CN104903252B - 用于处理废水的组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理废水的组合物，其包含：按重量百分数，43.7‑46.2％膨润土；24.1‑25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18‑74μm；19.2‑20.8％陶瓷粉；4.8‑5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8‑5.2％碳酸钙(CaCO3)。进一步公开了使用所述用于处理废水的组合物的方法。还进一步公开了用于将所述组合物分配到废水中的装置。

Description

用于处理废水的组合物
技术领域
本发明涉及用于处理废水的组合物，更具体地，涉及通过结合和凝集废水颗粒用于处理废水的组合物。
背景技术
水覆盖了几乎71％的地球表面，并且是所有已知生命形式所必需的。对于人类以及诸如水生植物和水生动物的许多其他生命形式来说，安全的饮用水是至关重要的。幸运的是，对于少量的废水和污染，自然界自身能够处理。然而，随着严重影响水质的工业、房屋和工厂的日益增加，由于数量巨大自然界无法通过自身进行处理。解决受影响的水质并减少自然界负担的办法之一是，在将家庭、工业和商业使用的水排放到环境之前，对它们进行处理。
废水可被定义为包括来自人类排泄物、食物废料、油类、皂类、下水道、降雨、公路排水和工业场地的悬浮的和溶解的物质和颗粒的用过的水。废水通常包含病原体，例如，细菌，寄生虫，非病原菌，有机和无机颗粒，诸如原生动物和昆虫的动物，宏观固体(macro-solids)，气体，乳液，毒素，和化学药剂。为了处理废水，建造了许多废水处理设施来将废水中的污染物降低到自然界能够处理的水平或者达到被政府作为强制性要求设定的水质标准。依据污染物的类型和内容，市场中引入了许多处理废水的工艺。
一些废水处理包括物理、化学和/或生物处理。一些物理废水处理的例子包括沉降、遮蔽、曝气、过滤、漂浮和撇取、除气和均化。
一些化学废水处理的例子包括氯化、臭氧化、中和、凝结、絮凝、吸收和离子交换。其他化学废水处理的常见例子包括使用沉淀化学药剂来除去化学需氧量、金属、悬浮固体、氨和其他有害污染物。通常使用的用于城市废水处理的絮凝剂包括明矾和碳酸钙(CaCO3)，以及其他合成聚合物。这种处理下，仅需要少量的絮凝剂即可获得与废水颗粒的有效接触。由于化学处理没有与接收的污水在线进行修正，污水处理系统通常效果不佳。因此，如在现有技术US7384573B2和US4415467中所公开的，拥有新的和有效的组合物是重要的，改进本技术领域的发明，从而降低处理费用、减少pH值校正、尽量减少淤泥的量、提高接触和结合效率以及降低所使用的化学药剂对工人和消费者的副作用。遗憾地，所述现有技术几乎没有实现这些目标。氯化也是另一种通常的化学处理。然而，氯化处理具有一些缺点，包括氯与水反应释放的令人不快的味道和气味，以及氯化合物和无机氯胺会对水生生物造成伤害。
一些生物废水处理的例子包括活性淤泥处理方法(需氧)、需氧消化、厌氧消化和净化池。如在现有技术EP 1578696A1所公开的，基于微生物的培养和作用的活性淤泥方法，是一种包括生物处理的普遍应用的处理方法。微生物会吸收和吸附废水中的有机物质。这种包括微生物的方法依据所使用的微生物的类型和程度是昂贵的，并且在消耗之后，因为这些微生物有可能浸出并引起健康问题，消费者的安全和健康成为主要关心的问题。
因此，从现有技术可以看出，需要提供一种改进的组合物，该组合物通过提高结合和接触效率从废水中除去废水颗粒，并且对废水颗粒有效。
发明内容
本发明提供了一种组合物，该组合物用于通过提高组合物和废水颗粒之间结合和接触效率来有效和高效地除去废水或淤泥中的废水颗粒和悬浮固体。本发明提供了一种用于处理废水的具有成本效益的组合物，能够降低淤泥的产量并具有更短的保留时间。
因此，依照本发明的实施例可以实现上述目的。本发明涉及一种用于处理废水的组合物，其包含：按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)。
在优选的实施例中，上述组合物包含：按重量百分数，45％膨润土；25％Al2(SO4)3；20％陶瓷粉；5％壳聚糖；和5％CaCO3。
进一步地，本发明涉及一种使用上述用于处理废水的组合物的方法，向pH值范围为6.5-12的废水中加入10-15g/m3的组合物。
在本发明进一步的公开中，在此介绍一种用于分配上述组合物的装置，其包括：电源供应器；控制器，用于控制分配速率；存贮室，其具有底部开口；马达，其与位于箱体中的旋转螺旋相连；其中，所述存贮室的底部开口与箱体相连，以使组合物从存贮室流动到箱体，并且所述箱体在一端有孔，以使组合物被分配。
