CN105000647A - 一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料及其制备方法，包括：1)将铝盐打碎研磨至10μm以下；2)将块状的切片石蜡打碎到mm等级；3)称取铝盐粉末，硅藻土/粘土，石蜡碎片，活性炭粉末，在搅拌器中搅拌混合均匀；4)将搅拌好的样品放入模具中，移至烘箱烘干；5)冷却成型，取出模具即得成品。本发明很好的将市面上现有的混凝剂与自制的缓释剂结合。有效地节约了材料资源，不仅增加了缓释功能，更是在混凝的基础上加大了吸附，过滤的功效。该缓释材料铝离子释放速度缓慢，并能够使得初期雨水经处理后悬浮物SS去除率在80％以上，本发明适用于在初期雨水流速较大的水中使用。

Description

一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及初期雨水处理装置用块状固体缓释剂，尤其涉及一种使初期雨水中的悬浮物颗粒造粒成长并最终实现固液分离的块状固体缓释混凝剂材料及其制备方法。

技术背景

在水处理的领域中，固液分离法是常见的技术手段。实现固液分离的方法很多，例如：沉淀、膜分离等。在众多的方法中最常用的沉淀过程实现固液分离的技术核心在于形成粒径大、密度高的絮凝体。

投加混凝剂后通过混合过程使混凝剂均匀分散于原水中，并完成水中胶体颗粒的脱稳，进而在絮凝阶段依靠同向絮凝作用促进水中粒子凝聚成长，是常规的水工艺处理手法。由于雨水的较大流动性的特点以及初期雨水自身的浑浊度并不是特别的高，再加上混凝剂的更换问题，因此，常规的混凝工艺并不适用于初期雨水装置。

缓释剂主要分为物理型和化学型两大类，目前在农药及医药方面有着广泛的应用。物理型缓释剂靠高分子材料与试剂的物理作用达到对试剂有效成分的控制起到缓释作用，主要通过天然或合成的高分子材料将试剂有效成果包覆或者包埋，形成试剂与环境间的阻碍，这样就避免了易向环境散失的试剂与环境直接接触，试剂流失量大大降低。试剂有效成分通过渗透扩散和高分子材料的降解或破损缓慢释放到环境当中。

硫酸铝/PAC作为一种常用的絮凝剂被广泛应用于给水厂的混凝沉淀环节。在水中加入硫酸铝后，可以生成胶状的，能吸附和沉淀出细菌、胶体和其他悬浮物的氢氧化铝絮片，在饮用水中可控制颜色和味道。是一种理想的水处理絮凝剂。

在现今的水处理中主要的常规混凝处理工艺就是投加硫酸铝或是PAC，对于流动性较大的水来说，材料极端的浪费，每投加一次仅供快速流动的水处理很短的时间，应用于饮用水处理中比较合适，因水厂处理饮用水时在本环节流速较小，可以使混凝剂充分反应。但是由于硫酸铝粉末及晶体/PAC粉末在水中释放速率过快，在初期雨水的处理中易造成浪费。因此，为解决硫酸铝/PAC释放速率过快的问题，本研究采用硫酸铝/PAC与其他试剂混合，在不改变硫酸铝/PAC性状的条件下，进行一定的加热使整个产品成型的方法制备硫酸铝缓释剂。以减缓硫酸铝的释放速率，考虑到初期雨水的特点以及在装置使用过程中药品更换频率及处理效果的特点，特别将缓释剂与混凝剂进行结合，改进现有水处理工艺的同时提出一种用于初期雨水处理的块状固体缓释剂。为初期雨水的处理提供一个全新的处理思路，减小雨水中污染物含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料及其制备方法，该复合材料不仅具有用于水处理的混凝性能，同时具备缓释特性，是一种可用于初期雨水处理的复合材料。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料，该材料包括下述质量份数的原料：

进一步地，所述铝盐为硫酸铝粉末或聚合氯化铝粉末，所述粉末细度在10μm以下。

进一步地，所述吸附剂为活性炭粉末或活性氧化铝，其中活性炭粉末粒度为300目。

.进一步地，所述石蜡碎片，采用切片石蜡，用打碎机打碎至细小碎片，1mm以下细小碎片。

相应地，本发明还给出了一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料制备方法，包括下述步骤：

1)将铝盐用研磨粉碎机，全部打碎研磨至10μm以下；

2)将块状的切片石蜡用打碎机或者用小刀打碎到毫米等级；

3)称取10份铝盐粉末，2-3份硅藻土或粘土，2.5-3.5份石蜡碎片，1-1.5份300目活性炭粉末，在搅拌器中搅拌30-60min/混合均匀；搅拌器的转速设置在150r/min—300r/min之间；

