已成为环境保护最重要的课题之一。现有的污水处理技术主要采用生物法、化 学处理法、物理处理法。其中物理、化学法污水处理技术，虽然投资小、占地少、 设备简单，但由于各种絮凝剂的添加，水层底部形成的浓液不能彻底分离取走， 形成大量的污泥，最终排放时仍造成二次污染。且絮凝剂在污水处理过程中，只 有絮凝作用，没有吸附作用，因此对有机物和氮的去除不理想。生物法(以活性 污泥法较为常见)工艺较成熟，去除污水中的有机污染物及营养物质氮、磷等效 果好，但COD去除率低、重金属离子去除效果差，且投资大、占地多、能耗高。 同样产生大量污泥难于处理，仍易产生二次污染问题。另外还有活性污泥法的变 种及改进方法，如普通曝气法、A-B法、A/O法、氧化沟法、SBR法等等，但建 设与运行费用均较高，且均不能一次性回收污染物，污水的处理效果不佳，并且 造成二次污染。造成上述缺点的主要原因，是现有的污水处理剂不能同时完成吸 附、絮凝和过滤作用，过滤作用主要靠机械作用来完成;另外，现有的污水处理 剂多为化工产品，材料比较昂贵，造成污水处理厂运营成本高，使得污水厂运营 困难，一些污水处理厂处于停止状态。行之有效的方法是寻找适合污水处理的新 型污水处理剂，这种污水处理剂，即可适应现有的污水处理工艺，又同时具备吸 附、絮凝和过滤多重功能，并且应廉价易得。
本发明的目的在于提供一种具备吸附、絮凝、沉降、过滤多重功能的新型污 水处理剂及其复合改性方法。这种污水处理剂是由天然微孔材料复合而成，材料 来源广泛，成本低廉;可同时吸附有机污染物和金属离子;可适合现有的污水处 理工艺，也可自成体系进行污水处理;因材料本身具有良好的过滤功能，污染物 可压滤成饼，避免了产生大量污泥造成的二次污染。
发明内容
本发明针对现有污水处理工艺中，材料及工艺的运营成本高、同种工艺对重 金属离子和苯酚、胺等到多种污染物较难同时高效去除、易造成二次污染等特点， 选取了廉价且具有良好吸附性能的不同孔径天然微孔材料，作为吸附剂载体，并 对微孔材料改性，制备出适合多种污水水质的污水处理剂，该污水处理剂可适合 现有的污水处理工艺，也可自成体系进行污水处理，自成体系处理污水效果更好。
复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，包括重量百分比为50～70% 的硅藻土，其粒度100nm～10μm;20～40%的沸石，其粒度40埃～1nm;0～ 15%的膨润土，其粒度10nm～50nm。
所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入重量百分比 为0.10～0.30%的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB);或者重量百分比为0.15～ 0.40%的四甲基溴化铵(TMAB)为或者CTAB和TMAB混合重量百分比为0.1～0.3%， 二者比例为CTAB∶TMAB=3∶2三种选择之一。
所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入SDS(十六 烷基磺酸钠)和PAC(碱式氯化铝)混合重量百分比为1.0～5.0%，二者比例为 SDS∶PAC=1∶4。
所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入PFC(碱式 氯化铁)为1.0～3.0%或者PAM(聚丙酰胺)为.001～0.005%，其百分比为重量 百分比。
本发明根据上述三种天然微孔材料的特点(孔径及比表面积)来确定污水处 理剂的组成，硅藻土微孔的孔径范围为100nm～10μm、比表面积为40～70m2/g， 对小粒子的金属离子吸附性差，选择性吸附及各种污水水质的适应性较低，但过 滤性能良好;膨润土(主要成份为蒙脱石)孔径范围为10nm～50nm，比表面积 为100～180m2/g，处理细粒污染物较好，对金属离子及CN-吸附效果好，但有 一定的粘性，过滤性较差;沸石孔径范围为40埃～1nm，比表面积为200～450 m2/g，对重金属离子的选择性吸附及细菌的承载能力较强，比重较大。
对达到一定纯度的天然微孔材料，根据污水特性进行相应的改性与复合。
改性的目的，在于改善硅藻土孔内及表面的负电性;增加沸石、蒙脱石离子 交换能力。
