CN100544817C - 除去悬浮物、氮、磷及恶臭的水处理剂制法和水处理剂 - Google Patents

除去悬浮物、氮、磷及恶臭的水处理剂制法和水处理剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水处理剂，尤其是涉及利用天然矿物的、既能除去悬浮物、氮、磷及恶臭又能使二次污染及泥浆悬浮最小化的粉末及液状水处理剂。本发明的具有除去悬浮物、氮、磷及恶臭作用的液状水处理剂制造方法，包括以下七个阶段，对麦黄土、方解石、蛤壳、石灰石、长石质过滤砂、沸石、锗、褐帘石和火岩石进行粉碎并研磨从而形成微小粉末；在上述粉末中依次添加总粉末0.1～5wt%的K2SiF6、总粉末10～15wt%的CaCl2和BaCl2；在加热炉中在600℃条件下煅烧5小时；在60℃的条件下利用柠檬酸对已煅烧的粉末进行2小时酸处理；将经酸处理的粉末研磨成微小粉末；从已研磨的粉末中利用旋流器筛选出10μm以下粉末；将已筛选的粉末添加到去离子水中进行高速旋转搅拌。

Description

除去悬浮物、氮、磷及恶臭的水处理剂制法和水处理剂
技术领域
本发明涉及水处理剂，尤其是涉及一种利用天然矿物的、既能除去悬浮物、氮、磷及恶臭又能使二次污染及泥浆悬浮最小化的粉末及液状水处理剂。
背景技术
随着人口增加、产业发展及生活水平的提高，生活污水、产业废水、家蓄废水等各种废水的产量急剧增加。这种废水流入到河流中，不仅再也不能用河水来作各种用水，而且被污染的水质会给生物栖息造成严重破坏。
近来小型村庄下水道净化问题作为一个社会问题颇受关注。村庄下水道是堤外地上没有空地的水路型河川区间，是在大部分小河川中能看到的形态。这种结构下无法设置污水分离设施或截流设备于堤外地，通常将它作为如同下水道的排水路来使用，从而水质污染加以恶化。
这种水质污染的主因有：从家庭及建筑物排出的生活下水、粪尿；从工厂及事业单位排出的产业废水；从畜产设施排出的畜产废水、家蓄粪尿；降雨时从农耕地、森林排出的水；从野营地、钓鱼场、娱乐场等水上设施物排出的油、污水、食物残留物、各种垃圾；从农家或高尔夫场排出的农药、肥料等。
尤其是这种废水中含有的大量悬浮物、氮、磷等有机物质是促进藻类的繁殖和成长、促进河流或湖水的富营养化、产生恶臭等的破坏生态系的主因。而这种被破坏的生态系几乎无法恢复，或者其恢复需要投入大量的时间和费用，因此有必要事前除去这种污染的主因。
但是目前，处理已污染的水时，必须具备除去悬浮物、氮、磷和恶臭的各种设施，由此造成的设备大型化，会产生大量的建设费用、土地买入费等投资费用和运转费用。
此外，以往技术由于添加化学药品，从而导致二次污染。为除去二次污染源，下水处理从业者需要进行事后处理，这样在经济上形成了较大的负担。而且由于产生大量的淤泥，需要花费过多的处理费用，并需要分离微絮凝体。另外，利用微生物的方法存在非经济性、非效率性等问题，也受外部条件的影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于：提供一种粉末及液状水处理剂的制造方法及由此生产的水处理剂，从而实现能够同时除去悬浮物、氮、磷和恶臭而提高水处理效果，并使淤泥悬浮量最小化。
本发明的具有除去悬浮物、氮、磷及恶臭作用的粉末水处理剂制造方法，其特征在于：包括以下五个阶段，对麦黄土、方解石、蛤壳、石灰石、长石质过滤砂、沸石、锗、褐帘石和火岩石进行粉碎并研磨从而形成微小粉末的阶段；在上述粉末中依次添加总粉末0.1～5wt％的K2SiF6、总粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的阶段；在加热炉中在600℃条件下煅烧5小时的阶段；在60℃的条件下利用柠檬酸对已煅烧的粉末进行2小时酸处理的阶段；将经酸处理的粉末研磨成微小粉末的阶段。
本发明的另一特征在于：上述矿物的混合比率为麦黄土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤壳9-11wt％、石灰石9-11wt％、长石质过滤砂17-23wt％、沸石9-11wt％、锗6-8wt％、褐帘石6-8wt％、火岩石5-7wt％。