附图说明
图1为显示用于分配本发明的用于处理废水的组合物的装置的图；
图2为显示在用于将本发明的组合物与废水混合的池中的搅拌器的图；
图3描述使用聚氯化铝(PAC)聚合物化学处理的典型废水处理设施；
图4描述所述装置和搅拌器的工作机理；
图5为显示处理后在4种不同的池中比较在PAC聚合物化学处理与在此介绍的组合物之间的化学需氧量(COD)的图；
图6描述使用本发明的组合物的废水处理设施；以及
图7为显示在被本发明的组合物处理后的不同的池中的废水分析的流程图。
具体实施方式
本部分将公开本发明的详细实施例。在此公开的实施例是本发明的示例，其可以以不同的形式体现。因此，包括具体结构和功能细节的公开的详细内容无意限制本发明，而仅仅是作为权利要求的基础。应该理解本发明的详细的说明书和附图不是为了限制而是为了覆盖落入如所附权利要求定义的本发明范围内的所有可能的修改、等价物和替换物。本申请通篇以允许的意义来使用词语“可以”而非强制的意义。相似地，除非另有说明，词语“包括”、“包含”以及“组成为”表示“包括但不限于”。词语“一个”或者“一种”表示“至少一个”，词语“多个”表示一个以上。当使用缩略语或技术术语时，这些术语表示所述技术领域中已知的被普遍接受的含义。现在将参照附图1-7描述本发明。
本发明涉及一种用于处理废水的组合物，其包含：按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)。
在本发明优选的实施例中，用于有效和高效地处理废水，添加到废水中的所述组合物的量在10-15g/m3的范围内。
在本发明优选的实施例中，在添加所述组合物之前，调节废水的pH值在6.5-12的范围内，优选在8.5-10的范围内。
在本发明优选的实施例中，所述组合物为颗粒状。
在本发明优选的实施例中，所述膨润土为钠基膨润土。
在本发明优选的实施例中，所述组合物包含，按重量百分数，45％膨润土；25％Al2(SO4)3；20％陶瓷粉；5％壳聚糖；和5％CaCO3。表1显示本发明组合物中的化合物及其最优工作范围。
表1：本发明组合物中的化合物及其最优工作范围
在本发明优选的实施例中，所述组合物按照以下顺序分散在废水中：膨润土，陶瓷粉，CaCO3，接着是壳聚糖，最后是Al2(SO4)3；其中，膨润土、陶瓷粉和CaCO3的分散没有特别的顺序。
一种使用用于处理废水的组合物的方法，所述组合物包含，按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)；所述方法包括将10-15g/m3的组合物添加到pH值范围为6.5-12的废水中的步骤。
在上述方法的优选实施例中，所述用于处理废水的组合物包含，按重量百分数，45％膨润土；25％Al2(SO4)3；20％陶瓷粉；5％壳聚糖；和5％CaCO3。
在上述方法的另一实施例中，进一步包括使用位于池中的搅拌器以至少1350rpm的速度将组合物与废水混合的步骤。
如在本说明书中所描述的，术语废水为混合有废物的水，其中，所述废物的来源包括但不限于家庭、市政、工业、地下水、城市降雨和海水。所述废物包括但不限于，含水的构成物，病原体，非病原菌，有机颗粒，水溶性有机物质，无机颗粒，水溶性无机物质，动物，宏观固体，气体，乳液，毒素，和药物化合物。术语淤泥，定义为由液体和固体组分的混合物或者废水处理的产物，在本说明书中被称作，但不限于，废水，其中，就像废水一样，可以取得相同的结果。
根据本发明，膨润土为结合剂。膨润土能够有效吸附包含脂肪和油的溶液中的离子。膨润土还具有令人感兴趣的性质，能够吸附水溶液中的较大量的蛋白质分子。这些特征对在所述组合物中使用膨润土是有益的。在优选的实施例中，使用钠基膨润土，其中，钠作为主要的可交换的阳离子促进废水中的污染物的阴离子的转移。使用膨润土能够在膨润土上提供离子型表面，所述离子型表面在固体离子上形成粘性涂层并且使水溶液中的固体颗粒聚集。因此，在优选的实施例中，膨润土起到有效和高效结合剂的作用。
根据本发明，Al2(SO4)3在所述组合物中为絮凝剂。当将Al2(SO4)3溶解在大量的中性或弱碱性水中时，Al2(SO4)3产生氢氧化铝(Al(OH)3)的凝胶状沉淀。所述凝胶状沉淀通过使固体不溶而粘附到溶解的固体上。Al2(SO4)3还能降低溶液的pH值水平。由于Al2(SO4)3的性质，当将所述组合物溶解在废水中时，优选Al2(SO4)3在反应的最后阶段起作用。因此，优选对Al2(SO4)3改性以适应较慢的反应过程，优选具有18-74μm的粒径。对于优选的粒径，与所述组合物中其他化合物相比，Al2(SO4)3会需要更长的时间溶解。这会使Al2(SO4)3在废水处理的最终沉降中具有更多的时间来引发微小絮凝体的絮凝作用。
