CN105753124B - 一种实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，涉及一种实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的制备方法，包括如下步骤：（1）将一定量的水加入到粉碎后的西瓜皮粉末中，浸取；（2）加入少量氢氧化钠溶液，加温反应；（3）可选择性地加入一定量的次氯酸钠和稳定剂，以获得具有不同效果和稳定性的混凝剂产品。本发明的技术能够制备一种西瓜皮利用率较高、制备成本较低、出水pH值在中性或弱碱性范围内、稳定性较好、水处理效果较优异，尤其是对色度、重金属去除效率较高的实现水中污染物去除的以西瓜皮为原料的混凝剂。本发明中的实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂可广泛应用于饮用水、城市污水、工业废水等领域。

Description

一种实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种实现水中污染物去除的以西瓜皮为原料的混凝剂的制备方法。
背景技术
凝剂是水和废水处理领域广泛应用的水处理剂，通过混凝过程实现其去除水中污染物的功能。在饮用水处理中，混凝剂通过混凝过程即可实现原水浊度、色度等相关理化指标的削减，也可实现水中多种有害物质及微生物的去除。混凝效果的好坏对后续水处理单元的运行工况、最终出水水质及水处理费用均有较大影响。因此高效、无毒、低价混凝剂的研发一直是混凝过程的核心技术。混凝剂包括无机类、有机类及微生物类。无机类混凝剂价格较低，稳定性较好，具有很大优势，但是对生物和环境均有一定程度的伤害。微生物类混凝剂基本无毒，但是其制备、储存、使用等均具有不稳定的特性，因而基本处于研究和探索的阶段。有机类混凝剂包括人工合成有机类和天然有机类，人工合成有机类高效、用量少，但是残留物对生物和环境也会造成较大危害，而天然有机类资源丰富、廉价、易降解、无毒，具有良好的环境接受性，并且针对毒性较小或无毒的原水，水处理之后产生的污泥完全可以农田回用，因此近年来得到了世界各国水处理领域专家的关注。
西瓜皮又称西瓜翠，为葫芦科植物西瓜的外层果皮。21世纪伊始，我国食品行业迅猛发展，产生了巨量的废弃物，瓜皮类废弃物属于农林废弃物的一种，其回收或再利用已成为普遍关注的热点问题。中国盛产西瓜，是世界生产与消费第一大国，其产量占世界的70%，许多省份均有大量种植，且出口较小，而西瓜皮约占西瓜总重量的33%，故而产生了巨量的西瓜皮废弃物。西瓜皮加工再利用的价值偏低，丢弃现象严重，随着西瓜食品加工行业的发展，西瓜皮相关性的垃圾随之剧增，如果得不到及时处理，则会在高温下发酵腐烂，不仅影响城市面貌还滋养蚊虫，影响人体健康，成为重要的环境负担。
西瓜皮成分复杂，包括糖、蛋白质、鞣质以及钙、铁、锌等多种无机元素。关于西瓜皮在环保领域的应用主要涉及其吸附性能方面，目前国内外有少许关于西瓜皮吸附性利用的专利，比如，一种利用西瓜皮淋洗去除污染土壤中镉的方法（CN201310712311.6），一种西瓜皮重金属吸附剂及其制备方法（CN201510522724.7）。其中CN201310712311.6提供了一种以西瓜皮为主要原料，以KCl为溶剂，制得西瓜皮淋洗液，淋洗农田镉污染土壤；CN201510522724.7公开了一种以西瓜皮为主要原料，以稻壳、海泡石粉、凹凸棒土、氯化钙、单宁酸、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、壬基酚聚氧乙烯醚、助剂4-6、水为主要配料制得的重金属吸附剂。上述关于西瓜皮在环保领域的应用均未涉及实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的制备技术。目前国内外文献数据库中，也未见以西瓜皮为主要原料制备的用于水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的相关报道。
发明内容
本发明主要目的是为综合利用西瓜皮开辟一种新的思路，要解决的技术问题是提供一种实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的制备方法，通过利用含有糖、蛋白质、鞣质以及钙、铁、锌等多种无机元素的西瓜皮制备水处理效能较优、适应范围较广的西瓜皮混凝剂。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
以下各组份均按重量百分比计：
（1）将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状；
（2）在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将20℃~70℃的60%~90%的水加入到10%~35%的粉末状西瓜皮中，搅拌3分钟~7分钟，然后在20℃~70℃的温度下持续加热0.2小时~4小时，得到提取混合液，备用；
（3）在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为20℃~70℃的条件下，将0.05%~4.5%的质量分数为20%~50%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌10分钟~25分钟，得到碱聚液，备用；
（4）在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为20℃~70℃的条件下，将0%~4.5%的质量分数为10%~13%的次氯酸钠溶液加入到上述碱聚液中，搅拌3分钟~10分钟，得到碱聚调和液，然后在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为20℃~70℃的条件下，将0%~0.018%的稳定剂加入到上述碱聚调和液中，搅拌3分钟~10分钟，室温下静置熟化，控制熟化时间为0.5小时~12小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品；
（5）采用逆向接触喷雾干燥法或自然晾干法或冷冻法将上述液体产品固体化，在逆向接触喷雾干燥法中，热空气流量为200m3/h~450m3/h，热空气进口温度为110℃~125℃，在自然晾干法中，将上述实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品自然晾干、粉碎，在冷冻法中，冷冻温度控制为-50℃~-10℃，制成实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂粉末状固形产品；