针对有机物含量较多的污水，进行CTMAB、TMAB改性。改性剂的组成含量， 以天然微孔材料(三种微孔材料的复合)为100%计，其中CTAB为0.10～0.30%; 或TMAB为0.15～0.40%;或二者组合，CTAB和TMAB混合总重量为0.1～0.3%， 二者比例为CTAB∶TMAB=3∶2。
针对重金属离子较多的污水，进行SDS+PAC改性复合，改性剂的组成含量， 以天然微孔材料(两种或三种微孔材料的复合)为100%计，其中SDS和PAC总 量为1.0～5.0%，二者比例为SDS∶PAC=1∶4。
针对高悬浮物污水进行PFC+PAM复合改性，改性剂的组成含量，以天然微孔 材料(两种或三种微孔材料的复合)为100%计，其中PFC为1.0～3.0%，PAM 为0.001～0.005%。
针对处理含有多种污染物的污水，对具有不同孔径的硅藻土和沸石组成比 例，作适当调整，其原则为离子性污染物多，沸石比例增高，污染物颗粒大硅藻 土用量增大。
提供的复合天然微孔材料污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将重量百分比为50～70%硅藻土，20～40%的沸石，0～15%的膨 润土，置于高速捏合机中，进行搅拌10～15分钟，其间加热至90～120℃;
(2)按上述的复合天然微孔材料污水处理剂配制改性剂;
(3)将配制好的改性剂加入到高速捏合机中，继续加热搅拌15～20分钟， 其中CTAB、TMAB采用乙醇稀释;SDS用乙醇配制重量百分比浓度为40～45% 的溶液;PAC、PFC、PAM采用干粉直接加入。
采用该污水处理剂处理污水的原理
天然微孔材料污水处理剂，经加水预先搅拌后，加入到污水池中，在高速搅 拌或吸污水的泵机叶片旋转下，分散于水体中，微孔污水处理剂表面的不平衡电 位中和悬浮离子的带电性，使其相斥电位受到减弱，而与污水处理剂形成絮团或 凝聚成大的絮花，由于材料巨大的比表面积、孔体积及较强的吸附力，能将污水 中的微细物质吸附到微孔材料表面及孔隙内部。絮团颗粒借重力沉降作用迅速沉 淀至池底，并与处理后的清洁水体分离，沉渣成饼状袋装取走。处理污水后获得 的沉渣，可再利用或回收其中的微孔材料。
其基本作用为中和、絮凝、吸附、过滤等。
(1)中和作用 改性的天然微孔材料污水处理剂表面带有不平衡电位，在污水 中能与带电污染物中和，打破原来的平衡电场，减弱带电污染物间的斥力，促使 水中的带电污染物沉降聚拢，并附在微孔材料表面，借助重力沉降，与水体分离。
(2)絮凝作用 根据水质不同配制的天然微孔材料污水处理絮凝剂，在污水水 体中能够较迅速地捕获污染物，以高效活性天然微孔污水处理剂为核心，形成牢 固的絮凝团，借助高效活性天然微孔污水处理剂较大的比重沉降，与水体分离。
(3)吸附作用 高效活性天然微孔污水处理剂的纳米微孔结构，具有卓越的吸 附能力，能把水体中的絮凝团、菌类、病毒和细微颗粒吸附到硅藻精土表面，形 成较大的链式或团式结构，借助重力沉降分离。
(4)过滤作用 高效活性天然微孔污水处理剂在特定的装置设备中能形成一 定厚度的渣层，污水必须经过该渣层才能排出，如同过滤啤酒一样，使污水中大 的病毒、菌类、絮凝团、颗粒在此过程中被截获，随渣排出。
本发明的污水处理剂是由天然微孔材料进行加工研制的，材料廉价，污水处 理运营成本低;天然微孔材料对水质具有良好的渗透性，污泥可压滤成饼，避免 污泥的二次污染;不同孔径的天然微孔材料的组合对细菌、真菌、原生物等污染 物的富聚作用，使污水处理剂在起过滤、絮凝作用的同时，可作为消化细菌等微 生物的载体。对于处理难降解、难生化、含抗生素的污水治理效果显著。
具体实施方式
实施例1：称取2400g硅藻精土、1120g沸石(A型)、480g膨润精土，放 入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续 搅拌5分钟。分别称取6g和4g的CTAB和TMAB，倒入200ml烧杯中，加入无水 乙醇20ml，溶解搅拌均匀后，加入到GRH-15高速捏合机中，再加热10分钟， 取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之一。
对含有苯酚、胺等为主的污水进行吸附处理，其中苯酚、胺的浓度均为 50mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8%。污水处理剂与污水搅拌分散作 用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为7-8，沉降过滤，分析上清液中苯酚、 胺的含量。其中苯酚的去除率均为92%;胺去除率均为83%。
