CN104176802B - 一种预处理农村富营养废水的絮凝净化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预处理农村富营养废水的絮凝净化剂及其制备方法，属于污水处理技术领域。本发明提供了一种絮凝净化剂，特别是一种以改性壳聚糖作为载体的絮凝净化剂。可用于预处理农村富营养废水，同时深度除去氮和磷。打破传统制备废水絮凝剂的纯高分子合成模式，在制备废水絮凝剂的原料中引入综合改性壳聚糖，作为分子基本骨架，部分替代原有高分子材料，可以降低传统高分子废水絮凝剂对于石油资源的依赖，提高传统絮凝剂的生物可降解性能，降低废水絮凝剂的生产成本，具有重要的环境、社会和经济效益。

Description

一种预处理农村富营养废水的絮凝净化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种预处理农村富营养废水的絮凝净化剂及其制备方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

湖泊富营养化问题因其自身的复杂性，还有很多机制尚未被人们所认识。目前，国际上针对具有洪泛特征的浅水湖泊富营养化现象的研究尚缺乏成熟的理论。但总的来说，湖泊水体富营养化的发生，主要是由于水中的氮、磷等营养元素增多而引起的。因此对富营养化进行治理，主要是针对氮磷的去除进行针对性研究。

采用电絮凝法去除废水中的氨氮和磷，电极板采用铝板或不锈钢板，研究了电絮凝除磷热力学与动力学过程，考察了不同工艺参数对氨氮和磷去除效果的影响。结果表明：相对于铝电极而言，不锈钢电极更适宜于电絮凝去除氨氮和磷。但是单纯使用电絮凝法来去除氮磷，速度较慢，而且适用性较差。

富营养污染虽然是由水中氮磷含量较多引起的，但是在解决富营养污染时，由于水体富养化严重时，湖泊可被某些繁生植物及其残骸淤塞，成为沼泽甚至干地。局部海区可变成"死海"，或出现"赤潮"现象。防治富营养化，必须控制进入水体的氮、磷含量，而絮凝沉淀在治本的同时也实现了治标。除氮除磷、水中离子吸收与絮凝沉淀均有着至关重要的作用。

改性壳聚糖絮凝剂的絮凝效果会得到提高，并且减少壳聚糖的用量，降低成本。其中通过季铵化改性的壳聚糖絮凝剂很大程度的提高了pH的适用范围，并且加强了壳聚糖分子链上的阳离子强度，使得絮凝效果得以提升。通过交联、接枝共聚改性后的壳聚糖絮凝剂不但提高了絮凝效率，而且絮体紧实，絮凝性能明显优于壳聚糖。凹凸棒石复合壳聚糖絮凝剂的絮凝效果也比较优异，絮凝沉降的速度有所加快。目前，利用黏土复合壳聚糖来絮凝微藻的研究是有一定应用价值的，如果能够进一步改进壳聚糖的絮凝性能，再与无机絮凝剂进行复合使用，其絮凝性能一定能够得到改善。

茶多酚在常温下呈浅黄或浅绿色粉末，易溶于温水(40～80℃)和含水乙醇中；稳定性极强，在pH＝4～8、250℃左右的环境中，1.5h内均能保持稳定，在三价铁离子下易分解。

发明内容

为克服现有除氮除磷絮凝剂存在吸收效率偏低、生产成本过高、对富营养污染物质污染降解没有针对性、很难同时除去氮磷等问题，同时资源化利用现有废弃物资源，制备高附加值、环境友好的富营养污染物絮凝剂，本发明提供了一种絮凝净化剂，特别是一种以改性壳聚糖作为载体的絮凝净化剂，可用于预处理农村富营养废水。

为实现上述目的，本发明采用了改性壳聚糖作为载体，配合微量的茶多酚、纳米铝粉，制备了富营养废水絮凝净化剂。

所述絮凝净化剂含有：以下均为质量比：

改性壳聚糖混合物：11-19％；

纳米铝粉：0.1-0.5％；

茶多酚：1-3％；

氯化镁：0.2-0.7％；

沸石粉。

在本发明的一种实施方式中，絮凝净化剂含有11-19％改性壳聚糖混合物，0.1-0.5％纳米铝粉，1-3％茶多酚，0.2-0.7％氯化镁，用沸石粉补至100％。

在本发明的另一种实施方式中，絮凝净化剂含有改性壳聚糖混合物15％、纳米铝粉0.2％、茶多酚3％、氯化镁0.4％，用沸石粉补至100％。

所述改性壳聚糖混合物的制备是按4-6：0.9-1.2：0.4-0.6的质量比取壳聚糖、纳米铝粉、茶多酚，进行搅拌混合均匀，采用远红外加热技术，使混合物的温度迅速达到60-87℃，并进行充分搅拌翻动，期间按质量比0.15％-0.35％喷入0.1-0.3mol/L氢氧化钠溶液，使混合物充分吸收，处理12-15分钟后，取出，置入避光密封瓶中。

