CN105060428B

CN105060428B - 一种多相多功能聚合钛铁复合药剂在处理低温低浊二级生化出水中的应用

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Publication number: CN105060428B
Application number: CN201510412600.3A
Authority: CN
Inventors: 付英; 付旻舸; 王景芝; 陆宁宁
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-07-14
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: CN105060428A

Abstract

本发明属于水处理技术领域，提供了一种多相多功能聚合钛铁复合药剂在处理低温低浊二级生化出水中的应用，该复合药剂由下述组分组成：废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉73~94.5%、粉末活性炭4.5~26%、聚丙烯酸钠0.5~1.5%，其应用包括下述步骤：首先以上述组分为原料制得聚合钛铁复合药剂；然后将该药剂以固体形式直接投加，混凝沉淀过程为：以300转/分钟的速度搅拌20s，然后分别以70转/分钟、50转/分钟、30转/分钟搅拌3分钟、4分钟、8分钟，沉淀15分钟。本发明可针对不同水质改变复合药剂中各组分的相对含量，优化有效组分，且用量小，节约成本。本发明生产过程为常压，工艺简单、容易实现。本发明的复合药剂可应用于低温低浊水、低温低浊二级生化出水等领域。

Description

一种多相多功能聚合钛铁复合药剂在处理低温低浊二级生化出水中的应用

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种多相多功能复合药剂，尤其是涉及一种聚合钛铁复合药剂在处理低温低浊二级生化出水中的应用。

背景技术

在冬天，一些工业废水的二级生化出水具有颗粒浓度低、浊度低等特征，同时可能还具有色度较高的特征，若需要三级处理或深度处理，则与低温低浊水的特征有些类似，如染料废水的二级生化出水。低温低浊水是比较难处理的一种水，具有粘度大、颗粒尺寸小且分布均匀、絮凝反应慢、矾花不易沉降等特征。影响低温低浊水处理的原因主要有温度、颗粒浓度、有机物等因素。较低的温度使药剂水解缓慢，水的粘度增大，颗粒碰撞几率降低，不利于矾花的成长；低浊水意味着水中颗粒的浓度较低，部分颗粒会失去碰撞机会；有机物使胶体表面电荷增加，小尺寸颗粒则进一步强化了胶体的稳定性。

染料在人类社会的使用已有数千年之久，目前在全球的使用量非常大，具有极难生化处理的特性。使用染料最多的行业为纺织品、染色、造纸、皮革及涂料等工业，每年因使用的染料进入环境中而造成的污染占染料使用量的10~15%，对环境造成了不可估量的污染后果，三级处理或深度处理则是进一步去除有机物、色度、SS等污染物以达到排放标准或回用的最后屏障。

工业废水三级处理或深度处理技术中，混凝单元是首选方法之一。而目前处理低温低浊类水的技术涉及混凝剂的优选、助凝剂的使用、加载絮凝，其中混凝药剂的选择及升级始终是该类水处理的重点技术。目前，对于该类技术中的混凝药剂一般为铁系和铝系，前者略优于后者，但是由于该类水的独特性质以及这两类药剂各自的缺陷，使其处理效果一直不尽人意。

钛白粉是目前世界上性能最好的一种白色颜料，我国不仅是世界最大的钛白粉生产国，也是世界最大的钛白粉消费国。目前，我国多采用硫酸法生产钛白粉，该方法工艺技术成熟，设备简单，成本低，但是生产过程会产生大量废弃物及副产品，其中废酸压滤饼是其废弃物之一，主要以钛、铁等为主要元素，该废料附加值较低。钛是水处理药剂中的崭新元素，无毒，目前关于含钛水处理剂的专利，涉及CN 101870512 A、CN 100406396 C、CN102976462A等，分别以含钛高炉渣和四价钛盐为主要原料。专利2014104566155以偏钛酸废料（即废酸压滤饼）为主要原料。这些水处理药剂虽然含有钛元素，但是均为单相组成，水处理效果较单一，因此为提高其多功能效果并拓展其在较难处理水中的应用领域，开发一种无毒、低成本、多功能的含钛水处理药剂很有必要。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，以及为拓展含钛水处理药剂在水处理中的应用，提供了一种多相多功能聚合钛铁复合药剂在处理二级生化出水处理中的应用，该聚合钛铁复合药剂以钛白粉生产过程中产生的废酸压滤饼为主要原料，以粉末活性炭、高锰酸钾和聚丙烯酸钠为添加剂，兼具金属元素钛、铁的絮凝功能，高锰酸钾残余的氧化功能及其反应后产生的微细颗粒的初级核子作用，粉末活性炭的吸附作用，对于二级生化出水具有良好的处理效果，该药剂经检测为无毒。