根据本发明，陶瓷粉在所述组合物中为净化剂。其包括硅酸镁(Mg3Si4O10(OH)2)，其在所述组合物中为净化剂。Mg3Si4O10(OH)2可用于净化吸附剂，例如，聚油，以及当膨润土与固体废物的反应发生时产生的动物油和植物油。此外，陶瓷粉是用于吸附废水中的颜色、游离脂肪酸和其他极性化合物的过滤器。与所述组合物中的其他化合物相比，由于陶瓷粉在废水中稀释较快的特性，陶瓷粉的有效范围可为19.2-20.8％。
壳聚糖在所述组合物中可使细微沉降颗粒结合在一起，并随后可以通过所述组合物中存在的其他化合物的沉降被除去。壳聚糖与膨润土和Al2(SO4)3一起可用于澄清过程。根据本发明，在所述组合物中的壳聚糖从废水中除去磷、重矿物和油。此外，通过封装絮凝体并通过与废水中的其他物质结合形成化学链反应来使絮凝体不溶而提高絮凝过程。在优选的实施例中，在所述组合物中的其他化合物溶解以后，44μm的粒径能够使壳聚糖有更多的时间来溶解。这保证了所述组合物在废水中的工作性能。
根据本发明，CaCO3中和废水并有助于废水中固体的沉淀。由于CaCO3在废水中稀释较快的特性，CaCO3的有效范围可为4.8-5.2％。
在此进一步介绍，将所述组合物的各组分测量至准确的重量百分数、粒径和功能，并按顺序起作用，从而保证所述组合物的有效性和高效性。因此，在所述组合物中的分散次序为下列顺序：膨润土，陶瓷粉，CaCO3，接着是壳聚糖，最后是Al2(SO4)3；其中，膨润土、陶瓷粉和CaCO3的分散没有特别的顺序。这种分散顺序对保证作为整体的组合物的工作性能是重要的。
所述组合物按照废水颗粒的离子转换原理起作用，其中，所述废水颗粒被所述组合物转换为带阴电荷的离子化合物。由于离子化合物通常由金属与非金属结合来形成，它们具有相反电荷并相互吸引形成新化合物。
废水中的胶粒会具有阻止凝聚和沉降的电特性。向废水中引入所述组合物来中和静电荷，从而引起絮凝和沉淀。由于可以恰当地处理作为组合物与废水颗粒之间的反应结果，这保证了凝聚沉降。
用于分配用于处理废水的组合物的装置，所述组合物包含，按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％Al2(SO4)3，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％CaCO3；所述装置包括：电源供应器101；控制器102，用于控制分配速率；存贮室103，其具有底部开口104；马达105，其与位于箱体107中的旋转螺旋106相连；其中，所述存贮室103的底部开口104与箱体107相连，以使所述组合物从存贮室103流动到箱体107中，所述箱体107在一端有孔，以使所述组合物被分配并流动到池200(参照图1和图2)。
参照图2，池200包括具有至少1350rpm的速度的搅拌器。所述搅拌器为独立的装置，与用于分配处理废水的组合物的装置没有任何联系或关联。从图2可以看出，搅拌器与电力产生装置201相连。
在涉及装置的优选实施例中，被分配的组合物为颗粒状。
本发明的有益效果
本发明的组合物可以容易地包封包含悬浮固体、氟化物和重金属的废水中的各种污染物。比废水处理中使用的其他化学药剂更能够除去油、油脂和氟化物。所述组合物能够快速地从废水中分离污染物，通过只使用一种产品来简化操作，并降低总的运行成本。
与市场上现有的其他化学处理相比，本发明的组合物能够快速和有效地降低生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、溶解固体总量(TDS)、悬浮固体总量(TSS)、氟化物和重金属。
与通常需要大约50分钟的其他典型化学方法相比，本发明的组合物可取得高达2-3分钟的处理速度。此外，本发明的组合物仅需要单步处理，而一些其他化学处理方法包括多步处理。使用本发明的其他优点在于，释放最小量的温室气体。本发明的组合物能够保证处理过的水的持续好品质。
以下实施例显示本发明的组合物在处理废水中的应用。应该理解，以下的实施例仅是为了说明的目的，通过这些实施例可以使本发明的优点更清晰。不应解释为以任何方式限制本发明。
实施例
在制造乳胶手套工业的废水处理中实施本发明。本发明拟定处理工业生产的废水，以满足由马来西亚环境部(DOE)根据环境质量法案(EQA)1974/2009的标准B制定的废水排放标准。
表2显示将来自工业的废水的特性与由DOE根据EQA 1974/2009的标准B制定的标准进行比较。
表2：来自乳胶手套工业的废水的特性