在本发明一种实施方式中，所述改性壳聚糖混合物是按5：1：0.5的质量比取壳聚糖、纳米铝粉、茶多酚进行搅拌混合均匀，用远红外加热使混合物的温度迅速达到60-87℃，并进行充分搅拌翻动，期间按质量比0.25％喷入0.1mol/L氢氧化钠溶液，使混合物充分吸收，处理15分钟后，取出即得。

壳聚糖是甲壳素N-脱乙酰基的产物，其化学名称为聚(1、4)-2-氨基-2-脱氧葡萄糖，其分子链中存在大量的游离氨基，氮原子上还有一对未结合的电子，所以氨基呈现弱碱性。在稀酸溶液中，这些氨基会结合质子使其带有正电荷，从而使壳聚糖也带有大量的正电荷，表现出阳离子絮凝剂的性能，而纳米铝粉可以显著增强其阳离子絮凝的性能。改性壳聚糖，主要是通过与纳米铝粉的充分分散混合，并使用红外线氧化技术，使铝粉与壳聚糖充分结合，茶多酚作为补充物质，强化其结合度。

氯化镁的作用是提供镁离子，使溶液中局部的氮磷成分浓度有一定的聚集后，迅速形成鸟粪石，特别是与絮凝剂中的沸石结合，形成沉淀。

适度过量铝粉与壳聚糖发生键合作用，无机铝氧化物均匀分散在壳聚糖中，与壳聚糖及壳聚糖和Al₂O₃的混合材料相比，吸附率提高16％以上。

本发明还提供一种应用所述富营养废水絮凝净化剂预处理农村富营养废水的方法。

在一种实施方式中，所述方法是结合絮凝净化剂和电化学絮凝，进行深度除氮除磷。

在另一种实施方式中，是向农村生活污水中添加0.05-1.2％絮凝剂，进行电化学絮凝。电化学絮凝的电流强度为0.3-0.5mA，电极距离为0.5-2米，溶液初始pH控制为5-9。

室温下，将农村生活污水取样检测氮磷含量，如果达到深度治理标准或者特殊治理要求的，在相应的处理点附近建立絮凝沉淀池，在池边建立不锈钢电极，采用不锈钢电极进行电絮凝脱氮除磷，特别是不锈钢电极配合纳米铝粉后，可以大大增加水中电化学作用，形成絮凝物质。

增大电絮凝电流有助于氨氮和磷的去除，电流太大容易造成危险，太小又达不到治理效果，本发明所配合的电流强度为0.3-0.5mA，溶液初始pH对氨氮去除率影响较小，控制pH为5-9之间即可。

采用电絮凝法去除相同量的磷比去除相同量的氨氮的能耗小得多，正常情况下，去除氨氮和磷的能耗分别为0.15～0.50kW·h/g和0.02～0.04kW·h/g，而配合本絮凝净化剂后，其能耗能分别降低到0.05～0.22kW·h/g和0.004～0.01kW·h/g。

本发明絮凝剂应用于水处理系统，具有絮凝能力强、去除氮磷能力强、效率高等特点，适用于各种水质，尤其适用于含氮磷物质较高的富营养污水的沉淀及含氮磷物质的去除，垃圾渗滤液、反冲洗废水，该絮凝剂成本较低，且可以回收利用。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：可以同时深度除去氮和磷，打破传统制备废水絮凝剂的纯高分子合成模式，在制备废水絮凝剂的原料中引入综合改性壳聚糖，作为分子基本骨架，部分替代原有高分子材料，可以降低传统高分子废水絮凝剂对于石油资源的依赖，提高传统絮凝剂的生物可降解性能，降低废水絮凝剂的生产成本，具有重要的环境、社会和经济效益。