本发明提供了一种多相多功能聚合钛铁复合药剂，由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为73~94.5%、4.5~26%、0.5~1.5%。

其中所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉，其制备方法如下：

首先在搅拌速度为200~300转/分钟及温度为35~40℃的条件下，将废酸压滤饼与水混合，获得一种粘稠状白色乳浊液，将温度提高到90~100℃，将质量分数为70~90%的硫酸溶液加入到上述粘稠状白色乳浊液中浸取，浸取时间为0.5~1小时，过滤，获得滤液；然后在搅拌速度为600~800转/分钟及室温的条件下，将17mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述滤液中，调节pH值为2~4，获得混合液；在200~300转/分钟的搅拌速度及室温下，将高锰酸钾加入到上述混合液中，搅拌4 ~7分钟，停止搅拌，静置聚合24~36小时，得到聚合液；应用逆向接触喷雾干燥方法将上述聚合液固化，热空气流量为120~170m³/h，热空气进口温度为110~120℃，制成废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉；

其中聚合液的各组分的质量百分比组成为：废酸压滤饼7~27.5%、水7~27.5%、质量分数为70~90%的硫酸溶液12~34.5%、17mol/L的氢氧化钠溶液10.5~32%、高锰酸钾3~14%，所述的百分比为各组分质量占所述聚合液总质量的百分比。

所述的废酸压滤饼为钛白粉生产水洗工艺中产生的湿式固体废弃物；

所述的粉末活性炭、聚丙烯酸钠、硫酸溶液、氢氧化钠溶液、高锰酸钾均为工业级产品。

在本发明一较佳的实施例中，所述的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为73~94.5%、4.5~26%、0.5~1.5%；

其中所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉，其制备方法如下，所述的百分比为各组分质量占所述聚合液总质量的百分比：

首先在搅拌速度为200~300转/分钟及温度为35~40℃的条件下，将7~27.5%的废酸压滤饼与7~27.5%的水混合，获得一种粘稠状白色乳浊液，将温度提高到90~100℃，将12~34.5%的质量分数为70~90%的硫酸溶液加入到上述粘稠状白色乳浊液中浸取，浸取时间为0.5~1小时，过滤，获得滤液；然后在搅拌速度为600~800转/分钟及室温的条件下，将10.5~32%的17mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述滤液中，调节pH值为2~4，获得混合液；在200~300转/分钟的搅拌速度及室温下，将3~14%的高锰酸钾加入到上述混合液中，搅拌4 ~7分钟，停止搅拌，静置聚合24~36小时，得到聚合液；应用逆向接触喷雾干燥方法将上述聚合液固化，热空气流量为120~170m³/h，热空气进口温度为110~120℃，制成废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉。

在本发明另一较佳的实施例中，所述的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为75.8%、23%、1.2%；

首先在搅拌速度为200~300转/分钟及温度为35~40℃的条件下，将5Kg的废酸压滤饼与6.5L的水混合，获得一种粘稠状白色乳浊液，将温度提高到90~100℃，将2.5L的质量分数为90%的硫酸溶液加入到上述粘稠状白色乳浊液中浸取，浸取0.5小时，过滤，获得滤液；然后在搅拌速度为600~800转/分钟及室温的条件下，将3.2L的17mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述滤液中，调节pH值为4，获得混合液；在200~300转/分钟的搅拌速度及室温下，将3Kg高锰酸钾加入到上述混合液中，搅拌7分钟，停止搅拌，静置聚合24小时，得到聚合液；应用逆向接触喷雾干燥方法将上述聚合液固化，热空气流量为120m³/h，热空气进口温度为110℃，制成废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉。

在本发明又一较佳的实施例中，所述的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为75.8%、23%、1.2%；

