CN103241793A - 一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其通过以下步骤制备而得：（1）膨润土改性：称取膨润土倒入质量百分含量为3～5%的有机改性剂溶液中，在室温中搅拌1～3h后，经离心，洗涤，干燥，研磨成粉后即得改性膨润土；（2）高铁酸钾负载：将步骤（1）制备得到的改性膨润土投入到pH为7～9的高铁酸钾水溶液中进行负载，达到饱和后，风干后即得。本发明集氧化、吸附、絮凝和杀菌消毒等多功能为一身，有助于大幅度降低废水中的COD浓度和生物毒性、提高废水的可生化性、降低处理成本、提高难降解废水的排放达标率；具有处理难降解废水效果好，无有毒有害物质产生，处理成本低，环境友好等特点，适合大规模工业化生产。

Description

一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂

技术领域

本发明属于废水处理领域，涉及一种废水处理剂，具体地说是涉及一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂。

背景技术

随着化学工业的发展，生产过程中排放的各类化工废水、污泥、废渣日益增多，尤其是高浓度难生物降解的有毒有机废水，其处理方法一直是困扰环境保护领域的老大难问题。因此，大力开展工业废水的治理研究，不断改进废水处理技术是保护环境和造福人类的重要任务。

农药、印染、化工等有机废水都含有毒性和稳定性强的污染物，难以用常规的物理、化学及生物方法处理。这类难降解有机物，主要是指正常停留时间条件下，微生物不能降解的有机化合物。一般情况下，衡量有机废水的可生物降解性可用BOD/COD比值在0.3～0.35以上即认为生物降解可行。

目前，国内外处理生物难降解有机废水的方法主要包括生物处理技术、化学法处理技术及物理处理技术，其中，生物处理技术可以分为好氧活性污泥法、厌氧技术、生物膜法和酶生物处理技术；化学法处理技术可以分为化学氧化技术、电化学氧化技术、湿式氧化法、超临界水氧化技术、光化学氧化法、超声波降解技术、高能电子氧化法和电弧氧化法；物理处理技术可以分为吸附法、萃取法、膜处理技术和生物吸附降解技术。

虽然人们对于难降解有机废水进行了许多研究，但目前仍然存在着许多技术问题。在生物处理技术中，单纯的生物降解难以使废水中的有机物完全降解；在物理处理中，传统的混凝沉淀虽然可以作为预处理，但有可能产生新的毒性。吸附技术对三卤甲烷（THMs）尤其是其中的三氯甲烷去除效果并不理想，膜处理技术存在严重的资源浪费和二次污染的问题。在化学处理中，虽然具有氧化速度快，反应彻底，无二次污染等明显的优势，但高级氧化法技术（AOPs）的许多技术和理论还有待解决。因此，需开发高效低成本技术，达到环境效益与经济效益的最佳结合。

膨润土(Bentonite)是以蒙脱石为主的含水粘土矿，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，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。国外已在工农业生产24领域100多个部门中应用，有300多个产品，因而人们称之为“万能土”。膨润土作为新型的环保材料，虽具有储量丰富，廉价易得，稳定性高等特点，但其分子内的硅氧结构所决定的极强的亲水性和疏油性，加之结构层间大量可交换性阳离子的水解，常使膨润土表面覆盖了一层薄的水膜，故天然膨润土处理污染物的性能较差。同时，由于硅氧结构本身呈负电荷，导致天然膨润土不能对水中阴离子污染物进行有效的去除。为提高膨润土在环保领域中的应用，我们常对膨润土进行改性，其目的不仅能提高其吸附能力和阳离子交换能力，还能提高其污水处理的能力。

高铁酸钾是一种含+6价态铁的含氧酸盐，纯品为暗紫色有光泽粉末，198℃以下干燥空气中稳定，极易溶于水而成浅紫红色溶液，静置后会分解放出氧气，并沉淀出水合三氧化二铁（即氧化铁）。溶液的碱性随分解而增大，在强碱性溶液中相当稳定，是极好的氧化剂，具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂，比高锰酸钾具有更强的氧化性。在 pH 值为 1～14 范围内都有较强的氧化性，特别是在酸性条件，其氧化还原电位比臭氧还高，也高于其他传统水处理剂，其可以降解水中的一系列有机、无机污染物，并且其还原产物和Fe(OH)₃和Fe³⁺具有吸附、絮凝作用，对环境无毒副作用，因而是一种新型、高效、多功能的绿色强氧化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂。