参数 废水 DOE要求
1.pH 3.0-10.0 5.5-9.0
2.温度(℃) 50-60 <40
3.5天的生化需氧量(BOD)(ppm) 100-220 50
4.化学需氧量(COD)(ppm) 300-900 200
5.悬浮固体(mg/l) 1,000-1,400 50
所述工业具有处理在工厂中生产橡胶手套所产生的废水的处理设施。当前安装的废水处理系统是使用聚氯化铝(PAC)聚合物和化学药剂的组合作为其凝聚剂。处理设施具有大约45m3/小时的废水排放能力。运行24小时，废水排放总量为1,080m3/天。使用上述处理设施的主要问题是处理设施的设计不足，当使用化学药剂时，所述处理设施不能处理每日废水排放的流速。通过参照如图3所示的工业使用的处理设施，在反应池和絮凝池中设定的总的保留时间为32分钟。然而，PAC聚合物需要至少50分钟的保留时间，并且为了反应发生要求湍流。这可能导致在反应池和絮凝池的反应之后的非理想的反应完成，并且在废水处理设施依赖鼓风机来提供必需的湍流。这导致从反应中产生的淤泥从一个池到另一池的进一步聚集。空气湍流还能导致形成的淤泥的崩解，形成更难沉降的微小的淤泥。
现在参照图3，在所述工业中使用的废水处理设施的工艺流程如下。首先，收集废水。废水经过pH调节，使用氢氧化钠(NaOH)对废水进行中和。在中和之后，废水流动到在其中添加有化学药剂和反应物(PAC聚合物)的反应池中。废水通过絮凝池，然后进入初级澄清池。在初级澄清池之后有作为淤泥库的污泥容纳池。然后从污泥容纳池收集的淤泥被提供到压力过滤机进行再次处理或抛弃。在通过二次澄清池再次利用之前，在生物池中对来自初级澄清池的废水进行生物处理。
为了解决上述工业面临的问题，引入本发明的组合物，其包含，按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％Al2(SO4)3，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％CaCO3。将所述组合物以大约10-15g/m3的量添加到废水处理中。优选地，在所述工业的废水处理设施中使用的组合物包含，按重量百分数，45％膨润土；25％Al2(SO4)3；20％陶瓷粉；5％壳聚糖；和5％CaCO3。所述组合物为颗粒状。
参照图1、图2和图4，还向所述乳胶手套工业引入了用于分配用于处理废水的组合物的装置，所述组合物包含，按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％Al2(SO4)3；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖；和4.8-5.2％CaCO3；所述装置包括，电源供应器101；控制器102；具有底部开口104的存贮室103；马达105，其与位于箱体107中的旋转螺旋106相连；其中，所述存贮室103的底部开口104与箱体107相连，以使所述组合物从存贮室103流动到箱体107中，所述箱体107在一端有孔109，以使所述组合物被分配并流动到池200。池200在废水处理设施中可被称作反应池。在本实施例中，所述组合物要求仅10分钟的保留时间来完成絮凝处理。通过具有至少1350rpm的最低速度的搅拌器来搅拌组合物与废水的混合物，从而完成反应池中的反应。在初级澄清池之后收集的淤泥每4小时被排空，以使在处理过程中的溶解固体总量和悬浮固体总量最小化。
图5显示在处理后在4种不同的池中比较PAC聚合物处理和所述的本发明的组合物之间的COD。在本实施例中，由DOE制定的水质标准为200mg/L。如图5所示，在PAC聚合物处理中，除了最终排放为111mg/L之外，数值超出了标准要求。对于本发明，仅在开始时，特别地，在第一池，即调节池，数值超出了，然后数值降低到标准要求的范围内直到最终阶段的值68mg/L。
作为本发明的实施例，在此描述了使用组合物处理废水的过程。参照图6，使从工业得到的废水流入到调节池中并充分混合。然后将废水泵入到添加了NaOH的pH调节池中，将废水中和到pH9±0.3。然后，废水流入到反应池中，将上述组合物分配到反应池中，与废水充分混合并反应。然后废水流入絮凝池中，形成絮凝体。在与反应池中的组合物进行反应之后的废水被称作处理过的水。在初级澄清池，优选斜板澄清池，淤泥沉降在污泥容纳池。从初级澄清池处理过的水流入到曝气池用氧气处理并进一步降低BOD和COD。然后，在重新利用或补给之前，经处理过的水流入到二次澄清池进行最终的澄清。如果水被重新利用，需要碳过滤器进行最后净化处理。在淤泥容纳池收集的淤泥被提供到压力过滤机来生产滤液并每4小时进行排空。然后滤液流回到调节池并与其他收集的废水混合。图7为显示被所述组合物处理之后在不同的池中的废水的分析结果的流程图。
