CN101239748A - 一种粉煤灰激活化学合成技术并应用这种物质复配快速絮凝剂及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新技术，它可将粉煤灰化学合成为激活物，并将该激活物复配成絮凝剂组合物。该技术利用废弃物并将其应用于污水处理和土壤改良，具有广泛的用途，有利于循环经济。它可瞬间高效地使污水的浊度降低到自来水或可排放水的水平和标准，没有二次污染，而且对人体和环境有益。组合物特殊的微孔球型结构和特殊合成技术，在泥水体系中能提供较大比表面积和空隙率，具有很强的附着力和防湿能力，能提供非常有效的多功能媒介载体，充分增加依附物质的接触面。若配合独特的污水脱泥处理设备，便可使污泥和水实现彻底分离，其干燥功能还使污泥变成干泥，作为肥料和回填土，充分利用资源。

Description

一种粉煤灰激活化学合成技术并应用这种物质复配快速絮凝剂及其用途

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及新型絮凝剂及其制备方法和用途。

背景技术

世界卫生组织调查指出，人类疾病80％与水污染有关，据统计，每年世界上有2500万名以上的儿童因饮用被污染的水而死亡。2005年3月底，我国政府通过《中国日报》正式发出了水资源污染的警告。政府官员也首次表态称，预计3.6亿中国民众缺乏安全的饮用水。另外，官方也承认全中国有70％的河流湖泊受到了污染。“水污染”已经成为中国最主要的水环境问题。

絮凝法已成为现代水处理的重要方法之一，它已广泛用于地表水的处理和工业废水的处理。传统的絮凝剂主要有聚合硫酸铝，聚合硫酸铁，硫酸亚铁，氯化铁，硫酸铝氨，聚合氯化铝，聚硅酸盐，聚丙烯酰胺，甲壳素，纤维素，木质素，微生物絮凝剂等。

其中无机絮凝剂主要是铝和铁的盐和聚合盐，这类絮凝剂的缺点是只能处理某一类情况较简单的水质，而且处理时间长、用量大、处理过程复杂；成本相对较高，处理不干净不彻底，而且铝盐目前认为是对环境有危害的物质。

有机絮凝剂除了价格昂贵外，还存在处理不彻底，处理时间长，配套设备较复杂，及二次污染和排放的问题。

天然提纯物的絮凝剂价格昂贵，成本高，而且处理效果差。

因此，本领域迫切需要提供一种新的絮凝剂，它能方便、有效地处理各种水质，而且对环境无害。

发明内容

本发明旨在提供一种絮凝剂组合物及其制备方法和用途。

本发明提供了一种利用微光波技术将粉煤灰激活和化学活化的全新技术，其中采用运用超传导高磁场，使用电磁波和超声波频率300MHz-300GHz，波长1m-0.1mm共同作用于粉煤灰表面，于常压下，碱的浓度3-6N(如4.5N)，反应温度150-185℃，反应时间3-9小时(如6±2小时)，从而使失去化学活性的惰性粉煤灰激活生成有活性的新的富有活性的物质-粉煤灰激活物从而获得粉煤灰激活物。