4)将搅拌好的样品放入模具中，移至烘箱中90-150℃，烘3-24小时；

5)冷却成型，取出模具即得成品。

进一步地，所述烘箱的温度100℃-120℃之间。

进一步地，所述烘干时间在8-18小时之间。

进一步地，所述缓释混凝剂材料的铝离子的释放量小于0.0029mg/L·min。

进一步地，所述沉淀池悬浮物SS去除率在80％以上。

本发明充分利用石蜡加热融化的特性，通过加工获得的石蜡碎片，与其他组分均匀混合，放入模具中压实，在烘箱中加热，冷却成形后制得具有缓释性能的混凝复合材料。

本发明很好的将市面上现有的混凝剂与自制的缓释剂结合。填补了这一领域的空白，有效的节约了材料资源，并且在流动的初期雨水的处理中提出了一种全新的理念以及产品。本发明在缓释的基础上，由于复合材料中含一定量石蜡，进而很好保持了硫酸铝的缓释性，同时粉末活性炭的加入又能使复合材料更好加工成形，且活性炭粉末本身具有吸附效果，进一步增强处理效果。而硅藻土/粘土的加入起到支架作用的同时也可以进一步提高处理效果。不仅增加了缓释功能，更是在混凝的基础上加大了吸附，过滤的功效。

本发明主要解决的现有的技术问题：

1)现有混凝剂反应释放速度过快，在0.0009m³/min的最慢流量下几乎在3分钟内完全释放完，因此，现有混凝剂不适合应用于流速较大的水中。而本发明铝离子释放速度缓慢，在0.0009m³/min流量条件下，铝离子释放速度仅0.0009---0.0029mg/L，因此，本发明适合于流速较大初期雨水的处理。

2)现有投加的混凝剂全部一次反应，很容易造成浪费，且不具有可持续利用性。本发明在降雨时反应，雨停后自动停止反应，材料依旧成型，可应用于下次降雨过程。避免浪费，利用率极高。

本发明产生的效果优势：

1)在所有的有效成分全部释放完毕后，由于作为骨架成型的石蜡不溶于水，因此，不会对环境造成污染，用完后将石蜡取出，熔融成型后还可以用于下次的制备。实现可循环利用。且不会污染环境。

2)本发明在处理雨水中提出了一种全新的思路，由于本产品在雨水流动时反应，停止时自动停止反应，节省了人力操控的麻烦，节省了资金的投入。

附图说明

图1是铝离子浓度随时间变化曲线。

具体实施方式

下面给出具体实施例来进一步说明本发明制备方法。

本发明一种用于初期雨水处理的块状固体混凝剂缓释材料制备方法，包括下述步骤：

1)将铝盐用研磨粉碎机，全部打碎研磨至10μm以下，粉末如果研磨过大将会影响铝酸盐粉末在整个样品中分散的均匀度，也会影响样品最终释放的效果，因此，粉末一定要保证在10μm及以下。

2)将块状的切片石蜡用打碎机或者用小刀打碎到mm等级；石蜡起到最终的粘合固定作用，也是整个块状固体缓释剂缓释材料的核心，因此，为了最终能够均匀固定，均匀释放，需保证石蜡碎片在mm及其以下数量级。

3)称取10份铝盐粉末，2-3份硅藻土或粘土，2.5-3.5份石蜡碎片，1-1.5份300目活性炭粉末，在搅拌器中搅拌30-60min/混合均匀；搅拌器的转速设置在150r/min—300r/min之间。

4)将搅拌好的样品放入模具中，本发明所用模具的尺寸在于R＝7-10cm,H＝3-5cm的圆柱体玻璃材料模具，移至烘箱中90-150℃，烘3-24小时；在此时间范围内均可以保证样品成型且所有材料不变质，材料形状最佳。

5)冷却成型，取出模具即得成品。

其中，硅藻土/粘土，取其中的一种。这两种土均起到一定的粘固成型作用，不同的是，硅藻土同时在水中还可以起到过滤的作用，对水处理有一定的溢出。

石蜡碎片，采用切片石蜡，用打碎机打碎至细小碎片，1mm以下，可以保证石蜡碎片均匀地散落进其他药品当中，做到缓蚀剂最后的成型。

本发明烘箱的温度还可以在100℃-120℃之间，烘干时间在8-18小时之间。

下面给出实施例1-4分别说明本发明材料制备比例。

表1实施例1-4(下述材料以质量比计)