一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂，所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取膨润土倒入质量百分含量为3～5%的有机改性剂溶液中，在室温中搅拌1～3h后，经离心，洗涤，干燥，研磨成粉后即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将步骤（1）制备得到的改性膨润土投入到pH为7～9的高铁酸钾水溶液中进行负载，达到饱和后，风干后即得；

其中，步骤（1）中所述膨润土与有机改性剂溶液的重量份比为：1:10～20；所述的有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵；所述有机改性剂溶液为有机改性剂水溶液或有机改性剂10%乙醇水溶液；

步骤（2）中所述高铁酸钾水溶液的浓度为10～15×10^-3mol/L；所述改性膨润土与高铁酸钾水溶液重量份比为1:10～20。

优选地，步骤（1）中，所述干燥为恒温干燥箱干燥或微波干燥，其中，恒温干燥箱的干燥温度为50～60℃。

优选地，步骤（1）中，所述改性膨润土研磨成粉后过150～200目筛。

优选地，步骤（2）中，所述风干为自然风干。

优选地，步骤（2）中，所述负载的时间为45～52h。

优选地，所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取1重量份的膨润土倒入10重量份质量百分含量为3%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，在室温中搅拌2h后，经离心，洗涤后置于50℃恒温干燥箱干燥，研磨过180目筛，即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将1重量份改性膨润土投入到10重量份pH为7.8、浓度为10×10^-3mol/L的高铁酸钾水溶液中进行负载，负载48h达到饱和状态，经自然风干后即得。

优选地，所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取1重量份的膨润土倒入20重量份质量百分含量为5%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，在室温中搅拌3h后，经离心，洗涤后置于微波干燥，研磨过150目筛，即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将1重量份改性膨润土投入到20重量份pH为8.6、浓度为15×10^-3mol/L的高铁酸钾水溶液中进行负载，负载52h达到饱和状态，经自然风干后即得。

本发明所采用的高铁酸钾用水配置成溶液后，用碱调节使其呈稀碱性，调碱性的目的主要是为了可以有效保证高铁酸钾的稳定性，但是碱度也不能过高，防止其造成腐蚀现象的发生。所述的碱可采用氢氧化钠、碳酸氢钠等碱性物质。

本发明引入缓控释放技术，把高铁酸钾负载于改性膨润土中，既加强了膨润土的吸附能力，又延长了高铁酸盐在水溶液中的反应时间，极大的发挥其氧化性能，有助于解决废水难降解、可生化性能差、处理成本高、排放不达标等问题，在水处理领域具有良好的应用前景。

本发明使用方便，只需要将其按一定的量投加入待处理的废水中即可。

本发明集氧化、吸附、絮凝和杀菌消毒等多功能为一身，有助于大幅度降低废水中的COD浓度和生物毒性，提高废水的可生化性，降低处理成本，提高难降解废水的排放达标率；具有处理难降解废水效果好，无有毒有害物质产生，处理成本低，环境友好等特点，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂，所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取1重量份的膨润土倒入10重量份质量百分含量为3%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，在室温中搅拌2h后，经离心，洗涤后置于50℃恒温干燥箱干燥，研磨过180目筛，即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将1重量份改性膨润土投入到10重量份pH为7.8、浓度为10×10^-3mol/L的高铁酸钾水溶液中进行负载，负载48h达到饱和状态，经自然风干后即得。

将上述方法制备得到的水处理剂用于垃圾渗滤液的预处理，在待处理的垃圾渗滤液中加入5g/L的水处理剂，搅拌半个小时后，静止，其处理后结果如表1所示。

表1

项目	测定方法	原水数值	药剂处理后	去除率（%）
					COD（mg/L）	重铬酸盐法	8952	1652	81.5%
BOD（mg/L）	稀释接种法	4300	1370	68.1%
					氨氮（mg/L）	纳氏试剂比色法	1050	240	77.1%

垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，具有如下特性：有机物种类繁多，水质复杂，污染物浓度高，变化范围大，水质水量变化大，金属、氨氮含量高，营养元素比例失调，生化处理过程易产生大量泡沫，不利于系统正常运行，且生化处理后COD含量依然较高。本实施例所用垃圾渗滤液取自某垃圾填埋场，废水取样后置冰箱冷藏。

由表1可见，水处理剂对于垃圾渗滤液的处理效果很好，明显降低了废水中COD、BOD和氨氮的浓度，减轻了后续处理的负荷，减少构筑物体积，降低了处理成本。

实施例2

一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂，所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取1重量份的膨润土倒入15重量份质量百分含量为4%的十六烷基三甲基氯化铵10%乙醇水溶液中，在室温中搅拌1h后，经离心，洗涤后置于50℃恒温干燥箱干燥，研磨过200目筛，即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将1重量份改性膨润土投入到15重量份pH为7、浓度为12×10^-3mol/L的高铁酸钾水溶液中进行负载，负载45h达到饱和状态，经自然风干后即得。

