CN101591057B - 一种用于水处理、具有脱氮功能的絮凝剂及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于水处理、具有脱氮功能的絮凝剂，由质量配比如下的原料制成：膨润土35％～50％，沸石30％～40％，电解铝废渣15％～25％，硫酸亚铁5％～10％。本发明的有益效果主要体现在：提供了一种具有降低水中氨氮含量的水处理用絮凝剂，既能脱氮，又能使悬浮物沉淀，应用前景广阔。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种用于水处理、具有脱氮功能的絮凝剂，及其制备与应用。
(二)背景技术
当今我国的水体污染中氮已上升为主要污染物，现有1/3的水不适宜于鱼类等水生生物的生存，有1/4的水体不适宜农作物的灌溉，有1/2城镇的饮用水源不符合标准，79％居民所饮用水是受污染的水。
一般来说，水处理的絮凝剂是一种化学试剂，分有机和无机两大类。化学絮凝剂为主的净水方式具有投资少，流程短，污泥沉降快，运行成本相对较低等优点。絮凝是水中投加一定量的絮凝剂之后，悬浮颗粒直接或间接的相互作用生成“絮状”的大颗粒而进行卷扫、沉淀分离的过程。
目前生产的各种絮凝剂主要是絮凝水中的悬浮物。如果研制一种具有降低水中氨氮的水处理的絮凝剂，既能脱氮，又能使悬浮物沉淀，将在水处理中会有很好的销售市场，并产生较好的经济和社会效益。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种用于水处理、具有脱氮功能的絮凝剂及制备方法和应用。
本发明采用的技术方案是：
一种用于水处理、具有脱氮功能的絮凝剂，由质量配比如下的原料制成：
膨润土 35％～50％
沸石 30％～40％
电解铝废渣 15％～25％
硫酸亚铁 5％～10％。
膨润土(Bentonite)，是以蒙脱石为主的含水粘土矿，蒙脱石的化学成分为：(Al2Mg3)[Si4O10][OH]2.nH2O。由于它具有特殊的性质，如：膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性等等，所以广泛用于各个工业领域。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2∶1型晶体结构。由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不牢固，易被其它阳离子交换，故具有较好的离子交换性。膨润土的分类：膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为Na+时称钠基膨润土；层间阳离子为Ca2+时称钙基膨润土；层间阳离子为H+时称氢基膨润土(活性白土)；层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土。优选的，所述膨润土为红色膨润土。红色膨润土含有微量铁和锰，因铁和锰均为红色，故名。此红色膨润土属于钠基膨润土，因含有铁和锰，能提高废水的絮凝和脱色效果。
沸石的一般化学式为：AmBpO2p·nH2O，结构式为A(x/q)[(AlO2)x(SiO2)y]n(H2O)其中：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si，p为阳离子化合价，m为阳离子数，n为水分子数，x为Al原子数，y为Si原子数，(y/x)通常在1～5之间，(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。
本发明中，为进一步提高絮凝剂的脱氮效果，所述沸石优选为斜发沸石。斜发沸石是沸石矿物中的一种，也是最丰富的一种。它的晶体为透明板状，也可因含杂质而成褐色、红色。斜发沸石是含水的碱金属铝硅酸盐，它脱水后可具有分子筛的功能，可以从空气中有选择地提取氮并使氧富集。
沸石构架上的平衡阳离子和水分子与格架结合得不紧密，极易与周围水溶液里的阳离子发生交换作用，交换后的沸石结构不被破坏，这就使其具有阳离子交换特性。利用沸石的吸附与离子交换作用可去除氨氮，其去除水中氨氮以及再生过程的机理，用反应式表示，Z-代表沸石骨架。
除氨氮过程：Z-Na++NH+ 4-Z-NH+ 4+Na+
再生过程：Z-NH+ 4+Na+-Z-Na++NH+ 4
一般80-100目以上的沸石对氨氮的交换容量为25mg/g左右。
电解铝废渣，是氧化铝在融盐电解过程中电解槽中的炭块、耐火材料被浸融入大量无机氟酸盐，产生含无机氟化物的废物，其中还含有大量的Al、Al2O3、SiO2等，可作为本发明絮凝剂的组成成分。
现代电解铝工业采用冰晶石、氧化铝融盐电解法工艺：熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质被溶解，以碳素作为阳极(预焙阳极块)，铝液作为阴极，通入直流电流后，在940℃～970℃下，电解槽两极上进行电化学反应。阳极产物主要是二氧化碳、一氧化碳、氟化氢(HF)、粉尘等有害气体，阳极气体经净化处理，除去部分有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在混合炉内净化澄清之后，浇注成铝锭或生产成线坯、型材等。