在另一优选例中，所述的生产过程是连续化生产的。

在另一优选例中，所述的技术还包括用真空挤压方式对粉煤灰激活物进行固液分离，即提高了分离效率也提高了分离的收率，而且避免大量灰尘产生，优化了生产环境。

本发明提供了一种用上述的技术生产出的粉煤灰激活物。

本发明提供了上述粉煤灰激活物的用途，所述的粉煤灰激活物被应用于污水处理或土壤改良。

本发明提供了一种絮凝剂，它含有上述的粉煤灰激活物。

本发明提供了一种快速絮凝剂组合物，它含有：

a.50-90重量份的粉煤灰；

b.1-10重量份的活性白土；

c.2-20重量份的平均粒径为2.5-10ppm的矿物质；

d.5-30重量份的碳酸钙或硫酸钙；

e.1-20重量份的复合硅酸盐；

且所述的组份a+b+c+d+e的量占组合物总量的70-99％。

在另一优选例中，所述的快速絮凝剂组合物含有：

a.60-80重量份的粉煤灰；

b.2-5重量份的活性白土；

c.5-15重量份的平均粒径为2.5-5ppm的矿物质；

d.10-20重量份的碳酸钙或硫酸钙；

e.2-6重量份的复合硅酸盐；

且其絮凝活性为使污水中的生化需氧量(BOD)除去率为70-99％、化学需氧量(COD)除去率为75-99％或固体悬浮物(SS)的除去率为75-99％。

在另一优选例中，所述的BOD除去率为90-95％、COD除去率为89-93％或SS的除去率为92-95％。

在另一优选例中，所述组合物的比表面积为5000-10000cm2/g，孔隙率为70-98％。

在另一优选例中，所述组合物的比表面积为7000-9000cm²/g，孔隙率为88-97％。

本发明还提供了上述快速絮凝剂组合物的制备方法，它包括步骤：

(i)将a.50-90重量份的粉煤灰；b.1-8重量份的活性白土；c.2-20重量份的平均粒径为2.5-10ppm的矿物质；d.5-30重量份的碳酸钙或硫酸钙；和e.1-10重量份的复合硅酸盐混合，得到如上述的组合物。

在另一优选例中，在步骤(i)前还包括步骤：

(i′)将粉煤灰表面的惰性物质除去，得到活性粉煤灰。

在另一优选例中，在步骤(i)前还包括步骤：

(i″)将矿山废弃物经筛分得到平均粒径为2.5-10ppm的矿物质。

本发明提供了上述快速絮凝剂组合物的用途，它用作絮凝剂、土壤改良剂或水泥添加剂。

在另一优选例中，所述的絮凝剂可用于除臭或吸附。

在另一优选例中，所述的组合物可用于河道治理，进水和工业循环水处理，工业和城市污水处理，国家大中型水利工程建设，农田水利建设，各种建筑工地的泥浆水处理和回收泥土，隧道和地下井的挖掘建设，地铁地下工程的处理淤泥水，防洪治沙，防止水土流失，土壤改良和平衡土壤结构，除臭除异味，油脂净化与回收，或水泥和泥砖的添加剂。

本发明提供了一种水絮凝的方法，它的特点是澄清迅速，比传统的絮凝剂快10倍以上，一般在15-60秒即可迅速澄清，而普通的絮凝剂需要5-10分钟以上，而且使用量比普通的絮凝剂要少，在污水中加入0.2-3％上述的快速絮凝剂组合物。

在另一优选例中，所述的水絮凝方法是在污水中加入0.2-3％的快速絮凝剂组合物，它含有：

a.50-90重量份的粉煤灰；

b.1-10重量份的活性白土；

c.2-20重量份的平均粒径为2.5-10ppm的矿物质；

d.5-30重量份的碳酸钙或硫酸钙；

e.1-20重量份的复合硅酸盐；

且所述的组份a+b+c+d+e的量占组合物总量的70-99％。

据此，本发明提供了一种新的絮凝剂，它能方便、有效地处理各种水质，而且对环境无害。

附图说明

图1显示了在高倍显微镜下，本发明提供的组合物的表层有许多空隙，这些空隙可以迅速过滤水中的杂质，吸附重金属、油脂等对人体有害的物质，从而起到净化除臭的作用。

图2显示了污水静置自然沉淀，及使用本发明提供的组合物后其澄清度的差异。

具体实施方式

发明人经过广泛而深入的研究，意外地发现，在使失去化学活性的惰性粉煤灰有活性后，将其与活性白土、矿物质、碳酸钙或硫酸钙、和复合硅酸盐混合，便能制得一种新的絮凝剂。所述的絮凝剂比表面积大，孔隙率高，可有效地凝集杂质、除去臭味、吸附油脂和重金属等。

快速絮凝剂的组合物

本发明提供的组合物(快速絮凝剂组合物，或称絮凝剂)中含有a.50-90重量份的粉煤灰；b.1-10重量份的活性白土；c.2-20重量份的矿物质；d.5-30重量份的碳酸钙或硫酸钙；和e.1-20重量份的复合硅酸盐。

较佳地，组合物中含有a.60-80重量份的粉煤灰；b.2-5重量份的活性白土；c.5-15重量份的矿物质；d.10-20重量份的碳酸钙或硫酸钙；和e.2-12重量份的复合硅酸盐。

