CN105000602A - 一种城市污水综合处理剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市污水综合处理剂及其制备方法和应用，所述城市污水综合处理剂的原料为：城市污水处理厂活性污泥、膨润土、植物废弃物、浓硫酸、生石灰、工业硫酸铝和/或明矾、硫酸亚铁；本发明原料来源广泛、成本低；其可通过城市污水处理厂活性污泥与植物废弃物以及酸化后的膨润土在微波作用下复合得到主原料，再将主原料与生石灰、工业硫酸铝和/或明矾、硫酸亚铁依次进行混合，即可得到城市污水综合处理剂；其制备工艺简单、成本低。应用其处理城市污水，处理后城市污水的排放质量远超国家一级标准；且综合处理池底部的城市污水处理厂活性污泥可用于制备有机肥料、生物质燃料和/或所述城市污水综合处理剂。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体是一种城市污水综合处理剂及其制备方法和应用。
背景技术
环境保护直接影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护，导致了现阶段环境污染十分严重的状况。近几年虽采取了大量的控制措施，但环境进一步变劣的趋势仍在继续。我国是世界上环境污染最为严重的国家之一，无论是城市，还是乡村，我国的大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。贵阳、重庆、北京、兰州等五个城市位于世界十大空气污染最严重的城市之列，全国600多个城市中，大气质量符合国家一级标准的不足10个。全国范围内酸雨危害的程度和区域也日益扩大。
全国每年污水排放中，仅10%的生活污水和70%的工业污水得到处理，且其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准，其余未处理的污水则直接排入江河湖泊中，致使我国的水环境遭受了严重污染和破坏；城镇生活污水的排放量正随着城镇建设与发展而呈递增的趋势。据统计，全国七大水系和内陆河流的110个重点河段中，属4类和5类水体的占39%；城市地面水污染普遍严重，并呈进一步恶化的趋势，136条流经城市的河流中，属4类、5类和超过5类标准的高达76.8%；约50%的城市地下水受到不同程度的污染；全国较大的淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧；一些地区的饮用水源受到严重污染，对人民健康造成严重危害。城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增，工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨，占地超过5万公顷，使200多个城市陷入垃圾包围之中。
就污水处理投资费用及运行费用而言，按吨水造价1500-2000元以及运行费用0.8-1.4元/吨进行计算，我国尚未投建的城市污水处理厂需一次性投资1000亿元，加上市政管网建设，投资超过2000亿元，年运行费又要250亿元。而我国城市污水处理厂建设的资金，90%来自于各种贷款，每年200亿元用于污水厂建设，每个项目平均还贷期10年，几年后本息将超过300亿元，运行费和本息占我国GDP的1%；而目前的城市污水处理，只有社会效益，并无经济效益，因此，这样庞大的投资和运行费用，对经济不发达的中国，无疑是一个沉重的负担。
而决定城市污水处理厂投资和运行成本的主要因素是污水处理工艺和技术的选择，目前我国城市污水处理工艺普遍采用的是传统活性污泥法、氧化沟、SBR等，这些成熟而有效的处理工艺，在各地被广泛应用。但一段时期以来，因能耗大、运行费用高而阻碍着我国城市污水处理厂的建设，同时一些建成的污水处理厂也因能耗高的原因，长期处于停产和半停产状态。在今后相当长的一段时期内，能耗问题将成为城市污水处理的瓶颈。能否解决污水厂的能耗问题，合理进行能源分配，已成为决定污水处理厂运行效益好坏的关键因素，也是未来新的污水处理厂可行性分析的决定性因素，开发适合我国国情的高效、低耗以及能满足排放要求，且基建和运行费用低的污水处理新技术和新工艺，必将是未来污水处理厂设计和运行的必由之路，具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市污水综合处理剂及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥80-120份、膨润土40-80份、植物废弃物40-80份、质量浓度为90%以上的浓硫酸3-7份、生石灰10-20份、工业硫酸铝和/或明矾20-30份、硫酸亚铁15-25份。
作为本发明进一步的方案：所述城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥90-110份、膨润土50-70份、植物废弃物50-70份、质量浓度为95%以上的浓硫酸4-6份、生石灰14-16份、工业硫酸铝和/或明矾24-26份、硫酸亚铁18-22份。
作为本发明进一步的方案：所述城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥100份、膨润土60份、植物废弃物60份、质量浓度为95%以上的浓硫酸5份、生石灰15份、工业硫酸铝和/或明矾25份、硫酸亚铁20份。
一种城市污水综合处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为60%-90%；将膨润土的颗粒大小粉碎至30-100目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至100-300目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积12-24小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物混合均匀，然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到100℃-300℃后，再保温1-4小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为1200-3600MHz；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为30-100目的生石灰混合均匀，在80℃-150℃下烘干，冷却后得到含水率≤8%的第三混合产物；