本发明的另一特征在于：上述粉末水处理剂的组成成分为SiO2占重量的45～55％，CaCO3占重量的15～25％，Al2O3占重量的15～25％，MgO占重量的0.01～5％，Fe2O3占重量的0.01～4％。
本发明的具有除去悬浮物、氮、磷及恶臭作用的液状水处理剂制造方法，其特征在于：包括以下七个阶段，对麦黄土、方解石、蛤壳、石灰石、长石质过滤砂、沸石、锗、褐帘石和火岩石进行粉碎并研磨从而形成微小粉末的阶段；在上述粉末中依次添加总粉末0.1～5wt％的K2SiF6、总粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的阶段；在加热炉中在600℃条件下煅烧5小时的阶段；在60℃的条件下利用柠檬酸对已煅烧的粉末进行2小时酸处理的阶段；将经酸处理的粉末研磨成微小粉末的阶段；从已研磨的粉末中利用旋流器筛选出10μm以下粉末的阶段；将已筛选的粉末添加到去离子水中进行高速旋转搅拌的阶段。
本发明的另一特征在于：上述矿物的混合比率为麦黄土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤壳9-11wt％、石灰石9-11wt％、长石质过滤砂17-23wt％、沸石9-11wt％、锗6-8wt％、褐帘石6-8wt％、火岩石5-7wt％。
附图说明
图1为本发明的粉末水处理剂粒子的粒度分布图；
图2为本发明的粉末水处理剂粒子的SEM图片；
图3为本发明的粉末水处理剂粒子的动电势测定曲线。
具体实施方式
下面对本发明的粉末及液状水处理剂的制造方法进行详细说明。
首先，对麦黄土、方解石、蛤壳、石灰石、长石质过滤砂、沸石、锗、褐帘石和火岩石进行粉碎并研磨从而形成微小粉末。在此过程中，采用矿石进行粉碎，并利用锆球磨机将粉碎的矿物研磨成数百nm至数十μm。
考虑到经济性、原材料供需问题、悬浮物、氮、磷、恶臭的同时除去效果以及大量试验结果中得出的水处理效果，各矿物的混合比率优选是麦黄土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤壳9-11wt％、石灰石9-11wt％、长石质过滤砂17-23wt％、沸石9-11wt％、锗6-8wt％、褐帘石6-8wt％、火岩石5-7wt％。麦饭石含量如超过23wt％，其粘度增加而难以在污染的水中进行分散。但如果未达到17wt％，就会出现凝结效果不理想的问题。蛤壳及石灰石用于调整pH值，如果其量过多，pH值过高，而其量过小，pH值过低。如果添加的钾、方解石、沸石、锗、褐帘石和火岩石的量过少，则没有对悬浮物、氮、磷、恶臭的除去效果，而如果添加的量过多，则只能除去部分悬浮物、氮、磷和恶臭。
其次，依次向上述粉末中添加K2SiF6、CaCl2、BaCl2。通常，使制剂的比表面积极大化的煅烧温度是1,200℃，但这种熔炉不常见，对费用或能源方面也存在不利的因素。为克服这种问题，添加K2SiF6作为熔剂，这样能在较低的温度下进行煅烧。添加的量优选是总粉末重量的0.1-5％。如果其量不足0.1％，就没有作为熔剂的效果，但如果超过5％，就不存在经济性。粉末在污染的水中分散时，为得到较好的分散效果，添加总粉末重量10-15％的CaCl2、BaCl2，从而使粉末粒子之间的排斥力极大化，防止粉末粒子在液体状态下聚集。如果添加的量为10％以下，就会出现粒子间凝结而沉淀的现象，如果超过15％，相对于其费用，效果的提高不明显。
然后，在加热炉中在600℃条件下进行5小时的煅烧。待煅烧完成后用柠檬酸(C6H8O7)在60℃下进行2小时的酸处理，之后将其用蒸馏水洗涤并进行干燥。通过煅烧工序，粒子的比表面积得到极大化，而且由于添加熔剂而降低了煅烧温度，至少以600℃的温度煅烧5小时也可达到预期的目的。进行酸处理的目的在于使煅烧后粗糙的粒子表面变得光滑，从而防止粒子间物理化学性能下降，并能除去部分工序进行过程中可能流入的有机物。利用例如柠檬酸等的一般弱酸是适合的，试验结果表明，在60℃下进行2小时的酸处理后与水搅拌，这时在电导性上显示出最佳的效率。
利用空气喷射研磨方法对干燥的粉末进行研磨使其形成微小粉末，就可形成本发明的粉末水处理剂。图1为粉末水处理剂的粒子分布图，从图中可以看出它由非常微小的粒子组成。图2为粉末水处理剂的SEM图片，从图片上可以知道粉末具有六角结构的形态，它们具有负电荷因而拉力强大，从而起到淤泥的安全化和抑制淤泥悬浮的作用。