更佳地，组合物中含有a.65-75重量份的粉煤灰；b.3-4重量份的活性白土；c.7-12重量份的矿物质；d.12-17重量份的碳酸钙或硫酸钙；和e.3-5重量份的复合硅酸盐。

本发明提供的组合物比表面积5000-10000cm2/g，较佳地比表面积7000-9000cm2/g，更佳地比表面积7500-8500cm2/g。

本发明提供的组合物孔隙率70-98％，较佳地孔隙率80-98％，更佳地孔隙率88-97％。

本发明提供的粉煤灰是本领域熟知的粉煤灰，优选将表面惰性物质去除的粉煤灰，这种物质具有高的孔隙率合很大比表面积，并具有化学活性和强的吸附作用。可以用本领域常用的方法将粉灰表面的惰性物质去除，使其内部物质暴露。例如(但不限于)可以选用一些常规的设备进行，所述的设备选自(但不限于)：为波能和蒸气加热反应釜。一种优选的方法是利用微光波技术将粉煤灰激活和化学活化的全新技术，采用超传导高磁场，使电磁波和超声波频率300MHz-300GHz，波长1m-0.1mm共同作用于粉煤灰表面，于常压下，碱的浓度3-6N(如4.5N)，反应温度150-185℃，反应时间3-9小时(如6±2小时)，从而使失去化学活性的惰性粉煤灰激活生成有活性的新的富有活性的物质-粉煤灰激活物从而获得粉煤灰激活物。

组合物中的活性白土可以使用本领域熟知的活性白土，可以是市售的活性白土，也可以是用本领域熟知的方法自制的，所述的制备方法可以是(但不限于)：以钙基膨润土为原料，先干燥使其活化表面水份为8-20％，筛选至一定细度，放入盛有热水的活化器中，加入浓硫酸进行活化，器内硫酸浓度控制在5-10％左右，在0.2Mpa压力下活化2-3小时，漂洗，真空吸滤、回转炉干燥。当物料中水分干燥至低于8％时，粉碎包装、成品。

组合物中的矿物质可以由矿山废弃物粉碎筛分提纯而得。所述的矿优选煤矿、铁矿。所述的矿山废弃物包括碳冶炼煅烧悬浮钢渣废弃物、矿物质、硅铝酸盐、金属氧化物等，粉碎后用800-1200目的筛网分选，得到平均粒径为2.5-10ppm的矿物质；更佳地，平均粒径为≤2.5ppm。

组合物中的硅酸盐和钙盐可以是本领域所常用的，选自碳酸钙、硫酸钙、复合硅酸盐。

在本发明的组合物中还可以含有一些其它物质，包括但不限于吸附剂、絮凝剂等。

制备方法

将a.50-90重量份的粉煤灰；b.1-8重量份的活性白土；c.2-20重量份的矿物质；d.5-30重量份的碳酸钙或硫酸钙；和e.1-10重量份的复合硅酸盐混合，便能得到本发明的组合物。

用途

本发明提供的组合物可以作为一种新型的絮凝剂用于广泛的领域，它包括但不限于：河道治理，进水和工业循环水处理，工业和城市污水处理，国家大中型水利工程建设，农田水利建设，各种建筑工地的泥浆水处理和回收泥土，隧道和地下井的挖掘建设，地铁地下工程的处理淤泥水，防洪治沙，防止水土流失，土壤改良和平衡土壤结构，除臭除异味，油脂净化与回收，和/或水泥和泥砖的添加剂。

本发明提供的组合物可以迅速过滤水中对人体有害的沙石、重金属、和有机废物。

本发明提供的组合物可在几秒到几十秒之内将污水的浊度降低到自来水或可排放水的水平和标准。

本发明提供的组合物在泥水体系中具有很强的絮凝作用，并提供较大比表面积和空隙率，能起到高效过滤净化作用，并能提供很强的附着力和防湿能力，提供非常有效的多功能媒介载体能充分增加依附物质的接触面。