实施例2：称取2000g硅藻精土、1400g沸石(A型)、600g膨润精土，放 入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续 搅拌5分钟。分别称取6g和4g的CTAB和TMAB，倒入200ml烧杯中，加入无水 乙醇20ml，溶解搅拌均匀后，加入到GRH-15高速捏合机中，再加热10分钟， 取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之二。
对含有苯酚、胺等为主的污水进行吸附处理，其中苯酚、胺的浓度均为 50mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8%。污水处理剂与污水搅拌分散作 用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为7-8，沉降过滤，分析上清液中苯酚、 胺的含量。其中苯酚的去除率均为90%;胺去除率均为85%。
实施例3：称取2000g硅藻精土、1400g沸石(A型)、600g膨润精土，放 入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续 搅拌5分钟。称取40g SDS倒入200ml烧杯中，加入无水乙醇80ml，溶解搅拌 均匀后，加入到GRH-15高速捏合机中，再称取160g PAC，加入到GRH-15高速 捏合机中，再搅拌10分钟后，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之三。
对含有苯酚、胺等为主的污水进行吸附处理，其中苯酚、胺的浓度均为 50mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8%。污水处理剂与污水搅拌分散作 用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为7-8，沉降过滤，分析上清液中苯酚、 胺的含量。其中苯酚的去除率均为89%;胺去除率均为82%。
实施例4：称取2400g硅藻精土、1600g沸石(A型)，放入GRH-15高速 捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续搅拌5分钟。称 取40g SDS倒入200ml烧杯中，加入无水乙醇80ml，溶解搅拌均匀后，加入到 GRH-15高速捏合机中，再称取160g PAC，加入到GRH-15高速捏合机中，再搅拌 10分钟后，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之四。
对含有重金属离子Pb2+、Cd2+、Zn2+和Cr3+等的污水进行吸附处理，其 中重金属离子浓度均为20mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8%。污水处 理剂与污水搅拌分散作用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为8-9，沉降过 滤，分析上清液中重金属离子含量。其中Pb2+、Cd2+P的去除率均为90%;Zn2+ 的去除率均为93%;Cr3+的去除率均为86%。
实施例5：称取2800g硅藻精土、1200g沸石(A型)，放入GRH-15高速 捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续搅拌5分钟。分 别称取80g的PFC和为2.0g PAM，加入到GRH-15高速捏合机中，再加热10分 钟，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之五。
对污水沟的生活污水进行处理。污水的主要成份：COD为586mg/l、BOD 为254.43mg/l、SS为960mg/l、TN为43.60mg/l、TP为9.58mg/l;处理过程同实 施2，氢氧化钠调节pH为7-8.5。其中COD去除率95.4%;BOD的去除率 92.6%;SS的去除率为100%;TN的去除率78.7%;TP的去除率90.8%。