这种粉末水处理剂的组成成分为SiO2占重量的45～55％、CaCO3占重量的15～25％、Al2O3占重量的15～25％、MgO占重量的0.01～5％、Fe2O3占重量的0.01～4％。
另外，为制造液状水处理剂，在上述酸处理之后，用空气喷射研磨的方法将干燥的粉末研磨为10μm以下的微小粉末。通过煅烧加工，粒子的比表面积得到极大化，从而具有良好的吸附能力，并通过空气喷射研磨，粉末形成10μm以下的小粒子，使水中接触面积极大化。
利用旋流器从研磨的粉末中筛选出10μm以下的小粒子。能够确保制剂的分散稳定性的最佳粒度(理论值)为0.12μm以上，但是试验结果中得出数μm至10μm以下也可确保分散稳定性。因此只使用10μm以下的粒子来制作液状水处理剂，而10μm以上的粒子则重新进行粉碎。
最后，将已研磨的微小粉末放入到去离子水中，以300RPM以上的速度高速进行搅拌形成液状水处理剂。去离子水的量是已研磨的微小粉末能够充分溶解的程度，根据污水、废水的污染程度可调整其浓度。通常，1吨去离子水中放入约10kg左右的粉末为宜。
本发明水处理剂的水处理作用是，本发明利用氨水脱气法除去氮。氨水脱气法的原理是，当NH4 +离子和NH3的平衡方程式(方程式1)中pH值增加到7以上时，其平衡移向左侧，从而NH4 +离子转化为NH3，这时搅动废水使其向大气中脱气，以此提高pH值，石灰石及蛤壳起到这样的作用。
【方程式1】
Figure C20071008951200081
本发明水处理剂中所含的丰富的铝、铁、钙和镁的成分得到离子化而转化为铝盐(Al3+)、铁盐(Fe3+)、钙盐(Ca2+)、镁盐(Mg2+)。通过这种金属离子，磷酸盐以Al(PO4)、Fe(PO4)、Ca3(PO4)2的形态得到沉淀并除去，有机物粒子形态的有机膦也可得到凝结，各凝结剂的反应式如下。
【方程式2】
Al3++PO4 3-→Al(PO4)
【方程式3】
Fe3++PO4 3-→Fe(PO4)
【方程式4】
3Ca2++2PO4 3-→Ca3(PO4)2
凝结反应是通过物理移动和化学吸附等这两个连续的动力学过程中产生的现象。物理移动是将某一胶体粒子的表面移动到其他胶体粒子的表面上，通过Brown运动、溶液的剪切力、重力等作用发生。
两个粒子之间的作用力与粒子之间的距离为成反比的函数关系，根据物理移动所形成的新力量的平衡，产生两个粒子得到凝结的化学吸附反应。
这种物理移动和化学吸附反应由于在水中形成，粉末的粒子上就会产生胶体性悬浮物、富营养化物质及藻类的凝结反应。
本发明的粉末水处理剂通过天然原料的粉碎与煅烧，具有微孔，从而将胶体性悬浮物吸附除去。
此外，本发明的水处理剂中还含有一部分TiO2，这种TiO2作为光催化剂，得到阳光或荧光灯的照射之后呈现强大的脱臭功能，能够除去氨、甲醛、氢化硫等引发恶臭的主因物质。
与现有的天然沸石相比较，本发明的水处理剂降低了SiO2含量，从而降低了盐的置换用量，并添加蛤壳提高碱性，从而使粒子表面的总电荷从0电荷转变为约pH 2，在较宽的pH范围内阳离子交换能力良好。(参照图3)
实施例
分别采用麦黄土3.6kg、方解石1.8kg、蛤壳1.8kg、石灰石1.8kg、长石质过滤砂3.6kg、沸石1.8kg、锗1.26kg、褐帘石1.26kg、火岩石1.08kg，进行粉碎，再利用锆球磨机研磨成数百nm至数十μm。在此添加K2SiF60.54kg，再放入CaCl2和BaCl21.9kg。之后在加热炉中在600℃条件下进行5小时的煅烧，用柠檬酸在60℃条件下进行2小时的酸处理后将其用蒸馏水洗涤并进行干燥，然后对其进行空气喷射研磨形成粉末水处理剂。而且将研磨过的微小粒子添加到去离子水中，以300RPM的速度进行搅拌获得液状水处理剂。
利用由此形成的粉末及液状水处理剂进行试验可得出以下的试验结果。
分别采用1L污水，分别放入1mg的粉末及液状水处理剂，10分钟后进行试验的结果。
【表1】
试验项目 处理前   粉末水处理剂处理后   液状水处理剂处理后
  COD   102.8   67.5   62.9
  BOD5   337.5   71.8   67.8