本发明提供的组合物配合独特的污水脱泥处理设备可以使污泥和水彻底分离，并且有干燥功能，从设备分离出来的污泥变成了干泥土，可以作为肥料和回填土。

本发明提供的组合物的特殊的化学结构能有效改良土壤的结构，恢复生物链平衡。

本品具有疏松多孔，颗粒内具有蜂窝状结构，因此具有调节土壤的酸碱度，吸附和改善土壤中的有害物质和土壤结构，使用方法是根据土壤的污染程度，将本品按一定比例与土壤混拌，一般是0.03-2％，可以改善土壤的物理性质，提高土壤的有效空隙度，并能增加土壤中的硅含量，促进土壤微生物的活性，从而有利于土壤的保温和保坻，有利于养分的转化，为作物的生长创造良好的土壤环境。

本发明的主要优点在于：

1、与同类凝聚剂、混凝剂和絮凝剂，比如聚合硫酸铝、铁，聚丙烯酰胺等相比，具有单位处理污水添加量少，处理时间短见效迅速，处理更彻底更干净清澈，程序操作更简单，全面降低水处理的成本并提高处理的效果和效率。

2、相对于有机水处理剂，使用安全、简洁，并避免了二次污染。

3、解决双重环境污染问题，所用原料采用煤炭燃烧的废弃物-粉煤灰，属于废物再利用，解决大量废弃的粉煤灰排放和储存的难题；本发明提供的组合物本身又用于污水处理等行业，也是用于解决环境污染问题；过滤后的污泥过滤沉积物经烘干和发酵以后可以作为很好的农用肥料；从而使资源得到最大限度的利用。

4、全面提升粉煤灰的利用价值和利用范围，更加充分和合理的提升了该产业的产品附加值。

5、采用全新的真空挤压方式进行固液分离，即提高了分离效率也提高了分离的收率，而且避免大量灰尘产生，优化了生产环境。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分比和份数按重量计。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1

制备组合物I

材料和设备

粉煤灰取自煤炭燃烧的废弃物

活性白土购自浙江余姚白土厂

钢渣取自宝山钢铁公司

碳酸钙购自千山水泥厂

硫酸钙购自灯塔石膏厂

复合硅酸盐购自上海西垅化工有限公司

波能配合蒸汽加热反应釜购自德国诺瓦克设备公司

方法

1.利用波能配合蒸汽反应釜设备通过光波和化学活化技术，采用电磁波和超声波共同作用于粉煤灰表面，并在电磁感应下捏合、粉碎，使失去化学活性的惰性粉煤灰成为有活性的粉煤灰；

2.将钢渣粉碎后通过800-1200目筛网筛分得到平均粒径为2.5ppm的矿物质；

3.将各原料以下表的重量混合：

	粉煤灰	活性白土	矿物质	碳酸钙	复合硅酸盐
						重量(千克)	55	10	10	20	5

4.得到组合物I。

结果

组合物I的比表面积为7900cm²/g，孔隙率为97％。在高倍显微镜下所观察到的外观见图1。

实施例2

制备组合物II

材料和设备

同实施例1

方法

1.利用波能配合蒸汽反应釜设备通过光波和化学活化技术，采用电磁波和超声波共同作用于粉煤灰表面，并在电磁感应下捏合、粉碎，使失去化学活性的惰性粉煤灰成为有活性的粉煤灰；

2.将矿山废弃物粉碎后通过800-1200目筛网筛分得到平均粒径为5ppm的矿物质；

3.将各原料以下表的重量混合：

	粉煤灰	活性白土	矿物质	硫酸钙	复合硅酸盐
						重量(千克)	50	8	8	24	10

4.得到组合物II。

结果

组合物II的比表面积为7980cm2/g，孔隙率为97.7％。

实施例3

性能测试

取一杯浑浊污水，加入实施例1得到的组合物I，待几十秒钟污水彻底澄清以后按照测《上海市污水排放标准》中的测试方法进行指标测试。结果见表1。

表1

	原水	处理后的水	除去率
				pH	10.2	7.7
BOD	442mg/升	29.2mg/升	93.1％
				COD	201mg/升	18.6mg/升	91.8％
SS	1450mg/升	21.1mg/升	98.5％
				乙烷	1200mg/升	12.0mg/升	99.0％
氮	25mg/升	4.9mg/升	80.4％
				磷	35.8mg/升	0.13mg/升	99.6％

