CN106955665A

CN106955665A - 污水雾霾净化剂微纳米碳和火山泥复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106955665A
Application number: CN201610017273.6A
Authority: CN
Inventors: 张志明; 邹海峰; 许俊坚; 陈諫知
Original assignee: Shenzhen Zhongxing Ecological Environmental Protection Research Institute
Current assignee: Shenzhen Zhongxing Ecological Environmental Protection Research Institute
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-07-18

Abstract

污水雾霾净化剂微纳米碳和火山泥复合材料及其制备方法。本发明应用材料微纳米碳和微纳米火山泥是两种性能相近的微纳米材料。天然微纳米火山泥具有大量的毛孔状微孔隙，吸附性很强，是一种新型的污水和雾霾净化剂。天然微纳米火山泥有非常强的杀菌、防尘作用，对雾霾等水溶胶大分子团污染物有较强的渗透性、透析性和吸附性功能。是制作防止雾霾保健口罩、窗帘、丝巾等首选材料。微纳米碳污水净化材料，具有小尺寸效应、大表面积效应和隧道效应，在水中有导电和磁化功能，其导电率可增加30%~50%，能促进污水的离子电离，可以促进污水中富营养化离子的激活、吸收、转化和絮凝。能快速净化污水中的大肠杆菌等有毒有害微生物，是污水净化的首选材料。

Description

污水雾霾净化剂微纳米碳和火山泥复合材料及其制备方法

技术领域

我国是一个缺水大国，人均占有水量仅是世界平均水平的1/4。近40年来，随着国民经济的高数发展，城市污水的排放量成倍增加，年排放量超过1.22亿吨，进而引起河湖环境面源污染，土壤地下水污染，使人均占有的水资源越来越少。水资源富营养化，水质的氨氮、有机磷、有机质、重金属等含量严重超标，对国民经济的发展和人民的健康状况带来严重威胁。城市污水的再生，净化和循环利用，是一个国家生态学科技水平和循环经济治理的衡量标准，新加坡把城市污水净化成饮用水，这是我国污水治理的方向。本发明是利用天然微纳米非金属材料，微纳米碳材料，通过微纳米加工技术，提高其吸附性、絮凝性、导电性、电离性、交换性、分解性和沉淀性等，实现净化水质的富营养化，降低水质氨氮、有机磷、有机质、重金属等含量，达到合格的工业用水，农田用水，及生活用水的目的。选用的微纳米非金属材料是火山泥等，选用的微纳米碳材料有石墨碳、竹木炭和垃圾碳等。我国河流水污染已相当严重，主要表现是“富营养化”。河流污水不仅仅影响水体的功能，例如供应生活用水，以及危害水生生物，而且正在导致河流本身功能的消亡。科学实用的污水处理技术必须在可行性研究基础上进行选择，主要考虑的问题包括：技术的有效性；水环境被修复的程度；投资和成本，以及可能的替代方案的有效性与成本比较等。控制外源性负荷是改善河流水富营养化状态的根本途径。在工业方面，主要途径是清洁生产；在农业方面，主要途径是精准施肥等；在生活消费方面，是改变消费习惯等。水体质量恶化一般从浅层水开始，将深层水抽出来一部分进行一定程度的水处理是一种可供河流污水处理选择的技术。深层水减小了底泥中富营养元素和重金属离子释放的速率和向表层水的扩散传播。水体循环可以通过泵、射流或者曝气实现，通常是完全循环，这样可以防止水体分层或者破坏已经形成的分层。经过水体循环，溶解氧增加，污染物质氧化加快，改善了好氧水体生物的生存环境。水体循环能够降低内源性的磷负荷，减少光线暴露机会降低藻类的数量。生态控制技术是利用水生生物之间的生态关系，将水生生物数量控制在一定范围之内。这种河流污水处理技术可以避免施用药物所产生的副作用和使用机械所需要的高成本，而且具有比较长期持久的效果。