所用的氢氧化钠和次氯酸钠为工业级产品；
所用的稳定剂是有效组分的质量分数为14%~15%的工业级卡松溶液。
本发明具有如下优点：
1、由于本发明采用农林废弃物中的瓜果皮与水为主要原料，以低加入量的工业级氢氧化钠为辅助原料，降低了混凝剂的制备成本，同时由于本发明采用了低加入量的工业级氢氧化钠，处理之后的水的pH值在中性或弱碱性范围内，不需要额外加酸以降低出水的pH值，降低了水处理的成本。
2、本发明的生产过程为常压，反应釜温度要求为20℃~70℃，能耗低，生产过程无二次污染，生产设备和工艺过程简单、经济、实用，很好实现。
3、本发明中加入的卡松对混凝剂具有防腐作用，同时加入的次氯酸钠也具有延长混凝剂储存时间的功能，较好地提高了混凝剂的储存稳定性，同时本发明中加入的次氯酸钠还具有提高混凝剂除污染效果的作用。
4、本发明的西瓜皮混凝剂可应用于饮用水、城市污水、工业废水等领域。
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。
实施例1
将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将20℃的85L的水加入到10Kg的粉末状西瓜皮中，搅拌3分钟，然后在20℃的温度下持续加热0.2小时，得到提取混合液，备用。在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为20℃的条件下，将0.1L的质量分数为20%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌10分钟，得到碱聚液，室温下静置熟化，控制熟化时间为0.5小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品。
实施例2
将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将50℃的300L的水加入到60Kg的粉末状西瓜皮中，搅拌5分钟，然后在50℃的温度下持续加热1小时，得到提取混合液，备用。在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将5L的质量分数为30%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌10分钟，得到碱聚液，备用。在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将3L的质量分数为10%的次氯酸钠溶液加入到上述碱聚液中，搅拌3分钟，得到碱聚调和液，室温下静置熟化，控制熟化时间为12小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品。
实施例3
将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将50℃的120L的水加入到30Kg的粉末状西瓜皮中，搅拌3分钟，然后在50℃的温度下持续加热0.5小时，得到提取混合液，备用。在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将3L的质量分数为40%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌20分钟，得到碱聚液，备用。在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将3L的质量分数为13%的次氯酸钠溶液加入到上述碱聚液中，搅拌5分钟，得到碱聚调和液，然后在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将0.01L的有效组分的质量分数为14%~15%的卡松溶液加入到上述碱聚调和液中，搅拌3分钟，室温下静置熟化，控制熟化时间为12小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品。
实施例4
将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将20℃的85L的水加入到10Kg的粉末状西瓜皮中，搅拌3分钟，然后在20℃的温度下持续加热0.2小时，得到提取混合液，备用。在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为20℃的条件下，将0.1L的质量分数为20%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌10分钟，得到碱聚液，室温下静置熟化，控制熟化时间为0.5小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品。采用逆向接触喷雾干燥法将上述液体产品固体化，热空气流量为450m3/h，热空气进口温度为110℃~125℃，制成实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂粉末状固形产品。
实施例5
将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将50℃的300L的水加入到60Kg的粉末状西瓜皮中，搅拌5分钟，然后在50℃的温度下持续加热1小时，得到提取混合液，备用。在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将5L的质量分数为30%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌10分钟，得到碱聚液，备用。在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将3L的质量分数为10%的次氯酸钠溶液加入到上述碱聚液中，搅拌3分钟，得到碱聚调和液，室温下静置熟化，控制熟化时间为12小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品。采用自然晾干法将上述液体产品固体化，将上述水处理用香蕉皮高分子混凝剂液体产品自然晾干、粉碎，制成实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂粉末状固形产品。
