CN107399797B - 一种草木灰-火山灰天然絮凝剂及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种草木灰‑火山灰天然絮凝剂及其制备方法和用途，该天然絮凝剂主要通过将草木灰与火山灰进行先共混后煅烧而制得，充分利用了废弃的草木灰与火山灰，实现了废弃资源的综合再利用，由于草木灰与火山灰本身是很好的肥料，对环境无毒无害，因而加入水体中后，不会造成水体的二次污染，省略了后处理的工序，且在水处理过程中，天然絮凝剂表现出了优异的絮凝能力，能够广泛使用于各类废水处理中，具有很好的经济效益。

Description

一种草木灰-火山灰天然絮凝剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及用于废水处理的草木灰-火山灰天然絮凝剂，还涉及所述絮凝剂的制备方法和应用。

背景技术

絮凝剂的絮凝作用在废水处理中占重要地位。絮凝作用能有效脱出80％～95％的悬浮物质、65％～95％的胶体物质和降低水中的COD；其次，絮凝作用去除水中细菌和病毒的效果稳定，通过絮凝净化，能使90％以上的微生物与病菌一并转入污泥，使处理水易于进一步消毒、杀菌；最后，絮凝沉淀法可以很好的解决水体富营养化、废水脱色等问题。

絮凝剂是一类可以使液体中不易沉淀的悬浮颗粒凝聚和沉淀的物质。目前应用广泛的絮凝剂按其分子组成，可以分为无机絮凝剂和有机絮凝剂。就现在使用现状来看，无机絮凝剂用量已经占80％以上，基本上代替了传统的絮凝剂。无机絮凝剂又可分为低分子絮凝剂和高分子絮凝剂两大类。低分子絮凝剂价格低、货源充足、运输存储方便、目前在工业水处理中占一定的比例。但因其用量大、残渣多、效果差，故其应用受到一定限制。而对于无机高分子絮凝剂而言，一般常见的有聚合铝、聚合铁，聚合铝类絮凝剂具有投药量少、沉降速度快、颗粒密实、除浊、出色效果明显等特点，但是聚合铝的制备方法还不太完善，致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中，这在一定程度上限制了聚合铝的使用。聚合铁与聚合铝在絮凝机理上相似，除具有铝盐类无机高分子絮凝剂特点外，还具有价格低、pH值适用范围宽等特点，但是聚合铁产品稳定性差，使其絮凝效果降低。

对于现有的絮凝剂，无论是有机絮凝剂还是无机絮凝剂，其加入待净化废水的量需适当，因为若加入量过多，便残留在水中，形成二次污染；若加入量过少，则絮凝效果不理想。但在实际应用中，很难对加入量进行精确计算。因此，亟待对絮凝剂进行进一步的研究。

发明内容

针对废水处理领域存在的问题，尤其是絮凝剂存在的二次污染的缺陷，本发明提供了一种草木灰-火山灰天然絮凝剂，它可作为一种新型的絮凝剂应用于水处理，不存在二次污染的问题，并且能适用于工业化生产。

本发明的另一个目的是提供该草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法。

在寻找新的絮凝剂的过程中，充分考虑到要选择的絮凝剂不能对水体造成二次污染，发明人在丰富的理论基础和大量的实验基础上，认为草木灰与火山灰具有能够作为絮凝剂使用的可能性，并且由于草木灰、火山灰本身是一种肥料，不会对环境造成污染，但是实验证实单纯的草木灰或火山灰的絮凝能力非常弱。进一步研究发现，在草木灰中混合适量的火山灰，相比于二者单独作用，其絮凝效果意外地得以改善。

所以本发明提出了一种草木灰-火山灰天然絮凝剂，所述草木灰-火山灰天然絮凝剂通过将草木灰与火山灰先进行共混后煅烧而制得，其中，草木灰与火山灰的质量比值是3.0或小于3.0。

本发明提出的草木灰-火山灰天然絮凝剂，草木灰与火山灰的质量比值是影响草木灰-火山灰天然絮凝剂絮凝能力的重要因素之一，所以，本发明要求草木灰与火山灰的质量比值是3.0或小于3.0，最好是1.0～3.0。

本发明的另一方面，提供了草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，包括将草木灰与火山灰进行先共混后煅烧的过程，其中，草木灰与火山灰的质量比值是3.0或小于3.0。

