CN106946329B

CN106946329B - 一种快速处理黑臭水体的絮凝剂及其制备方法

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Publication number: CN106946329B
Application number: CN201710203729.2A
Authority: CN
Inventors: 马伟芳; 张文俊; 严玉林
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: CN106946329A

Abstract

本发明属于黑臭水体快速治理技术领域，具体涉及一种快速处理黑臭水体的絮凝剂及其制备方法。本发明絮凝剂由75‑85质量份的骨料和15‑25质量份的添加剂组成。所述骨料由改性粉煤灰和改性沸石按照质量比(55～60)：(20～25)混合组成；所述添加剂由磺化炭、膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石按照质量比为(3～5)：(5～10)：(3～5)：(3～5)：(1～3)混合组成。本发明絮凝剂的原料来源广泛、价格低廉、实现了工业废弃物的二次利用，其制备方法简单；本发明絮凝剂采用分段搅拌混合法处理黑臭水体，其净化效率高，可有效去除黑臭水体中的重金属、有机污染物氮和磷，且无二次污染物溶出，黑臭水处理后各项技术指标满足水体不黑不臭的标准，具有良好的经济社会效益。

Description

一种快速处理黑臭水体的絮凝剂及其制备方法

技术领域

本发明属于黑臭水体快速治理技术领域，具体涉及一种快速处理黑臭水体的絮凝剂及其制备方法。

背景技术：

黑臭水体的形成大多是由于未经处理的污水随意排放和一些垃圾的随意倾倒，黑臭水体大多呈现令人不悦的颜色和(或)散发令人不适的气味。随着我国经济快速发展和人口剧增，城市不断扩张，而城市环境基础设施建设滞后，导致城市水体普遍污染严重，水体出现季节性或终年黑臭。城市黑臭水体的生态结构严重失衡，给居民带来极差的感官体验，目前已成为突出的水环境问题。近年来，黑臭水体的范围和程度不断加剧，在全国大部分城市河段中，流经繁华区域的水体绝大部分受到不同程度的污染，尤其是各大流域的二级与三级支流的黑臭问题更加突出，且劣化程度逐年提高。

传统的混凝沉淀技术对黑臭水的处理效果较差，污泥产生量较高，且净化后的水体水质不容易保持。吸附-混凝法是黑臭水体处理中较为成熟有效的方法之一，吸附剂种类很多，最常见的是活性炭，其作为传统常用的吸附剂对黑臭水体中有机物的吸附能力强，去除率高，但价格贵，应用受到限制。近年来人们探索了天然吸附剂，如沸石、膨润土、矿物材料、果胶等，并研制了很多新型吸附剂。粉煤灰是燃煤热电厂排出的一种废弃物，有着良好的吸附性能，特别是对于染色废水及有机物有较好的脱色去除效果，同时对于水体中的磷也有一定的吸附作用。经过改性的沸石能够形成专性吸附位点，吸附比表面积得到增大，吸附能力得到提高。虽然单独采用粉煤灰或者沸石处理黑臭水体能够取得较好的效果，但是用量大且处理效率低，不能快速高效地处理黑臭水体。

因此，在实际工程应用中，为实现对黑臭水体的快速净化，开发一种同时具有吸附、混凝和絮凝功能的微絮凝剂具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种快速处理黑臭水体的絮凝剂及其制备方法，具体技术方案如下：

一种快速处理黑臭水体的絮凝剂由75-85质量份的骨料和15-25质量份的添加剂组成；所述骨料由改性粉煤灰和改性沸石组成；所述添加剂由磺化炭、膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石组成。

所述改性粉煤灰和改性沸石的质量比为(55～60)：(20～25)。

所述磺化炭、膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石的质量比为(3～5)：(5～10)：(3～5)：(3～5)：(1～3)。

所述类水滑石为铁铝类水滑石或镁铝类水滑石，优选铁铝类水滑石。

一种快速处理黑臭水体的絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将粉煤灰和沸石粉碎，经酸改性，碱改性后，清洗烘干，得到骨料；

2)将膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石粉碎，与磺化炭混合均匀，得到添加剂；

3)将步骤1)中骨料和步骤2)中添加剂搅拌混合，过筛，得到絮凝剂。

步骤1)中粉碎后粉煤灰和沸石的粒度为200目以下。

步骤1)中酸改性的酸为1mol/L的硫酸、盐酸或硝酸，酸改性条件为：温度70～80℃，时间12～24h；碱改性的碱为1mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾，碱反应条件为：温度80～100℃，压力0.2～0.3MPa，时间12～24h；酸反应和碱反应均在带搅拌功能的反应釜内进行。