实施例6
将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状。在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将50℃的120L的水加入到30Kg的粉末状西瓜皮中，搅拌3分钟，然后在50℃的温度下持续加热0.5小时，得到提取混合液，备用。在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将3L的质量分数为40%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌20分钟，得到碱聚液，备用。在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将3L的质量分数为13%的次氯酸钠溶液加入到上述碱聚液中，搅拌5分钟，得到碱聚调和液，然后在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为50℃的条件下，将0.01L的有效组分的质量分数为14%~15%的卡松溶液加入到上述碱聚调和液中，搅拌3分钟，室温下静置熟化，控制熟化时间为12小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品。采用冷冻法将上述液体产品固体化，冷冻温度控制为-20℃，制成实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂粉末状固形产品。
应用实例1
将以上实施例1、2、3制备的No.1、2、3实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂产品以及聚合铝铁（PAF）用于高岭土与腐植酸配制的模拟水样的混凝处理。原水浊度为52~75NTU，pH值为8.41~8.56，色度为0.278~0.487 CU，水温为16℃。处理结果列于表1、表2。
表1 实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂与PAF混凝效果的对比，投药量为0.5mL
混凝剂 No.1 No.2 No.3 PAF
除浊效率（%） 77 85 89 65
除色效率（%） 62 67 65 45
表2 实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂与PAF混凝效果的对比，投药量为1.5mL
混凝剂 No.1 No.2 No.3 PAF
除浊效率（%） 94 97 96 94
除色效率（%） 89 93 93 62
从以上处理结果可见，与聚合铝铁（PAF）相比，实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂具有较优异的除浊、除色性能。
应用实例2
将以上实施例1、2、3制备的No.1、2、3实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂产品以及聚合铝铁（PAF）用于高岭土与重金属配制的模拟水样的混凝处理。原水浊度为43~56NTU，pH值为7.54~8.24，Pb2+为0.5 mg/L，水温为16℃。处理结果列于表3。
表3 实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂与PAF混凝去除Pb2+的对比，投药量为1.5 mL
混凝剂 No.1 No.2 No.3 PAF
除浊效率（%） 93 95 92 90
去除Pb2+效率（%） 89 95 89 72
从以上处理结果可见，与聚合铝铁（PAF）相比，实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂具有较优异的Pb2+去除性能。

Claims (2)

1.一种实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的制备方法，其特征在于，具体涉及下述顺序的步骤，所有百分数为重量百分比：
（1）将西瓜皮烘干，并粉碎成粉末状；
（2）在100转/分钟~200转/分钟的搅拌速度下，将20℃~70℃的60%~90%的水加入到10%~35%的粉末状西瓜皮中，搅拌3分钟~7分钟，然后在20℃~70℃的温度下持续加热0.2小时~4小时，得到提取混合液，备用；
（3）在300转/分钟~800转/分钟的搅拌速度及温度为20℃~70℃的条件下，将0.05%~4.5%的质量分数为20%~50%的氢氧化钠溶液加入到上述提取混合液中，搅拌10分钟~25分钟，得到碱聚液，备用；
（4）在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为20℃~70℃的条件下，将0%~4.5%的质量分数为10%~13%的次氯酸钠溶液加入到上述碱聚液中，搅拌3分钟~10分钟，得到碱聚调和液，然后在100转/分钟~300转/分钟的搅拌速度及温度为20℃~70℃的条件下，将0%~0.018%的稳定剂加入到上述碱聚调和液中，搅拌3分钟~10分钟，室温下静置熟化，控制熟化时间为0.5小时~12小时，制得实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品；
（5）采用逆向接触喷雾干燥法或自然晾干法或冷冻法将上述液体产品固体化，在逆向接触喷雾干燥法中，热空气流量为200m3/h~450m3/h，热空气进口温度为110℃~125℃，在自然晾干法中，将上述实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂液体产品自然晾干、粉碎，在冷冻法中，冷冻温度控制为-50℃~-10℃，制成实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂粉末状固形产品。
2.根据权利要求1所述的实现水中污染物去除的西瓜皮混凝剂的制备方法，其特征在于所用的稳定剂是有效组分的质量分数为14%~15%的工业级卡松溶液。
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