将上述方法制备得到的水处理剂用于垃圾渗滤液的预处理，在待处理的垃圾渗滤液中加入5g/L的水处理剂，搅拌半个小时后，静止，其处理后结果如表2所示。

表2

项目	测定方法	原水数值	药剂处理后	去除率（%）
					COD（mg/L）	重铬酸盐法	8952	1611	82%
BOD（mg/L）	稀释接种法	4300	1290	70%
					氨氮（mg/L）	纳氏试剂比色法	1050	210	80%

由表2可见，水处理剂明显降低了废水中COD、BOD和氨氮的浓度，其中，BOD/COD比值达到0.8左右，说明生物降解可行。

实施例3

一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂，所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取1重量份的膨润土倒入20重量份质量百分含量为5%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，在室温中搅拌3h后，经离心，洗涤后置于微波干燥，研磨过150目筛，即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将1重量份改性膨润土投入到20重量份pH为8.6、浓度为15×10^-3mol/L的高铁酸钾水溶液中进行负载，负载52h达到饱和状态，经自然风干后即得。

将上述方法制备得到的水处理剂用于焦化废水深度处理，在待处理的焦化废水中投加入2g/L的水处理剂进行处理，搅拌半个小时后，静止，其处理后结果如表3所示。

表3

 焦化废水水质比较复杂，COD、氨氮及挥发酚含量高是造成水质不能达标的主要原因，焦化废水采用生化处理后，出水水质得到较为明显地改善，主要污染物得到了较好的控制，但由于焦化废水本身的难降解性，含有多种有毒有害物质，对生化处理的菌种产生了一定的抑制作用，出水水质部分未能达标，外排水COD最高可达到895mg/L，NH₃-N达85mg/L，远不能满足国家污染物排放标准。由表3可以看出，采用本废水处理剂对焦化废水的生化出水进行深度处理，处理效果稳定，达到了国家的排放标准，提高了出水达标率。

Claims (7)

1.一种用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其特征在于：所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取膨润土倒入质量百分含量为3～5%的有机改性剂溶液中，在室温中搅拌1～3h后，经离心，洗涤，干燥，研磨成粉后即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将步骤（1）制备得到的改性膨润土投入到pH为7～9的高铁酸钾水溶液中进行负载，达到饱和后，风干后即得；

其中，步骤（1）中所述膨润土与有机改性剂溶液的重量份比为：1:10～20；所述的有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵；所述有机改性剂溶液为有机改性剂水溶液或有机改性剂10%乙醇水溶液；

步骤（2）中所述高铁酸钾水溶液的浓度为10～15×10^-3mol/L；所述改性膨润土与高铁酸钾水溶液重量份比为1:10～20。

2.根据权利要求1所述的用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其特征在于：步骤（1）中，所述干燥为恒温干燥箱干燥或微波干燥，其中，恒温干燥箱的干燥温度为50～60℃。

3.根据权利要求1所述的用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其特征在于：步骤（1）中，改性膨润土研磨成粉后过150～200目筛。

4.根据权利要求1所述的用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其特征在于：步骤（2）中，所述风干为自然风干。

5.根据权利要求1所述的用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其特征在于：步骤（2）中，负载的时间为45～52h。

6.根据权利要求1所述的用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其特征在于：所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取1重量份的膨润土倒入10重量份质量百分含量为3%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，在室温中搅拌2h后，经离心，洗涤后置于50℃恒温干燥箱干燥，研磨过180目筛，即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将1重量份改性膨润土投入到10重量份pH为7.8、浓度为10×10^-3mol/L的高铁酸钾水溶液中进行负载，负载48h达到饱和状态，经自然风干后即得。

7.根据权利要求1所述的用于处理难降解废水的多功能水处理剂，其特征在于：所述水处理剂通过以下步骤制备而得：

（1）膨润土改性：称取1重量份的膨润土倒入20重量份质量百分含量为5%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，在室温中搅拌3h后，经离心，洗涤后置于微波干燥，研磨过150目筛，即得改性膨润土；

（2）高铁酸钾负载：将1重量份改性膨润土投入到20重量份pH为8.6、浓度为15×10^-3mol/L的高铁酸钾水溶液中进行负载，负载52h达到饱和状态，经自然风干后即得。