该制备方法具体包括以下步骤：

1)将草木灰和火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物；

2)用研磨机对步骤1)所得混合物进行研磨，得到混合物粉末；

3)将步骤2)所得混合物粉末进行煅烧。

在步骤2)中，一般采用高速研磨机对所述混合物进行研磨，转速设为5000转/分钟～10000转/分钟。

混合物粒径的大小也会影响絮凝的能力，因此需要对混合物粒径作以要求，实验证明，研磨后混合物的粒径大小在10nm～80nm之间时，絮凝效果都较为显著。所以，在步骤2)中，当混合物的粒径小于或等于80nm时，便可停止研磨。

在将混合物粉末进行高温煅烧时，温度可设为800℃～1100℃，煅烧时间为20min～100min。

为了提高最终得到的草木灰-火山灰天然絮凝剂的吸附性能及离子交换性能，可选择的采用化学试剂对步骤2)所得的混合物粉末进行处理，所以草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法还包括：

2′)将步骤2)所得混合物粉末在化学试剂中进行超声波处理。

可选的，化学试剂为金属氯化物的水溶液，金属氯化物的质量分数优选为0.5％～1.5％。

为了进一步提高草木灰-火山灰天然絮凝剂的性能，可向金属氯化物的水溶液中加入一些助剂，如C3-C8的醇、碳原子数为C12～C24的直链醚或碳原子数为C12～C24支链醚中的至少一种，进一步地，添加的C3-C8的醇、碳原子数为C12～C24的直链醚或碳原子数为C12～C24支链醚中的至少一种所占溶液的质量分数小于0.01％。

在化学试剂中进行超声波处理的时间也是影响处理效果的另一重要因素，时间过短，处理不充分，处理到一定程度再延长处理时间，效果提高不明显，而且还会造成能源浪费，因而处理时间最好在30min～150min之间。

本发明具有以下有益效果：

1、响应国家关于节能环保的相关政策规章，相比其他现有的絮凝剂，本发明回收使用了草木灰和火山灰，创造性地将其应用在了水处理中，真正做到了废气资源的综合再利用。草木灰与火山灰本身就是一种肥料，对环境无污染，能够广泛使用在各类污水处理中，如湖、河川、沼地、水池的河川胶状污水、湖沼等蓝藻水、红土等流放污水、水性涂料清洗污水、焚烧炉高压清洗污水、路面施工污水等。在水处理后，也不用将其分离出来，便可进行排放。

2、可以过量添加。现有的絮凝剂在进行废水处理时，需要严格控制其加入量，但实际情况很难达到精确，所以为了使净化效果较彻底，一般都会过量添加，但这又会造成二次污染，其后续的处理较为麻烦。本发明技术方案提供的絮凝剂无毒无害，过量添加不会导致二次污染，省略了后处理的工序。

3、具有超强的絮凝能力。

具体实施方式

实施例1

草木灰-火山灰天然絮凝剂A的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为3.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

3)将步骤2)所得混合物粉末在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂A。

实施例2

草木灰-火山灰天然絮凝剂B的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为2.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

3)将步骤2)所得混合物粉末在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂B。

实施例3

草木灰-火山灰天然絮凝剂C的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为1.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

3)将步骤2)所得混合物粉末在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂C。

实施例4

草木灰-火山灰天然絮凝剂D的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为2.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

2′)将步骤2)所得的混合物粉末浸泡在质量分数为0.5％的氯化钠水溶液中，并超声处理30分钟。

3)将步骤2′)所得产品在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂D。

实施例5

草木灰-火山灰天然絮凝剂E的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为2.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

2′)将步骤2)所得的混合物粉末浸泡在质量分数为0.5％的氯化钠水溶液中，并超声处理90分钟。

3)将步骤2′)所得产品在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂E。

实施例6

草木灰-火山灰天然絮凝剂F的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为2.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

2′)将步骤2)所得的混合物粉末浸泡在质量分数为0.5％的氯化钠水溶液中，并超声处理150分钟。

3)将步骤2′)所得产品在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂F。

实施例7

草木灰-火山灰天然絮凝剂G的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为2.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

2′)将步骤2)所得的混合物粉末浸泡在氯化钠与异丙醇的水溶液中并超声处理90分钟，其中氯化钠的质量分数为0.3％，异丙醇的质量分数为0.01％。

3)将步骤2′)所得产品在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂G。

实施例8

草木灰-火山灰天然絮凝剂H的制备

1)将草木灰与火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物，其中草木灰与火山灰的质量比值为2.0；

2)用研磨机以5000转/分钟的转速对步骤1)所得混合物进行研磨，至混合物粉末粒径达到80nm时，停止研磨；

2′)将步骤2)所得的混合物粉末浸泡在氯化钠、异丙醇及二庚醚的水溶液中并超声处理90分钟，其中氯化钠的质量分数为0.3％，异丙醇的质量分数为0.005％，醚的质量分数为0.005％