背景技术

本专利研究纳米碳和非金属纳米材料在肥料中的应用有20年时间。纳米碳的性质与普通碳性质差异较大，普通碳的燃点是2800度，而纳米碳的燃点是350度；普通碳有导电性，而纳米碳没有导电性；普通碳没有磁性，而纳米碳有磁性；普通碳不溶解于水，而纳米碳溶解于水。所以纳米碳材料进入水体后，能增加水中的离子活度，可促进污水的吸附、絮凝、电离和降解。所以纳米碳和非金属纳米材料是水体污染和气体污染的理想净化材料。微纳米火山岩泥的用途。微纳米火山岩材料具有特殊的巨大表面效应，量子尺度效应和宏观量子隧道效应。目前应用微纳米火山岩泥复合材料为膨胀型粘土矿物，可交换的阳离子性能比较好。由于天然微纳米火山岩矿具有大量的毛孔状微孔隙，孔隙度高，吸水性强，吸附性很强，含有大量的微量元素，是水质净化理想物料。火山泥是生物滤料，非常适合微生物的接种、驯化、繁殖生长，耐冲洗、不堵塞，具有良好的物理化学和持水能力特性。主要应用于生物曝气滤池的有机物污水处理，特别是对印染废水、沼气废水、食品厂废水、造纸废水、屠宰厂废水生物处理有很好的效果。微纳米非金属材料品种火山泥，具有非常强的杀菌、防尘作用，对雾霾等水溶胶大分子团污染物有较强的渗透性、透析性和吸附性功能。是制作防止雾霾保健口罩，窗帘、丝巾等首选材料。天然微纳米火山岩矿，由于微纳米火山泥具有轻质页岩蛋白石粉的微纳米结构特征，所以天然微纳米火岩矿是一种新型的雾霾和污水净化剂，对污水具有强杀菌功能。天然微纳米火山岩泥有利于皮肤细胞对有益营养物质的吸收，是一种护肤品。微纳米火山岩有较好的离子交换性。微纳米火山岩为非金属矿产，其结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构,由于形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等阳离子,且这些阳离子易被其它阳离子交换，故具有较好的离子交换性。国外已在工农业生产领域应用,人们称之为“万能空气净化和水净化的超级神土”。微纳米碳能增强好氧生物活性。微纳米碳材料的主要特点是向曝气池中投加微纳米活性炭，利用微纳米碳极为发达的微孔结构和更大的吸附能力，使溶解氧和营养物质在其表面富集，为吸附在PAC 上的微生物提供良好的生活环境，从而提高有机物的降解速率。近年来国内外出现了一些全新的脱氮工艺，为高浓度氨氮废水的脱氮处理提供了新的途径。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化等作用。微纳米碳有脱氨作用。利用微纳米碳与污水中的NH₄ ⁺进行交换以达到脱氮的目的。产生的氨气必须进行处理转化为NO₃ ^-，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO₃ ^-还原为分子态氮（N₂）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。其特点是缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷，反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。BOD₅的去除率较高可达90～95%以上，对大肠杆菌的有毒有害细菌净化率可达到95%以上，所以可以实现污水的循环利用，解决我国缺水的现实。

发明内容

本发明是利用天然微纳米非金属材料，微纳米碳材料，通过微纳米加工技术，提高其吸附性、絮凝性、导电性、电离性、交换性、分解性和沉淀性等，实现净化水质的富营养化，降低水质氨氮、有机磷、有机质、重金属等含量，达到合格的工业用水，农田用水，及生活用水。微纳米非金属材料，其特征在于该系列污水净化材料中含有一定量的微纳米非金属材料火山泥，上述材料通过超细气流粉碎机工艺加工，形成共结晶复合体或混合物的污水净化材料。所述的系列污水净化材料，其特征在于添加剂的微纳米非金属材料火山泥量占总重量的较佳比为80%～95%。所述的微纳米非金属材料，较佳的添加剂微纳米尺度为100~2000纳米，加工工艺可选用气流粉碎机和相关的粉碎工艺设备加工而成。微纳米非金属材料品种火山泥是一种良好的脱色剂。对各种气体、液体、有机物质具有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于它的重量。是目前治理雾霾的可选用材料。微纳米非金属材料品种火山泥是生物滤料，非常适合微生物的接种、驯化、繁殖生长，耐冲洗、不堵塞，具有良好的物理化学和水力特性。主要应用于生物曝气滤池的有机物污水处理，特别是对印染废水、沼气废水、食品厂废水、造纸废水、屠宰厂废水生物处理有很好的效果。微纳米碳材料，是一种净化富营养化污水、消除氨态氮、有机磷的主要材料。微纳米碳其巨大的内外表面积、细小的棒状、针状和纤维状多孔结构是其物理吸附的重要指标。微纳米碳污水净化材料，其特征在于该材料具有小尺寸效应、大表面积效应和隧道效应，在水中有导电功能和磁化功能，其导电率可增加30%~50%，促进污水的离子电离，可以加速富营养化离子的激活、吸收、絮凝和转化。是饮用水净化的首选材料。微纳米碳材料品种是石墨碳、竹炭、木炭和垃圾碳等。所述的微纳米碳材料，其特征在于较佳的微纳米碳尺度为5~1000纳米，加工工艺可选用超细气流粉碎机等粉碎工艺。所述的系列污水净化材料的制法，较佳的微纳米非金属材料品种是火山泥等。是采用了生产一般污水净化剂的生产工艺流程，其特征在于增加一套定量的输入添加剂的控制设备，通过该设备将系列污水净化材料定量的加入到产品的加工流程中，制得有序均匀的共结晶复合体或者混合均匀的共晶粉状产品。所述的系列污水净化材料的制法，其特征在于该方法中所加入的添加剂是以混合粉剂的形式加入到产品的生产过程中。所述的系列污水净化材料的制法，其特征在于该工艺中增设添加剂贮料槽、超细气流粉碎机、电子计量泵、搅拌机、物料传送机、称量机、包装机、装车机、干燥恒温储备库等配套的生产设备。