（5）将第三混合产物、工业硫酸铝和/或明矾，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为10目以下的城市污水综合处理剂。
作为本发明进一步的方案：步骤（1）中向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为70%-80%；将膨润土的颗粒大小粉碎至50-70目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至180-220目。
作为本发明进一步的方案：步骤（3）中当微波加热到180℃-220℃后，再保温2-3小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为2400MHz。
作为本发明进一步的方案：步骤（4）中将第二混合产物与颗粒大小为50-70目的生石灰混合均匀，在100℃-120℃下烘干，冷却后得到含水率≤5%的第三混合产物。
一种应用所述城市污水综合处理剂处理城市污水的方法，具体步骤为：
（1）用污水收集管网将污水收集后，在其总排污口的尾端设置人工筛网和机械格栅，除出污水中团体杂物；
（2）将污水引入到综合处理池中，依据污水水质，先按照0.5-5kg/m3的添加量添加所述城市污水综合处理剂；搅拌或者曝气使所述城市污水综合处理剂与污水充分混合；
（3）静置0.5-4小时，当综合处理池上部清水的色度达到5时，将综合处理池上部清水直接排放或者转移到循环水池中，将综合处理池底部的城市污水处理厂活性污泥用于制备有机肥料、生物质燃料和/或所述城市污水综合处理剂。
作为本发明进一步的方案：步骤（2）中依据污水水质，添加pH调节剂，使污水pH值达到6-9。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的城市污水综合处理剂原料来源广泛、成本低；其可通过城市污水处理厂活性污泥与植物废弃物以及酸化后的膨润土在微波作用下复合得到主原料，再将主原料与生石灰、工业硫酸铝和/或明矾、硫酸亚铁依次进行混合，即可得到城市污水综合处理剂；其制备工艺简单、成本低。应用其处理城市污水，处理后城市污水的排放质量远超国家一级标准；且综合处理池底部的城市污水处理厂活性污泥可用于制备有机肥料、生物质燃料和/或所述城市污水综合处理剂。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥80份、膨润土40份、植物废弃物40份、质量浓度为98%的浓硫酸7份、生石灰20份、工业硫酸铝30份、硫酸亚铁25份。
所述城市污水综合处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为60%；将膨润土的颗粒大小粉碎至30目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至300目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积12小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物混合均匀，然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到100℃后，再保温1小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为1200MHz；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为30目的生石灰混合均匀，在150℃下烘干，冷却后得到含水率≤8%的第三混合产物；
（5）将第三混合产物、工业硫酸铝，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为10目以下的城市污水综合处理剂。
实施例2
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥100份、膨润土60份、植物废弃物60份、质量浓度为95%的浓硫酸5份、生石灰15份、明矾25份、硫酸亚铁20份。
所述城市污水综合处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为75%；将膨润土的颗粒大小粉碎至65目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至200目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积18小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物混合均匀，然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到200℃后，再保温2.5小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为2400MHz；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为65目的生石灰混合均匀，在120℃下烘干，冷却后得到含水率≤5%的第三混合产物；
（5）将第三混合产物、明矾，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为8目以下的城市污水综合处理剂。
实施例3
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥120份、膨润土80份、植物废弃物80份、质量浓度为90%的浓硫酸3份、生石灰10份、工业硫酸铝20份、硫酸亚铁15份。
所述城市污水综合处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为90%；将膨润土的颗粒大小粉碎至100目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至100目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积12小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物混合均匀，然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到300℃后，再保温4小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为3600MHz；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为100目的生石灰混合均匀，在80℃下烘干，冷却后得到含水率≤8%的第三混合产物；