具体实施方式

实施例1

取市售壳聚糖、纳米铝粉、茶多酚，按5：1：0.5的质量比先进行搅拌混合均匀，置入远红外烘箱中，采用远红外加热技术，使混合物的温度迅速达到80℃左右，并进行充分搅拌翻动，期间使用置入远红外烘箱的喷淋探头，按质量比雾化喷入0.25％的0.1mol/L氢氧化钠溶液，使混合物充分吸收均匀，搅拌约5分钟，静置15分钟后，迅速冷却取出，获得改性壳聚糖混合物，置入避光密封瓶中备用。

实施例2

取实施实例1改性壳聚糖混合物，进行以下重量配比，获得富营养污染废水絮凝净化剂1

改性壳聚糖混合物：13％

纳米铝粉：0.1％

茶多酚：1.2％

氯化镁：0.3％

剩余部分采用沸石粉作为基础物质补充。

实施例3

取实施实例1改性壳聚糖混合物，进行以下产品配比，获得富营养污染废水絮凝净化剂2

改性壳聚糖混合物：17％

纳米铝粉：0.4％

茶多酚：1％

氯化镁：0.5％

剩余部分采用沸石粉作为基础物质补充。

实施例4

取受富营养污染的农村生活污水1000mL中，经检测，其含氨氮200ppm，含磷310mg/L，加入实施实例2中所取得的絮凝剂0.5g，采用电絮凝法絮凝沉淀处理完成后，经过检测，去除氨氮和磷的能耗分别能耗能降低到0.08和0.01kW·h/g，絮凝沉淀后与普通电絮凝法比较，其絮凝物质总质量增加25％，氮、磷去除率分别增加12％和40％。

溶液中磷含量检测方法采用磷钼酸喹啉滴定分析方法，氨氮含量采用凯氏定氮法检测获得相应的污水总氮含量数据。

实施例5

采用电絮凝法，受富营养污染的农村生活污水1000mL中，经检测，其含氨氮240ppm，含磷247mg/L，加入实施实例3中所取得的絮凝剂0.5g，絮凝沉淀处理完成后，经过检测，去除氨氮和磷的能耗分别能耗能降低到0.1和0.03kW·h./g，絮凝沉淀效果增加25％，氮磷去除率分别增加7％和18％。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种富营养污水絮凝净化剂，其特征在于，按质量比含有以下组分：11-19％改性壳聚糖混合物，0.1-0.5％纳米铝粉，1-3％茶多酚，0.2-0.7％氯化镁，用沸石粉补至100％；所述改性壳聚糖混合物是按质量比4-6：0.9-1.2：0.4-0.6取壳聚糖、纳米铝粉、茶多酚，进行搅拌混合均匀，用远红外加热使混合物的温度迅速达到60-87℃，并进行充分搅拌翻动，期间按质量比0.15％-0.35％喷入0.1-0.3mol/L氢氧化钠溶液，使混合物充分吸收，处理12-15分钟后，取出即得。

2.根据权利要求1所述的絮凝净化剂，其特征在于，含有改性壳聚糖混合物15％、纳米铝粉0.2％、茶多酚3％、氯化镁0.4％，用沸石粉补至100％。

3.根据权利要求1所述的絮凝净化剂，其特征在于，所述改性壳聚糖混合物是按5：1：0.5的质量比取壳聚糖、纳米铝粉、茶多酚进行搅拌混合均匀，用远红外加热使混合物的温度迅速达到60-87℃，并进行充分搅拌翻动，期间按质量比0.25％喷入0.1mol/L氢氧化钠溶液，使混合物充分吸收，处理15分钟后，取出即得。

4.一种制备权利要求1-2任一所述富营养污水絮凝净化剂的方法，其特征在于，按4-6：0.9-1.2：0.4-0.6的质量比取壳聚糖、纳米铝粉、茶多酚，进行搅拌混合均匀，采用远红外加热技术，使混合物的温度迅速达到60-87℃，并进行充分搅拌翻动，期间按质量比0.15％-0.35％喷入0.1-0.3mol/L氢氧化钠溶液，使混合物充分吸收，处理12-15分钟后，取出得到改性壳聚糖混合物；将改性壳聚糖混合物按比例与纳米铝粉、茶多酚、氯化镁、沸石混合均匀，得到富营养污水絮凝净化剂。

5.权利要求1-2任一所述富营养污水絮凝净化剂在预处理农村富营养污水中的应用方法。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，向污水中添加絮凝净化剂，并结合电化学絮凝对污水进行除氮除磷处理。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，向污水中添加0.05-1.2％絮凝剂，并结合电化学絮凝对污水进行除氮除磷处理，电化学絮凝的电流强度为0.3-0.5mA，溶液初始pH控制为5-9。