3)将步骤2′)所得产品在高温下煅烧，温度为800℃，煅烧时间100分钟，制得草木灰-火山灰天然絮凝剂H。

将草木灰-火山灰天然絮凝剂实际应用于废水处理中，具体操作如下：根据废水的污染情况来确定草木灰-火山灰天然絮凝剂的添加量，将其加入待处理的废水中，使用搅拌器材搅拌30秒～60秒，搅拌速率为800转/分钟，静置，待絮凝过程完成时，废水处理的过程也就完成了，是否需要过滤等后处理视具体情况而定。

若无法确定添加量时，可先加少量，一边搅拌，一边添加，保证加入的草木灰-火山灰天然絮凝剂能够较好的分散。根据长期的实践结果，涂料的废水处理添加量一般为0.5％。

草木灰-火山灰天然絮凝剂的絮凝过程很快，即便添加过量，也会进行团聚，保证固液分离，不会导致废水浑浊。

下面以水性涂料清洗废水为例，对草木灰-火山灰天然絮凝剂A～H进行废水絮凝处理测试，其中絮凝剂的添加量为0.5％。废水絮凝处理的脱色率是检验絮凝剂絮凝效果的重要指标，通过测定废水絮凝处理前后吸光度值的变化，从而能够计算出脱色率。利用分光光度计对草木灰-火山灰天然絮凝剂A～H进行吸光度测试并将测试结果转化成脱色率，其中，比较例选用市场上常用的聚合铝絮凝剂，结果如下表所示：

由上表可以看出，本发明技术方案提供的草木灰-火山灰天然絮凝剂在废水处理的效果上可以与现有的絮凝剂相媲美，且在最优配方下，几乎可以将废水彻底净化。在达到优异效果的同时，与现有的絮凝剂相比，草木灰-火山灰天然絮凝剂对环境无毒无害，不会对水体造成二次污染，絮凝完成后可直接进行排放。

以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围。

Claims (11)

1.一种草木灰-火山灰天然絮凝剂，其特征在于，所述草木灰-火山灰天然絮凝剂通过将草木灰与火山灰进行先共混后煅烧而制得，其中草木灰与火山灰的质量比值是3.0或小于3.0，所述草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法具体包括以下步骤：

1)将草木灰和火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物；

2)用研磨机对步骤1)所得混合物进行研磨，得到混合物粉末，将混合物粉末在化学试剂中进行超声处理，所述化学试剂为氯化钠的水溶液，向所述氯化钠的水溶液中加入碳原子数为C3-C8的醇、碳原子数为C12～C24的直链醚或碳原子数为C12～C24的支链醚中的至少一种；

3)将步骤2)所得混合物粉末进行煅烧。

2.根据权利要求1所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂，其特征在于，草木灰与火山灰的质量比值为1.0～3.0。

3.权利要求1或2所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂在水处理中的用途。

4.一种草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括将草木灰与火山灰进行先共混后煅烧的过程，其中，草木灰与火山灰的质量比值是3.0或小于3.0，所述草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法具体包括以下步骤：

1)将草木灰和火山灰进行混合，得到草木灰与火山灰的混合物；

2)用研磨机对步骤1)所得混合物进行研磨，得到混合物粉末，将混合物粉末在化学试剂中进行超声处理，所述化学试剂为氯化钠的水溶液，向所述氯化钠的水溶液中加入碳原子数为C3-C8的醇、碳原子数为C12～C24的直链醚或碳原子数为C12～C24的支链醚中的至少一种；

3)将步骤2)所得混合物粉末进行煅烧。

5.根据权利要求4所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述研磨机的转速为5000转/分钟～10000转/分钟。

6.根据权利要求4所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述混合物粉末的粒径大小的范围为10nm～80nm。

7.根据权利要求4所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，煅烧时的温度范围为800℃～1100℃。

8.根据权利要求4所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，煅烧时间为20分钟～100分钟。

9.根据权利要求4所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述氯化钠的水溶液的质量分数为0.5％～1.5％。

10.根据权利要求4所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述C3-C8的醇、碳原子数为C12～C24的直链醚或碳原子数为C12～C24支链醚中的至少一种占所述溶液的质量分数小于0.01％。

11.根据权利要求4所述的草木灰-火山灰天然絮凝剂的制备方法，其特征在于，超声处理时间为30分钟～150分钟。