CN108314099B - 一种污水净化剂及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水净化剂及其制备工艺。本发明提供的污水净化剂主要由改性硅藻土、木陶瓷、聚阴离子纤维素、高锰酸钾、茶皂素、环氧琥珀酸和硫辛酸钠组成。本发明提供的污水净化剂配方搭配合理、科学，其能有效的提高城市污水的溶解氧，降低城市污水的化学需氧量、氨氮、总磷、石油类和粪大肠杆菌的含量，同时还可以有效的降低重金属的含量，经本发明提供的污水净化剂净化后的城市污水符合中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838‑2002表1 IV类的规定，可以大大的减少环境污染，提高人们的生活质量。

Description

一种污水净化剂及其制备工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水净化剂及其制备工艺。

背景技术

随着人类社会的不断发展，城市化水平和工业化程度的提高，水污染加剧已成为亟待解决的全球性问题。目前，污水形成的原因主要是工业废水、生活污水、暴雨径流带入的地面污染物造成水体有机污染物负荷过大，另一方面是水体中大量污染物沉淀并累积在底泥中，其污染物不能及时降解造成二次污染，并且底泥中污染物促进了放线菌和蓝藻类的繁殖，进一步加剧了水体的黑臭；此外，工业排放的高温废水不但含有大量磷、氮、重金属，其温度对水体放线菌、藻类等的繁殖也有促进作用，水体富营养化后将呈现蓝色或绿色并有臭味，不但严重威胁水生动植物的生存，致癌的藻类毒素通过食物链也将影响人类健康。

目前，城市河道生活污水污染也越来越严重，甚至出现水体黑化和发臭的现象。城市污水的发臭现象是水体中的有机物厌氧分解的结果，有机物在厌氧分解过程中消耗大量氧气，造成水体缺氧，使厌氧微生物大量繁殖并分解产生氨气、硫化氢等逸出水面，并且水体缺氧抑制了有益微生物、水生动植物的生长繁殖，使微生物的有氧作用大大减弱，同时导致水中铁、锰等重金属还原，与水中的硫形成硫化亚铁等使得水体呈现黑色。

污水处理的主要方法有两大类：一是物理化学法，即混凝法；二是生化法。物化法对去除色度、重金属、磷的效果好。生化法对有机污染物及氮、磷有良好的去除效果，但对COD去除率低，脱色效果差，而且会产生大量污泥，造成二次环境污染。一般生化法要求废水的可生化性好，各营养物比例协调、浓度适宜，且其中抑制生物增长物质的浓度不高于微生物所能承受的范围，而且，生化法对温度的要求较高，在低温时，微生物的活性会变低，有的甚至可能完全丧失活性，从而导致某些生化处理单元不能正常运行。因此，研究和开发一种无需大型设备，投资少、使用简便、生产工艺简单，适用范围广的污水净化剂是目前亟需解决的难题。

专利文献CN105060502B公开了一种生活污水净化剂及其制备方法，所述生活污水净化剂由硅藻土、硅石粉、石膏粉、氯化亚铁、碳酸钠、三氧化二铝粉、脱氮硫杆菌、地衣芽孢杆菌、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和茶皂素。制备得到的生活污水净化剂及其制备方法，工艺简单，成本低，不仅具有现有技术中污水净化剂的功效，而且净化生活污水效果强，还可以大大节约用量。但是，净化剂中的微生物处理效果较差，难以控制，而且其COD去除率低，会产生大量污泥，造成二次环境污染。

专利文献CN104291534B公开了一种城市污水处理方法，所述方法的步骤为：除渣，除泥沙，得到第一预处理城市污水；通过厌氧处理，得到第二预处理城市污水及第一预处理底泥；通过氧化沟，得到第三预处理城市污水及第二预处理底泥；进行沉淀处理，得到第四预处理城市污水和第三预处理底泥；将第一预处理底泥、第二预处理底泥及第三预处理底泥进行浓缩脱水处理，得到第四预处理底泥；往第四预处理底泥中加入柠檬酸，搅拌后，静置，固液分离后，向下层沉淀中加入碱石灰，调节下层沉淀至中性，之后，将下层沉淀干燥后得到农业用底泥。该城市污水处理方法既能有效降低城市污水的COD及BOD，同时能够脱去底泥中的重金属，将其农业化利用，减少二次环境污染，提高资源利用率。然后，上述方法操作繁琐，成本高，不适于规模化应用。

发明内容

为了克服目前城市污水的处理方法存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种污水净化剂及其制备方法，本发明提供的污水净化剂是针对成分复杂的城市污水，其具有易分解、用量少、无残留、无二次污染，净化水质所需时间短，能有效除菌抑藻，降解有机物、沉凝漂浮絮状物等，还可以有效吸附重金属或氮、磷等元素，可以有效降低污水中的化学需氧量、总氮、总磷的含量，是一种较为理想的城市污水净化剂。