附表说明

微纳米碳和火山泥复合污水净化剂，对污水净化效果显著，污水采集于深圳市公明污水明渠水样，加入微纳米碳和火山泥复合污水净化剂，经过搅拌吸附沉淀，24小时以后，将处理后的污水与原始污水送深圳市政院检测有限公司检测，检测结果见表1。总大肠杆菌原污水为5400 CFU/100 mL，而处理后的污水总大肠杆菌为90CFU/100 mL，减少量为 100：1.67，污水的净化度达到2类水以上的水平。处理后的污水与原始污水检测结果，磷酸盐、挥发酚、硫化物、总氮、氨氮等污水富营养化指标都不同程度的降低，降低量为100：15.61~100：62.5，达到了污水富营养化净化的目的。微纳米碳和火山泥复合污水净化剂对污水中的重金属离子也有明显的净化作用，对铅和砷等有毒有害离子的净化度分别达到100：4.95~100：24.22。基本可以消除污水中的重金属污染。表1原始污水与微纳米材料处理后的污水检测结果

具体实施方式

纳米碳和火山泥复合混合物的污水净化材料，含有一定量的微纳米非金属材料火山泥和微纳米碳材料。微纳米非金属材料火山泥量占总重量的较佳比例为80%～95%，其较佳的微纳米尺度为200~2000纳米，较佳的微纳米火山泥材料品种是选择火山岩粉碎加工而成。微纳米碳材料适宜含量占总重量的较佳比例为5%~20%，较佳的微纳米碳材料品种可选择石墨碳、竹炭、木炭和垃圾碳等，较佳的微纳米碳尺度为5~1000纳米，加工工艺可选用气流粉碎机等粉碎工艺。微纳米碳火山泥复合污水净化材料，在污水中较佳的添加比例范围为千分之一（0.1/100）至十万分之一（0.001/100），一般用于饮用水，添加量大，微纳米碳材料含量亦大，一般用于非饮用水，添加量要少，微纳米碳材料含量亦小。微纳米碳和非金属材料火山泥是较好的生物滤料，具有良好的物理化学和持水能力特性，主要应用于生物曝气滤池的有机物污水处理，特别是对印染废水、沼气废水、食品厂废水、造纸废水、屠宰厂废水生物处理有很好的效果。微纳米碳和非金属材料火山泥材料，具有非常强的杀菌、防尘作用，对雾霾等水溶胶大分子团污染粒子有较强的渗透性、透析性和吸附性功能，是制作防止雾霾保健口罩，窗帘、丝巾等首选材料，能用于雾霾等水溶胶大分子团污染粒子的危害防止，将微纳米碳和火山泥材料附着在纺织产品上，制作防止雾霾保健用品。微纳米碳火山泥污水净化材料，其特征在于该材料具有小尺寸效应、大表面积效应和隧道效应，在水中有导电功能和磁化功能，能促进污水中的离子电离，可以加速污水富营养化离子的激活、吸收、絮凝和沉淀，可以快速净化污水中的大肠杆菌等有毒有害生物，是饮用水净化的首选材料。微纳米碳和非金属材料火山泥复合材料，是一种净化富营养化污水、消除氨态氮(NH₄ ⁺)、有机磷的主要材料。微纳米碳和火山泥能产生微细的孔洞，这些孔径的大小约在1nm以下，与有机分子相当，因此具备对有机分子和金属阳离子的吸附功能和离子交换特性，通常会消除水中的Cs⁺、Rb⁺ 、Cd⁺等有毒有害离子。微纳米碳和非金属材料品种是火山泥，是采用生产一般污水净化剂的生产工艺流程，其特征在于增加一套定量电脑输入添加剂的控制设备，通过该设备将系列污水净化材料定量的加入到产品的流程中，制得有序均匀的共微纳米复合体或者混合均匀的微纳米共晶状产品。该工艺中增设添加剂超细气流粉碎机、贮料槽、电脑计量泵、搅拌混料机、物料传送机、称量机、包装机、恒温干燥储备库等配套的生产线和配套设备。