（5）将第三混合产物、工业硫酸铝，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为5目以下的城市污水综合处理剂。
实施例4
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥80份、膨润土80份、植物废弃物40份、质量浓度为98%的浓硫酸3份、生石灰20份、明矾20份、硫酸亚铁25份。
所述城市污水综合处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为60%；将膨润土的颗粒大小粉碎至100目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至100目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积24小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物混合均匀，然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到100℃后，再保温4小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为1200MHz；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为100目的生石灰混合均匀，在80℃下烘干，冷却后得到含水率≤5%的第三混合产物；
（5）将第三混合产物、明矾，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为5目以下的城市污水综合处理剂。
实施例5
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥120份、膨润土40份、植物废弃物80份、质量浓度为90%的浓硫酸7份、生石灰10份、工业硫酸铝30份、硫酸亚铁15份。
所述城市污水综合处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为90%；将膨润土的颗粒大小粉碎至30目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至300目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积12小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物混合均匀，然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到300℃后，再保温1小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为3600MHz；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为30目的生石灰混合均匀，在150℃下烘干，冷却后得到含水率≤5%的第三混合产物；
（5）将第三混合产物、工业硫酸铝，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为10目以下的城市污水综合处理剂。
对比例1
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：膨润土60份、植物废弃物60份、质量浓度为95%的浓硫酸5份、生石灰15份、工业硫酸铝25份、硫酸亚铁20份。
所述污水处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）将膨润土的颗粒大小粉碎至65目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至200目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积18小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到植物废弃物混合均匀，加水，使其含水率为20%-30%；然后放入600-900℃的炭化炉中处理2.5小时，冷却后得到第二混合产物；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为65目的生石灰、工业硫酸铝，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为8目以下的城市污水综合处理剂。
对比例2
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥100份、植物废弃物60份、质量浓度为95%的浓硫酸5份、生石灰15份、明矾25份、硫酸亚铁20份。
所述污水处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为75%；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至200目；
（2）将步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物，与浓硫酸混合均匀；然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到200℃后，再保温2.5小时，冷却后得到第一混合产物；其中微波加热频率为2400MHz；
（3）将第一混合产物与颗粒大小为65目的生石灰、明矾，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为8目以下的城市污水综合处理剂。
对比例3
一种城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥100份、膨润土60份、质量浓度为95%的浓硫酸5份、生石灰15份、工业硫酸铝25份、硫酸亚铁20份。