应当理解，本实施例的优选实施方式的附图和工艺不是将本发明限制为所公开的特定的形式，本发明涵盖了落入说明书描述的以及所附的权利要求限定的范围内的所有的修改、等价物和替换物。
根据本发明，以下是附图中使用的附图标记的说明。
附图标记 说明
101 电源供应器
102 控制器
103 存贮室
104 底部开口
105 马达
106 旋转螺旋
107 箱体
200 池
201 动力生成装置

Claims (12)

1.一种用于处理废水的组合物，其由以下成分组成：按重量百分数，
a)43.7-46.2％膨润土；
b)24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；
c)19.2-20.8％陶瓷粉；
d)4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；以及
e)4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)；
所述组合物按照以下顺序分散在废水中：膨润土，陶瓷粉，CaCO3，接着是壳聚糖，最后是Al2(SO4)3；其中，膨润土、陶瓷粉和CaCO3不以特别的顺序进行分散。
2.根据权利要求1所述的组合物，其由以下成分组成：按重量百分数，45％膨润土；25％Al2(SO4)3；20％陶瓷粉；5％壳聚糖；和5％CaCO3。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述组合物的有效量为10-15g/m3。
4.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述废水的pH值为6.5-12。
5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述废水的pH值为8.5-10。
6.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述组合物为颗粒状。
7.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述膨润土为钠基膨润土。
8.一种使用用于处理废水的组合物的方法，所述组合物由以下成分组成：按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)；所述方法包括将10-15g/m3的所述组合物添加到pH值为6.5-12的废水中的步骤，所述组合物按照以下顺序分散在废水中：膨润土，陶瓷粉，CaCO3，接着是壳聚糖，最后是Al2(SO4)3；其中，膨润土、陶瓷粉和CaCO3不以特别的顺序进行分散。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述组合物由以下成分组成，按重量百分数，45％膨润土；25％Al2(SO4)3；20％陶瓷粉；5％壳聚糖； 和5％CaCO3。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，通过具有至少1350rpm的速度的搅拌器将所述组合物与废水进行混合。
11.一种用于分配用于处理废水的组合物的装置，所述组合物由以下成分组成：按重量百分数，43.7-46.2％膨润土；24.1-25.9％硫酸铝(Al2(SO4)3)，其中，Al2(SO4)3的粒径为18-74μm；19.2-20.8％陶瓷粉；4.8-5.2％壳聚糖，其中，壳聚糖的粒径为44μm；和4.8-5.2％碳酸钙(CaCO3)，所述组合物按照以下顺序分散在废水中：膨润土，陶瓷粉，CaCO3，接着是壳聚糖，最后是Al2(SO4)3；其中，膨润土、陶瓷粉和CaCO3不以特别的顺序进行分散；所述装置包括：
a)电源供应器(101)；
b)控制器(102)，用于控制分配速率；
c)用于存贮组合物的存贮室(103)，其具有底部开口(104)；
d)马达(105)，其与位于箱体(107)中的旋转螺旋(106)相连；
其中，存贮室(103)的底部开口(104)与箱体(107)相连，以使所述组合物从存贮室(103)流动到箱体(107)中，以及所述箱体(107)在一端有孔(109)，以使所述组合物被分配。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，被分配的组合物为颗粒状。
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