Claims

1.一种微纳米碳和火山泥复合材料，其特征在于该系列污水净化材料中含有一定量的微纳米非金属材料火山泥和微纳米碳材料，上述材料通过微纳米定量工艺加工，形成复合混合物的污水净化材料。

2.根据权利要求1所述的复合污水净化材料，其特征在于添加剂的微纳米非金属材料火山泥量占总重量的较佳比例为80%～95%，其较佳的微纳米尺度为200~2000纳米，较佳的微纳米火山泥材料品种是选择火山岩粉碎加工而成。

3.根据权利要求1所述的系列污水净化材料，其特征在于微纳米碳材料适宜含量占总重量的较佳比例为5%~20%，较佳的微纳米碳材料品种可选择石墨碳、竹炭、木炭和垃圾碳等，所述的微纳米碳材料，较佳的微纳米碳尺度为5~1000纳米，加工工艺可选用气流粉碎机等粉碎工艺。

4.根据权利要求2所述的微纳米碳非金属火山泥材料，较佳的微纳米碳火山泥复合污水净化材料，在污水中较佳的添加比例范围为千分之一（0.1/100）至十万分之一（0.001/100），一般用于饮用水，添加量大，微纳米碳材料含量亦大，一般用于非饮用水，添加量要少，微纳米碳材料含量亦小。

5.根据权利要求4所述的的微纳米碳和非金属材料火山泥是较好的生物滤料，具有良好的物理化学和持水能力特性，主要应用于生物曝气滤池的有机物污水处理，特别是对印染废水、沼气废水、食品厂废水、造纸废水、屠宰厂废水生物处理有很好的效果。

6.根据权利要求4所述的的微纳米碳和非金属材料火山泥材料，具有非常强的杀菌、防尘作用，对雾霾等水溶胶大分子团污染粒子有较强的渗透性、透析性和吸附性功能，是制作防止雾霾保健口罩，窗帘、丝巾等首选材料，能用于雾霾等水溶胶大分子团污染粒子的危害防止，将微纳米碳和火山泥材料附着在纺织产品上，制作防止雾霾保健用品。

7.根据权利要求5所述的较佳的微纳米碳火山泥污水净化材料，其特征在于该材料具有小尺寸效应、大表面积效应和隧道效应，在水中有导电功能和磁化功能，能促进污水中的离子电离，可以加速污水富营养化离子的激活、吸收、絮凝和沉淀，可以快速净化污水中的大肠杆菌等有毒有害生物，是饮用水净化的首选材料。

8.根据权利要求7所述的较佳的微纳米碳和非金属材料火山泥复合材料，是一种净化富营养化污水、消除氨态氮(NH₄ ⁺)、有机磷的主要材料,微纳米碳和火山泥能产生微细的孔洞，这些孔径的大小约在1nm以下，与有机分子相当，因此具备对有机分子和金属阳离子的吸附功能和离子交换特性，通常会消除水中的Cs⁺、Rb⁺、Cd⁺等有毒有害离子。

9.根据权利要求8所述的系列污水净化材料的制法，较佳的微纳米碳和非金属材料品种是火山泥，是采用生产一般污水净化剂的生产工艺流程，其特征在于增加一套定量电脑输入添加剂的控制设备，通过该设备将系列污水净化材料定量的加入到产品的流程中，制得有序均匀的共微纳米复合体或者混合均匀的微纳米共晶状产品。

10.根据权利要求9所述的系列微纳米碳和火山泥污水净化材料的制法，其特征在于该工艺中增设添加剂超细气流粉碎机、贮料槽、电脑计量泵、搅拌混料机、物料传送机、称量机、包装机、恒温干燥储备库等配套的生产线和配套设备。