  T-N   129.13   106.65   84.17
  T-P   11.00   4.57   2.66
  Fe   1.22   1.30   1.86
  Mn   0.06   0.06   0.02
  Zn   0.26   0.50   0.93
  Cu   0.14   0.14   0.13
(注)根据水质污染工程试验法进行试验得到的结果。
从上述结果中可以看出，使用粉末及液状水处理剂均能改善水质。尤其是液状水处理剂的效果特别显著。
而且当使用本发明的粉末及液状水处理剂时，附带有脱臭作用，其试验结果如图2所示。
【表2】
Figure C20071008951200101
(注)1.空白：不放试料的状态下进行测定。
2.试验方法：KIFA-FI-1004
从结果中可以看出除去恶臭的效果也相当不错。
而且当使用本发明的粉末水处理剂时附带有静菌作用，其试验结果如表3所示。
【表3】
Figure C20071008951200111
(注)1.空白：不放试料的状态下进行测定
2.试验方法：KIFA-FI-1002
使用本发明的水处理剂，不仅能够同时除去悬浮物、氮、磷及恶臭，而且利用天然矿物使二次污染最小化，并能凝结污染物质使其沉淀，从而最大限度地抑制淤泥的悬浮。

Claims (7)

1.一种用于除去悬浮物、氮、磷及恶臭的粉末水处理剂制造方法，其特征在于：包括以下五个阶段，对麦黄土、方解石、蛤壳、石灰石、长石质过滤砂、沸石、锗、褐帘石和火岩石进行粉碎并研磨从而形成微小粉末的阶段；在上述粉末中依次添加总粉末0.1～5wt％的K2SiF6、总粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的阶段；在加热炉中在600℃条件下煅烧5小时的阶段；在60℃的条件下利用柠檬酸对已煅烧的粉末进行2小时酸处理的阶段；将经酸处理的粉末研磨成微小粉末的阶段。
2.根据权利要求1所述的用于除去悬浮物、氮、磷及恶臭的粉末水处理剂制造方法，其特征在于：上述矿物的混合比率为麦黄土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤壳9-11wt％、石灰石9-11wt％、长石质过滤砂17-23wt％、沸石9-11wt％、锗6-8wt％、褐帘石6-8wt％、火岩石5-7wt％。
3.一种根据权利要求1或2所述方法制造的用于除去悬浮物、氮、磷及恶臭的粉末水处理剂。
4.根据权利要求3所述的用于除去悬浮物、氮、磷及恶臭的粉末水处理剂，其特征在于：上述粉末水处理剂的组成成分为SiO2占重量的45～55％，CaCO3占重量的15～25％，Al2O3占重量的15～25％，MgO占重量的0.01～5％，Fe2O3占重量的0.01～4％。
5.一种用于除去悬浮物、氮、磷及恶臭作用的液状水处理剂制造方法，其特征在于：包括以下七个阶段，对麦黄土、方解石、蛤壳、石灰石、长石质过滤砂、沸石、锗、褐帘石和火岩石进行粉碎并研磨从而形成微小粉末的阶段；在上述粉末中依次添加总粉末0.1～5wt％的K2SiF6、总粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的阶段；在加热炉中在600℃条件下煅烧5小时的阶段；在60℃的条件下利用柠檬酸对已煅烧的粉末进行2小时酸处理的阶段；将经酸处理的粉末研磨成微小粉末的阶段；从已研磨的粉末中利用旋流器筛选出10μm以下粉末的阶段；将已筛选的粉末添加到去离子水中进行高速旋转搅拌的阶段。
6.根据权利要求5所述的用于除去悬浮物、氮、磷及恶臭的液状水处理剂制造方法，其特征在于：上述矿物的混合比率为麦黄土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤壳9-11wt％、石灰石9-11wt％、长石质过滤砂17-23wt％、沸石9-11wt％、锗6-8wt％、褐帘石6-8wt％、火岩石5-7wt％。
7.一种根据权利要求6或7所述方法制造的用于除去悬浮物、氮、磷及恶臭的液状水处理剂。
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