步骤2)中磺化炭的制备方法为：玉米芯粉碎后加热，加入磺化剂进行磺化反应，结束后冲洗干净，即得磺化炭。

粉碎后玉米芯的粒径为1～3mm，加热在限氧马弗炉中进行，加热温度为400～600℃，加热时间为2～4h。

所述磺化剂为质量分数98％的浓硫酸或SO₃质量百分比浓度为25-35％的发烟硫酸，磺化反应在聚四氟反应釜中进行，反应温度为100～150℃，反应时间为12～24h。

步骤2)中粉碎后膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石的粒度为300目以下。

步骤3)中过筛用300目筛子。

一种快速处理黑臭水体的方法，将所述的絮凝剂投入黑臭水中，以200～300r/min搅拌0.5～1min，再以120-150r/min搅拌5～10min，再以60-80r/min搅拌3～5min，最后沉淀10～20min。

所述絮凝剂的用量为0.3～1％质量份。

本发明的有益效果为：

1、本发明絮凝剂的原料来源广泛、价格低廉、实现了工业废弃物的二次利用，吸附容量大、干粉投加占地面积小、处理效果好，制备方法简单。

2、本发明絮凝剂采用分段搅拌混合法处理黑臭水体，其净化效率高，可有效去除黑臭水中的重金属、有机污染物氮和磷，且无二次污染物溶出，黑臭水处理后各项技术指标满足水体不黑不臭的标准，具有良好的经济社会效益。

附图说明

图1为实施例1制备的絮凝剂实物图。

图2为实施例1制备的絮凝剂的SEM图像。

图3为实施例1制备的絮凝剂的能谱分析图。

图4为实施例1制备的絮凝剂的XRD分析图。

图5为实施例2制备的絮凝剂的SEM图像。

图6为实施例2制备的絮凝剂的能谱分析图。

图7为实施例2制备的絮凝剂的XRD分析图。

具体实施方式

本发明提出了一种快速处理黑臭水体的絮凝剂及其制备方法，下面结合具体实施例对本发明作进一步介绍。

本发明快速处理黑臭水体的絮凝剂由骨料和添加剂组成，骨料由改性粉煤灰和改性沸石组成，添加剂由磺化炭、膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石组成。絮凝剂通过骨料改性、添加剂制备、物料混合制备。絮凝剂通过干式投加、分段快速搅拌混合和沉淀来实现黑臭水体的快速处理。

实施例1：絮凝剂的制备及其吸附性能测试

(1)将55质量份的粉煤灰和20质量份的沸石粉碎到200目以下，置于带搅拌功能的反应釜内，加入1mol/L的硫酸并于75℃反应24h，用蒸馏水冲洗干净，然后加入1mol/L的氢氧化钠并于90℃，0.2MPa条件下反应24h，用蒸馏水冲洗干净，烘干，得到骨料；

(2)将玉米芯粉碎到2mm，然后在550℃的限氧马弗炉中加热4h，然后在150℃的聚四氟反应釜中用98％的浓硫酸磺化24h，后用蒸馏水冲洗干净，得到磺化炭；

(3)将膨润土、煤矸石、杭锦土和铁铝类水滑石粉碎到300目以下，将5质量份的膨润土、3质量份的煤矸石、3质量的份杭锦土和1质量份的类水滑石与3质量份步骤(2)中的磺化炭混合均匀，得到添加剂；

(4)将步骤(1)中75质量份的骨料和步骤(2)中15质量份的添加剂搅拌混合，过300目的筛子，制成絮凝剂。

图1为制备的絮凝剂实物图，图2为制备的絮凝剂的SEM图像，图3为制备的絮凝剂的能谱分析图，图4为制备的絮凝剂的XRD分析图。

由图2SEM图像可知，经过改性的粉煤灰-沸石颗粒滤料表面形成了细小结晶，说明改性后比表面积增大，吸附作用增强。由图4XRD分析图可知，经过改性的粉煤灰-沸石颗粒滤料中石英和莫来石衍射峰都有明显的下降，形成了新的表面和活性点。

吸附性能测试：

将实施例1制备的干粉絮凝剂以0.5％质量份投入葆李沟黑臭水体中，以200r/min搅拌0.5min，再以120r/min搅拌5min，再以60r/min搅拌3min，最后沉淀10min。

对黑臭水体的处理结果如表1所示，实施例1制备的絮凝剂对黑臭水体中重金属砷和汞的去除率大于70％，对有机污染物、氨氮和总磷去除率大于95％，实现了黑臭水体的快速净化，处理后的水体中重金属砷<0.1mg/L，汞<0.001mg/L，COD(化学需氧量)<30mg/L，氨氮<1.5mg/L，总磷<0.3mg/L，各项技术指标达到了地表水环境质量IV类标准，实现了水体的不黑不臭。