结果表明，本发明提供的组合物I可使污水迅速澄清。

实施例4

性能测试

用实施例2得到的组合物II替代实施例3中的组合物I进行测试，可获得相似的结果。

实施例5

取两杯浑浊污水，一杯静置，让污物自然沉淀；另一杯中加入实施例1得到的组合物I。

结果见图2。

结果表明，使用本发明提供的组合物可以使污水迅速而彻底地澄清。

实施例6

用实施例2得到的组合物II替代实施例5中的组合物I进行测试，可获得相似的结果。

对比例

将市售絮凝剂聚合硅酸铝(购自上海恒谊化工有限公司)代替实施例3中的组合物I进行测试，结果：澄清时间比市售絮凝剂聚合硅酸铝快18倍，去除SS率高20个百分点和浊度相差18个百分点。

结果表明，本发明提供的快速絮凝剂组合物具有更佳的效果。

实施例7

用于去除油污和异味，比如用于治理下水道和除去厕所排放的异味和异物，徐汇环卫部门的一些清洁公司使用下来回馈效果不错。将组合物I根据要去除油污和异味的严重程度加入下水道污水中，一般加入量为需处理对象重量或体积的0.5-3％。由于激活物具有很强的吸附作用，能很大程度的去除油污和异味，并能将油污等沉积下来而使分离变得很容易。

实施例8

南京治理秦淮河底部的淤泥，效果佳。将组合物II根据要沉积和去除淤泥的严重程度加入秦淮河的污水中，一般加入量为需处理对象重量或体积的0.5-3％。由于激活物具有很强的吸附和絮凝作用，能很大程度的快速使淤泥沉积絮凝，使分离淤泥的处理变得很容易。

实施例9

南水北调工程和地铁地下工程的治理淤泥。方法同实施例8，并且效果类似。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1. 一种利用微光波技术将粉煤灰激活和化学活化的全新技术，其中采用运用超传导高磁场，使用电磁波和超声波频率300MHz-300GHz，波长1m-0.1mm共同作用于粉煤灰表面，于常压下，碱的浓度3-6N，反应温度150-185℃，反应时间3-9小时，从而使失去化学活性的惰性粉煤灰激活生成有活性的新的富有活性的物质-粉煤灰激活物从而获得粉煤灰激活物。

2. 一种用权利要求1所述的技术生产出的粉煤灰激活物。

3. 如权利要求2所述的粉煤灰激活物的用途，所述的粉煤灰激活物被应用于污水处理或土壤改良。

4. 一种絮凝剂，其特征在于，它含有如权利要求2所述的粉煤灰激活物。

5. 一种快速絮凝剂组合物，其特征在于，它含有：

a.50-90重量份的粉煤灰；

b.1-10重量份的活性白土；

c.2-20重量份的平均粒径为2.5-10ppm的矿物质；

d.5-30重量份的碳酸钙或硫酸钙；

e.1-20重量份的复合硅酸盐；

且所述的组份a+b+c+d+e的量占组合物总量的70-99％。

6. 如权利要求5所述的组合物，其特征在于，它含有：

a.60-80重量份的粉煤灰；

b.2-5重量份的活性白土；

c.5-15重量份的平均粒径为2.5-5ppm的矿物质；

d.10-20重量份的碳酸钙或硫酸钙；

e.2-6重量份的复合硅酸盐；

且其絮凝活性为使污水中的生化需氧量除去率为70-99％、化学需氧量除去率为75-99％或固体悬浮物的除去率为75-99％。

7. 一种如权利要求5所述的组合物的制备方法，其特征在于，它包括步骤：

(i)将a.50-90重量份的粉煤灰；b.1-8重量份的活性白土；c.2-20重量份的平均粒径为2.5-10ppm的矿物质；d.5-30重量份的碳酸钙或硫酸钙；和e.1-10重量份的复合硅酸盐混合，得到如权利要求1所述的组合物。

8. 如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤(i)前还包括步骤：

(i′)将粉煤灰表面的惰性物质除去，得到活性粉煤灰。

9. 一种如权利要求5所述的组合物的用途，其特征在于，它用作絮凝剂、土壤改良剂或水泥添加剂。

10. 一种水絮凝的方法，其特征在于澄清迅速，比传统的絮凝剂快10倍以上，一般在15-60秒即可迅速澄清，而普通的絮凝剂需要5-10分钟以上，而且使用量比普通的絮凝剂要少，在污水中加入0.2-3％的如权利要求5所述的组合物。

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