常温条件下不同样品释放速率的比较及最优化样品的确定。

在0.0009m³/min的最慢流量条件下，将3g的四个样品置于100ml锥形瓶中，放置在实验台上，每隔一段时间从搅拌的溶液中的同一位置抽取一滴反应液，随后进行稀释测定铝离子的释放量。得出释放速率曲线。

表2性能对比

表3每分钟释放量对比

每分钟平均释放量	3#	4#	5#	6#
					(mg/L)/min	0.0029	0.0011	0.0009	0.0016

从图1中可以看出本发明的释放效果，在相对流动速度较小的情况下，铝离子释放量很小，铝离子的释放量随时间增多，缓慢释放。且可以看出使用硫酸铝粉末效果要优于PAC粉末。

通过图1及表3可以看出，对比四张图的趋势，3#样品实施例1的折线图在曲线趋于平稳之前，样品中铝离子含量释放相对较多，对于初期雨水中浊度较大的现象相对于其他的几组样品更加具有优势，因此，对比之后选取5#样品实施例3样品作为最优化样品。

下述给出了对比例与本发明实施例比较，来进一步说明本发明效果。

对比例:市面上常用的几种混凝剂，由于在现有的技术中，市场上并没有采用缓释混凝剂的技术，因此，采用市面上常用的混凝剂作为对比例。

表3对比例配方

在流动速度1m/s的条件下连续测试实施例与对比例的释放速度，在相同的释放时间72h后测定所有流动部分水样SS的去除率。并进行对比。

表4实施例与对比例的性能测试结果对比

对比项目	实施例3	对照组1	对照组2	对照组3
					释放时间(h)	>72	0.2	0.6	2
SS去除率(％)	80	8	18	40

由于对照组的样品并没有缓释功效，因此对于流动速度较快的水样，整体处理能力较差。在刚开始测试时，对照组样品效果优于实施例，因为对照组样品中的有效成分大量释放，经过很短时间后，有效成分全部释放结束，并且随水流带走，使得后续水样得不到处理。因此处理效果很差。但是实施例由于具有缓释效果，因此每段水流通过时都有有效成分的释放，所以最终效果较好。

最优化样品在不同流速下的释放情况比较实验

选定实验的基本检测表如下：将上一组实验得到的最优化样品均分，得到重量和表面积基本相同的四个样品，作为不同流速下释放情况检测的四个对照组，选定四个不同的转速进行模拟实验。

表5不同的转速对铝离子释放速度的影响

可以明显的看出随转速的增加，铝离子释放速度加快，释放量增多。因此说明本产品在流速增加的情况下，可以释放更多量的混凝剂，满足处理效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，凡根据本发明精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料，其特征在于，该缓释混凝剂材料包括下述质量份数的原料：

2.根据权利要求1所述的用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料，其特征在于，所述铝盐为硫酸铝粉末或聚合氯化铝粉末，所述粉末细度在10μm以下。

3.根据权利要求1所述的用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料，其特征在于，所述吸附剂为活性炭粉末或活性氧化铝，其中活性炭粉末粒度为300目。

4.根据权利要求1所述的用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料，其特征在于，所述石蜡碎片，采用切片石蜡，用打碎机打碎至1mm以下细小碎片。

5.一种用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)将铝盐用研磨粉碎机，全部打碎研磨至10μm以下；

2)将块状的切片石蜡用打碎机或者用小刀打碎到毫米等级；

3)称取10份铝盐粉末，2-3份硅藻土或粘土，2.5-3.5份石蜡碎片，1-1.5份300目活性炭粉末，在搅拌器中搅拌30-60min/混合均匀；搅拌器的转速设置在150r/min—300r/min之间；

4)将搅拌好的样品放入模具中，移至烘箱中90-150℃，烘3-24小时；

5)冷却成型，取出模具即得成品。

6.根据权利要求5所述的用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料制备方法，其特征在于，所述烘箱的温度100℃-120℃之间。

7.根据权利要求5所述的用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料制备方法，其特征在于，所述烘干时间在8-18小时之间。

8.根据权利要求5所述的用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料制备方法，其特征在于，所述缓释混凝剂材料中铝离子的释放量小于0.0029mg/L·min。

9.根据权利要求5所述的用于初期雨水处理的固体缓释混凝剂材料制备方法，其特征在于，所述沉淀池悬浮物SS去除率在80以上％。