通常的，生产1吨铝实际需氧化铝约1.93吨，消耗氟化盐0.27吨、阳极炭块0.6吨。铝电解生产中所用氟化盐主要是冰晶石Na3AlF6和氟化铝AlF3，其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如：氟化镁MgF2、氟化锂LiF或碳酸锂Li2CO3、氟化钙CaF2、氟化钠NaF。每生产1吨氧化铝可排放：粉尘2.5Kg、氟化物0.35Kg，可产生HW32危险废物(无机氟化物)345Kg，俗称电解槽大修废渣。
优选的，所述絮凝剂由质量配比如下的原料制成：
红色膨润土 40％
斜发沸石 32％
电解铝废渣 20％
硫酸亚铁 8％。
本发明还涉及制备所述絮凝剂的方法，所述方法包括：
(1)将各原料粉碎，以80～120目筛分筛，获得80～120目的原料粉末；
(2)按照膨润土35％～50％、沸30％～40％、电解铝废渣15％～25％、硫酸亚铁5％～10％质量配比取各原料粉末，混合均匀，干燥(85～100℃，10～20min)得到所述絮凝剂。
本发明还涉及所述絮凝剂在水处理中的应用。具体的，所述应用为：将所述絮凝剂加入至废水中，添加量为10～30g/L，调节pH6.0～8.0，对废水进行沉淀和脱色处理。如工业废水和城市废水。
所述废水脱氨氮主要以自来水的脱氮深度处理和生活污水为主。
本发明的有益效果主要体现在：提供了一种具有降低水中氨氮含量的水处理用絮凝剂，既能脱氮，又能使悬浮物沉淀，应用前景广阔。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
将红色膨润土(南京汤山膨润土有限公司，型号PNaJ-12-30)、斜发沸石(浙江神石矿业有限公司)、电解铝废渣(浙江华东铝业有限公司，浙江兰溪，主要成分：Al 25.58wt％，Al2O331,55wt％，SiO25.56wt％)和硫酸亚铁分别经粉碎机粉碎，经100目筛网过筛，并按下列配方计量称重，红色膨润土40kg，斜发沸石32kg，，电解铝废渣20kg，硫酸亚铁8kg，置于容器中，以转速为30转/分的搅拌机搅拌1h，使物料均匀；在80℃温度干燥20分钟，分装。
实施例2：
将膨润土(南京汤山膨润土有限公司，型号Ysb-PNa)、斜发沸石(浙江神石矿业有限公司)、电解铝废渣和硫酸亚铁分别经粉碎机粉碎，经100目筛网过筛，并按下列配方计量称重，红色膨润土45kg，斜发沸石30kg，电解铝废渣15kg，硫酸亚铁10kg，置于容器中，以转速为30转/分的搅拌机搅拌1h，使物料均匀；在90℃温度干燥15分钟，分装。
实施例3：
将膨润土(南京汤山膨润土有限公司，型号Ysb-PNa)、斜发沸石(浙江神石矿业有限公司)、电解铝废渣和硫酸亚铁分别经粉碎机粉碎，经100目筛网过筛，并按下列配方计量称重，红色膨润土35kg，斜发沸石40kg，电解铝废渣20kg，硫酸亚铁5kg，置于容器中，以转速为30转/分的搅拌机搅拌1h，使物料均匀；在90℃温度干燥15分钟，分装。
实施例4：
本发明实施例1絮凝剂15g，室温条件下加入到1000mL生活污水(废水初始COD值为568mg/L，色度0.44，氨氮含量78mg/L)中，调节pH6～8(以1mol/L HCl或1mol/L NaOH调节)，在转速200r/min下搅拌30min，色度去除率为98.3％，COD去除率为75.3％，氨氮去除率为89.2％。
实施例5：
本发明实施例1絮凝剂12g，室温条件下加入到1000mL城市废水(废水初始COD值为472mg/L，色度0.36，氨氮含量98mg/L)中，调节pH6～8(以1mol/L HCl或1mol/L NaOH调节)，在转速200r/min下搅拌30min，色度去除率为97.2％，COD去除率为71.6％，氨氮去除率为88.4％。
实施例6：
本发明实施例2絮凝剂20g，室温条件下加入到1000mL皮革废水(废水初始COD值为2006mg/L，色度0.39，氨氮含量184mg/L)中，调节pH6～8(以1mol/L HCl或1mol/L NaOH调节)，在转速200r/min下搅拌30min，色度去除率为99.1％，COD去除率为72.2％，氨氮去除率为86.6％。
实施例7：
本发明实施例3絮凝剂12g，室温条件下加入到1000mL自来水氨氮超标水(原水氨氮含量18.5mg/L，色度0.13)中，调节pH7(以1mol/LHCl或1mol/L NaOH调节)，在转速200r/min下搅拌30min，氨氮去除率为90.7％，色度去除率为46.6％。
Claims (7)
1.一种用于水处理、具有脱氮功能的絮凝剂，由质量配比如下的原料制成：
膨润土 35％～50％
沸石 30％～40％
电解铝废渣 15％～25％
硫酸亚铁 5％～10％。
2.如权利要求1所述的絮凝剂，其特征在于所述膨润土为红色膨润土。
3.如权利要求1所述的絮凝剂，其特征在于所述沸石为斜发沸石。
4.如权利要求1所述的絮凝剂，其特征在于所述絮凝剂由质量配比如下的原料制成：
红色膨润土 40％
斜发沸 32％
电解铝废渣 20％
硫酸亚铁 8％。
5.制备如权利要求1所述絮凝剂的方法，所述方法包括：
(1)将各原料粉碎，以80～120目筛分筛；
(2)按照膨润土35％～50％、沸30％～40％、电解铝废渣15％～25％、硫酸亚铁5％～10％质量配比取各原料粉末，混合均匀，干燥得到所述絮凝剂。
6.如权利要求1所述絮凝剂在水处理中的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于所述应用为：将所述絮凝剂加入至废水中，添加量为10～30g/L，调节pH6.0～8.0，对废水进行沉淀和脱色处理。
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