表1实施例1絮凝剂对黑臭水体的处理结果

实施例2：絮凝剂的制备及其吸附性能测试

(1)将60质量份的粉煤灰和25质量份的沸石粉碎到200目以下，置于带搅拌功能的反应釜内，加入1mol/L的硫酸并于75℃反应24h，用蒸馏水冲洗干净，然后加入1mol/L的氢氧化钠并于90℃，0.2MPa条件下反应24h，用蒸馏水冲洗干净，烘干，得到骨料；

(3)将膨润土、煤矸石、杭锦土和铁铝类水滑石粉碎到300目以下，将10质量份的膨润土、5质量份的煤矸石、5质量的份杭锦土和3质量份的类水滑石与5质量份步骤(2)中的磺化炭混合均匀，得到添加剂；

(4)将步骤(1)中85质量份的骨料和步骤(2)中25质量份的添加剂搅拌混合，过300目的筛子，制成絮凝剂。

图5为制备的絮凝剂的SEM图像，图6为制备的絮凝剂的能谱分析图，图7为制备的絮凝剂的XRD分析图。

由图5SEM图像可知，改性后的粉煤灰-沸石颗粒滤料比表面积增大，吸附絮凝作用增强。由图7XRD分析图可知，经过改性的粉煤灰-沸石颗粒滤料中活性点位增多。

吸附性能测试：

将实施例2制备的干粉絮凝剂以0.5％质量份投入葆李沟黑臭水体中，以300r/min搅拌1min，再以150r/min搅拌10min，再以80r/min搅拌5min，最后沉淀20min。

对黑臭水体中重金属砷和汞去除率大于70％，对COD(化学需氧量)、氨氮和总磷的去除率都大于95％，实现了黑臭水体的快速净化，处理后的水体不黑不臭。

对黑臭水体的处理结果如表2所示，实施例2制备的絮凝剂对黑臭水体中重金属砷和汞的去除率大于70％，对有机污染物、氨氮和总磷去除率大于95％，实现了黑臭水体的快速净化，处理后的水体中重金属砷<0.1mg/L，汞<0.001mg/L，COD(化学需氧量)<30mg/L，氨氮<1.5mg/L，总磷<0.3mg/L，各项技术指标达到了地表水环境质量IV类标准，实现了水体的不黑不臭。

表2实施例2絮凝剂对黑臭水体的处理结果

Claims

1.一种快速处理黑臭水体的絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将粉煤灰和沸石粉碎，经酸改性，碱改性后，清洗烘干，得到骨料；

2）将膨润土、杭锦土与煤矸石、类水滑石粉碎，与磺化炭混合均匀，得到添加剂；

3）将步骤1）中骨料和步骤2）中添加剂搅拌混合，过筛，得到絮凝剂；

絮凝剂由75-85质量份的骨料和15-25质量份的添加剂组成；所述骨料由改性粉煤灰和改性沸石组成；所述添加剂由磺化炭、膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石组成，所述磺化炭、膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石的质量比为（3~5）：（5~10）：（3~5）：（3~5）：（1~3），所述改性粉煤灰和改性沸石的质量比为（55~60）：（20~25），所述类水滑石为铁铝类水滑石或镁铝类水滑石；

步骤1）中酸改性的酸为1mol/L的硫酸、盐酸或硝酸，酸改性条件为：温度70~80℃，时间12~24h；碱改性的碱为1mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾，碱反应条件为：温度80~100℃，压力0.2~0.3MPa，时间12~24h；酸反应和碱反应均在带搅拌功能的反应釜内进行；

步骤2）中磺化炭的制备方法为：玉米芯粉碎后加热，加入磺化剂进行磺化反应，结束后冲洗干净，即得磺化炭；粉碎后玉米芯的粒径为1~3mm，加热在限氧马弗炉中进行，加热温度为400~600℃，加热时间为2~4h；

所述磺化剂为质量分数98%的浓硫酸或SO₃质量百分比浓度为25-35%的发烟硫酸，磺化反应在聚四氟反应釜中进行，反应温度为100~150℃，反应时间为12~24h。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中粉碎后粉煤灰和沸石的粒度为200目以下。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中粉碎后膨润土、煤矸石、杭锦土和类水滑石的粒度为300目以下。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中过筛用300目筛子。

5.一种快速处理黑臭水体的方法，其特征在于，将权利要求1所述方法制备的絮凝剂投入黑臭水中，以200~300r/min搅拌0.5~1min，再以120-150r/min搅拌5~10min，再以60-80r/min搅拌3~5min，最后沉淀10~20min。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂的用量为0.3~1%质量份。