所述城市污水综合处理剂的制备方法，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为75%；将膨润土的颗粒大小粉碎至65目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积18小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥混合均匀，然后放入600-900℃的炭化炉中处理2.5小时，冷却后得到第二混合产物；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为65目的生石灰、工业硫酸铝，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为8目以下的城市污水综合处理剂。
应用例1
分别采用上述实施例1-5和对比例1-3的城市污水综合处理剂来处理某城市一处生活污水，先按照2kg/m3的添加量添加所述城市污水综合处理剂；搅拌或者曝气使所述城市污水综合处理剂与污水充分混合；静置1小时后，取样检测，结果如下表1。
表1 应用例1统计表
从上表可知，采用上述实施例1-5的城市污水综合处理剂来处理城市污水，其出水水质均可达到国家一级排放标准，若省去城市污水处理厂活性污泥、膨润土和植物废弃物中的任意一种，其效果都会大大降低，甚至部分指标达不到国家一级排放标准，可见城市污水处理厂活性污泥、膨润土和植物废弃物之间具有协同增效作用。
应用例2
分别采用上述实施例2和对比例2的城市污水综合处理剂来处理某城市一处重金属超标的工业污水，先按照2kg/m3的添加量添加所述城市污水综合处理剂；搅拌或者曝气使所述城市污水综合处理剂与污水充分混合；静置1小时后，取样检测，结果如下表2。
表2 应用例2统计表
（单位：mg/kg）
| 成分 | Cu | Pb | Zn | Ni | Hg | Cd | Gr | As |
| 处理前 | 914.56 | 469.85 | 2515.17 | 251.27 | 4.86 | 18.43 | 485.27 | 58.62 |
| 实施例2 | 35.53 | 14.23 | 152.21 | 16.32 | 1.24 | 1.87 | 19.22 | 12.42 |
| 对比例2 | 154.56 | 168.34 | 894.25 | 56.44 | 2.38 | 5.57 | 184.21 | 26.15 |
| 国家标准 | 800 | 300 | 2000 | 100 | 5 | 5 | 600 | 75 |
从上表可知，上述实施例2的城市污水综合处理剂可有效去除重金属超标的城市污水中的多种重金属，效果显著，且明显优于对比例2。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1. 一种城市污水综合处理剂，其特征在于，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥80-120份、膨润土40-80份、植物废弃物40-80份、质量浓度为90%以上的浓硫酸3-7份、生石灰10-20份、工业硫酸铝和/或明矾20-30份、硫酸亚铁15-25份。
2.根据权利要求1所述的城市污水综合处理剂，其特征在于，所述城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥90-110份、膨润土50-70份、植物废弃物50-70份、质量浓度为95%以上的浓硫酸4-6份、生石灰14-16份、工业硫酸铝和/或明矾24-26份、硫酸亚铁18-22份。
3.根据权利要求1所述的城市污水综合处理剂，其特征在于，所述城市污水综合处理剂，按照重量份的原料为：城市污水处理厂活性污泥100份、膨润土60份、植物废弃物60份、质量浓度为95%以上的浓硫酸5份、生石灰15份、工业硫酸铝和/或明矾25份、硫酸亚铁20份。
4.一种如权利要求1-3任一所述的城市污水综合处理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为60%-90%；将膨润土的颗粒大小粉碎至30-100目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至100-300目；
（2）将步骤（1）中得到的膨润土与浓硫酸混合均匀，堆积12-24小时后得到第一混合产物；
（3）将第一混合产物与步骤（1）中得到城市污水处理厂活性污泥和植物废弃物混合均匀，然后在搅拌的同时微波加热，当微波加热到100℃-300℃后，再保温1-4小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为1200-3600MHz；
（4）将第二混合产物与颗粒大小为30-100目的生石灰混合均匀，在80℃-150℃下烘干，冷却后得到含水率≤8%的第三混合产物；
（5）将第三混合产物、工业硫酸铝和/或明矾，以及硫酸亚铁混合磨粉，即得到颗粒大小为10目以下的城市污水综合处理剂。
5.根据权利要求4所述的城市污水综合处理剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中向城市污水处理厂活性污泥中加水，使其含水率为70%-80%；将膨润土的颗粒大小粉碎至50-70目；将植物废弃物的颗粒大小粉碎至180-220目。
6.根据权利要求4所述的城市污水综合处理剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中当微波加热到180℃-220℃后，再保温2-3小时，冷却后得到第二混合产物；其中微波加热频率为2400MHz。
7.根据权利要求4所述的城市污水综合处理剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中将第二混合产物与颗粒大小为50-70目的生石灰混合均匀，在100℃-120℃下烘干，冷却后得到含水率≤5%的第三混合产物。
8.一种应用如权利要求1-7任一所述城市污水综合处理剂处理城市污水的方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）用污水收集管网将污水收集后，在其总排污口的尾端设置人工筛网和机械格栅，除出污水中团体杂物；
（2）将污水引入到综合处理池中，依据污水水质，先按照0.5-5kg/m3的添加量添加所述城市污水综合处理剂；搅拌或者曝气使所述城市污水综合处理剂与污水充分混合；
（3）静置0.5-4小时，当综合处理池上部清水的色度达到5时，将综合处理池上部清水直接排放或者转移到循环水池中，将综合处理池底部的城市污水处理厂活性污泥用于制备有机肥料、生物质燃料和/或所述城市污水综合处理剂。
9.根据权利要求8所述的处理城市污水的方法，其特征在于，步骤（2）中依据污水水质，添加pH调节剂，使污水pH值达到6-9。
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