首先在搅拌速度为200~300转/分钟及温度为35~40℃的条件下，将5Kg的废酸压滤饼与5L的水混合，获得一种粘稠状白色乳浊液，将温度提高到90~100℃，将2.5L的质量分数为90%的硫酸溶液加入到上述粘稠状白色乳浊液中浸取，浸取1小时，过滤，获得滤液；然后在搅拌速度为600~800转/分钟及室温的条件下，将2.3L的17mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述滤液中，调节pH值为2.5，获得混合液；在200~300转/分钟的搅拌速度及室温下，将0.8Kg高锰酸钾加入到上述混合液中，搅拌4分钟，停止搅拌，静置聚合36小时，得到聚合液；应用逆向接触喷雾干燥方法将上述聚合液固化，热空气流量为140m³/h，热空气进口温度为120℃，制成废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉。

本发明还提供了一种上述聚合钛铁复合药剂的合成技术方案，所述的合成技术方案步骤如下：

（1）在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将聚丙烯酸钠加入到所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为8~15分钟，获得混合粉；

（2）在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将粉末活性炭加入到上述混合粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为5~10分钟，即得聚合钛铁复合药剂；

步骤（2）中，所述的混合搅拌均匀结束后较佳地将所述聚合钛铁复合药剂置于干燥密封容器中，于阴凉处存放。

本发明人还提供了一种上述聚合钛铁复合药剂在三级处理或深度处理低温低浊二级生化出水中的应用：

所述的聚合钛铁复合药剂三级处理或深度处理低温低浊二级生化出水时作为混凝剂以固体形式直接投加；

所述的聚合钛铁复合药剂在三级处理或深度处理低温低浊二级生化出水时采用的混凝沉淀过程为：首先采用300转/分钟的速度搅拌20s，然后分别以70转/分钟、50转/分钟、30转/分钟的速度搅拌3分钟、4分钟、8分钟，沉淀15分钟。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明以废酸压滤饼、高锰酸钾和粉末活性炭为原料合成的聚合钛铁复合药剂，综合了其各组分的絮凝、氧化、初级核子、吸附等优势，较单一使用聚合钛铁药剂效果好。

2、本发明通过改变废酸压滤饼与高锰酸钾、粉末活性炭的相对含量，可以合成倾向于其中某一种组分或某两种组分独特特征的水处理药剂，进而可以针对不同水质的二级生化出水三级处理或深度处理的特征需求，进行有目的的高效去除某些污染物，优化了药剂的有效成分，且用量小，节约成本。

3、本发明以聚丙烯酸钠为稳定剂和分散剂，使聚合钛铁复合药剂的各组分能够均匀混合，并延长储存时间3~6个月。

4、本发明聚合钛铁复合药剂产生的污泥经过简单洗涤、煅烧、再生处理后可以作为吸附剂回用。

5、本发明采用的温度范围为室温~120℃，搅拌速度范围为100~800转/分钟，较节省能源，且生产过程为常压，工艺简单、很容易实现。

6、本发明合成的聚合钛铁复合药剂，可应用于低温低浊水、二级生化出水等领域，尤其适用于色度较高、有机物含量较高的低温低浊水和二级生化出水的处理。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。

所用的低温低浊二级生化出水取自印染废水，水温为11℃，浊度为25NTU，pH值为10.85，COD_Cr为200mg/L，色度为80度。投药量以2.5g药剂/1L水样计。混凝沉淀过程为：首先采用300转/分钟的速度搅拌20s，然后分别以70转/分钟、50转/分钟、30转/分钟的速度搅拌3分钟、4分钟、8分钟，沉淀15分钟，抽取距液面2厘米处上清液进行浊度、有机物和色度的测定。

实施例1

本实施例的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为75.8%、23%、1.2%。

本实施例的聚合钛铁复合药剂的合成技术方案，所述的合成技术方案步骤如下：

（1）在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将聚丙烯酸钠加入到所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为10分钟，获得混合粉；

（2）在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将粉末活性炭加入到上述混合粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为10分钟，即得聚合钛铁复合药剂。

本实施例的实验水样为印染废水的低温低浊二级生化出水，采用本实施例的聚合钛铁复合药剂作为混凝剂，以固体形式直接投加。处理结果如下：浊度去除率90%，COD_Cr去除率79%，色度去除率55%。

实施例2

本实施例的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为75.8%、23%、1.2%；

（1）在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将聚丙烯酸钠加入到所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为15分钟，获得混合粉；

本实施例的实验水样为印染废水的低温低浊二级生化出水，采用本实施例的聚合钛铁复合药剂作为混凝剂，以固体形式直接投加。处理结果如下：浊度去除率79%，COD_Cr去除率74.5%，色度去除率60%。

对比例1

本对比例的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为98.8%、1.2%。

本对比例的聚合钛铁复合药剂的合成技术方案如下：在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将聚丙烯酸钠加入到所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为10分钟，即得。

本对比例的实验水样为印染废水的低温低浊二级生化出水，采用本对比例的聚合钛铁复合药剂作为混凝剂，以固体形式直接投加。处理结果如下：浊度去除率68%，COD_Cr去除率70%，色度去除率35%。

从以上处理结果可见，本发明的多相多功能聚合钛铁复合药剂对印染废水低温低浊二级生化出水混凝效果良好，尤其对色度及有机物具有优异的去除效果。

Claims

1.一种多相多功能聚合钛铁复合药剂在低温低浊二级生化出水中的应用，其特征在于，所述的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为73~94.5%、4.5~26%、0.5~1.5%；

首先在搅拌速度为200~300转/分钟及温度为35~40℃的条件下，将7~27.5%的废酸压滤饼与7~27.5%的水混合，获得一种粘稠状白色乳浊液，将温度提高到90~100℃，将12~34.5%的质量分数为70~90%的硫酸溶液加入到上述粘稠状白色乳浊液中浸取，浸取时间为0.5~1小时，过滤，获得滤液；然后在搅拌速度为600~800转/分钟及室温的条件下，将10.5~32%的17mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述滤液中，调节pH值为2~4，获得混合液；在200~300转/分钟的搅拌速度及室温下，将3~14%的高锰酸钾加入到上述混合液中，搅拌4 ~7分钟，停止搅拌，静置聚合24~36小时，得到聚合液；应用逆向接触喷雾干燥方法将上述聚合液固化，热空气流量为120~170m³/h，热空气进口温度为110~120℃，制成废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉；

所述的聚合钛铁复合药剂在低温低浊二级生化出水中的应用包括下述步骤：

（1）在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将聚丙烯酸钠加入到所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为8~15分钟，获得混合粉；在100~300转/分钟的搅拌速度及室温的条件下，将粉末活性炭加入到上述混合粉中，混合搅拌均匀，控制搅拌时间为5~10分钟，即得聚合钛铁复合药剂；

（2）将所述的聚合钛铁复合药剂以固体形式直接投加，采用的混凝沉淀过程为：首先采用300转/分钟的速度搅拌20s，然后分别以70转/分钟、50转/分钟、30转/分钟的速度搅拌3分钟、4分钟、8分钟，沉淀15分钟。

2.如权利要求1所述的聚合钛铁复合药剂在低温低浊二级生化出水中的应用，其特征在于，所述的废酸压滤饼为钛白粉生产水洗工艺中产生的湿式固体废弃物。

3.如权利要求1所述的聚合钛铁复合药剂在低温低浊二级生化出水中的应用，其特征在于，所述的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为75.8%、23%、1.2%；

其中所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉在其制备过程中的聚合液的组成为：废酸压滤饼20%、水27.3.%、质量分数为70~90%的硫酸溶液19.2%、17mol/L的氢氧化钠溶液19.9%、高锰酸钾12.6%，所述的百分比为各组分质量占所述聚合液总质量的百分比。

4.如权利要求1所述的聚合钛铁复合药剂在低温低浊二级生化出水中的应用，其特征在于，所述的聚合钛铁复合药剂由废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉、粉末活性炭、聚丙烯酸钠组成，其中各组分的质量百分比组成为75.8%、23%、1.2%；

其中所述的废酸压滤饼与高锰酸钾合成粉在其制备过程中的聚合液的组成为：废酸压滤饼26.6%、水26.6.%、质量分数为70~90%的硫酸溶液24.4%、17mol/L的氢氧化钠溶液18.2%、高锰酸钾4.2%，所述的百分比为各组分质量占所述聚合液总质量的百分比。