本发明提供了一种污水净化剂，包括如下组分及其重量份数：

改性硅藻土16～26份、木陶瓷16～26份、聚阴离子纤维素10～18份、高锰酸钾4～6份、茶皂素8～16份、环氧琥珀酸6～12份和硫辛酸钠8～12份。

进一步地，所述污水净化剂包括如下组分及其重量份数：

改性硅藻土22份、木陶瓷22份、聚阴离子纤维素14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、环氧琥珀酸8份和硫辛酸钠10份。

进一步地，所述改性硅藻土的制备方法为：

a.将硅藻土干燥，过80～100目筛，得细粉，接着加入体积浓度为5～10％的盐酸中，加热至100～110℃反应2～4h，冷却，用水洗涤至中性，干燥，得酸性硅藻土粉末；

b.往步骤a得到的酸性硅藻土粉末中加入纳米氧化锌混合均匀，得混合物I；

c.将改性剂溶于水中搅拌至完全溶解，接着加入步骤b得到的混合物I搅拌，所述改性剂为木糖醇、阿拉伯糖、果糖、半乳糖或甘露糖，形成均匀的胶体状，干燥，研磨，即得。

进一步地，所述步骤a中的细粉与盐酸的固液比为1g:(2～3)mL。

进一步地，所述步骤b中的酸性硅藻土粉末与纳米氧化锌的重量比为1:(0.5～0.6)。

进一步地，所述步骤c中的改性剂与混合物I的重量比为(6～8):1。

进一步地，所述木陶瓷的制备方法为：

A将木粉干燥至含水率<20％，粉碎研磨后通过80～100目细筛，得细木粉；

B按重量份数称取液体环氧丙烯酸树脂60～80份，低温热解碳2～4份，Sn粉5～10份搅拌均匀，得混合液；

C将步骤A得到的细木粉与步骤B得到的混合液按重量比1:1混合均匀，在常温常压下浸渍40～60h，烘干，放入惰性气体保护的加热炉中预热、逐步升温至700～800℃，减压抽出低分子组分后再继续升温至1000～1500℃，真空炭化3～4h后，冷却，即得。所述低温热解碳(low temperature isotrophic carbon，LTIC)是一种生物材料。

进一步地，所述步骤B中液体环氧丙烯酸树脂为固含量为40～50％的液体环氧丙烯酸树脂。

另外，本发明还提供了所述的污水净化剂的制备工艺，包括以下步骤：

将改性硅藻土和木陶瓷混合均匀，接着加入聚阴离子纤维素、高锰酸钾、茶皂素、环氧琥珀酸和硫辛酸钠混合均匀，再加入体积浓度为75％的乙醇溶液，充分混合后制成球形颗粒，即得。

城市污水成分复杂，含有各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子，氮、磷等元素。同时，城市污水的表面附着一层厚厚的油层，目前通过喷洒或者直接加入的净化剂，容易浮在城市污水的油层表面，不能充分的发挥净化作用。而且，城市污水中含有大量的悬浮物质，该悬浮物质含有比污水液体中的有毒有害物质多，且悬浮物积累后形成污泥固体，藏在污泥固体里面的有害物质是目前的污水净化剂无法清除干净的。

本发明提供的污水净化剂可以有效的降解城市污水的油层，可以高效的清除城市污水中的各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，毒有害物质和重金属离子，氮、磷等元素，同时还可以清除藏在污泥固体里面的有害物质，是一种理想的城市污水净化剂。

本发明提供的污水净化剂中聚阴离子纤维素具有较强的抗菌性，聚阴离子纤维素与环氧琥珀酸、硫辛酸钠和茶皂素联合使用，可以有效的破裂城市污水表面的油层，利于净化剂充分发挥作用。同时，还可以分散城市淤泥，使净化剂可以充分的吸收藏在淤泥内部的细菌或微生物，而且还可以减少城市淤泥的含水量，降低污水中的有害物质再次进入淤泥中，可以有效的清除干净城市污水的有害物质。

硅藻土的真密度较大，同时又具有较好的絮凝性能，在水体中有利于改善活性污泥的沉降性能，防止污泥流失，但是其对成分复杂的城市污水吸附效果不够明显。本发明将纳米过氧化锌和含大量羟基的改性剂负载在硅藻土上制成改性硅藻土，其可以有效的吸附城市污水的难降解大分子有机物和降解有机物。改性硅藻土中的纳米过氧化锌可以催化改性剂与污水中的难降解的有机物反应，提高改性硅藻土对难降解大分子有机物的吸附效果。同时，纳米过氧化锌可以降解吸附在改性硅藻土的难降解的大分子有机物，可以进一步的提高净化效果，可以基本吸附和降解城市污水的难降解的大分子有机物。

本发明提供的木陶瓷是将低温热解碳和Sn粉进行改性，可以有效的提高木陶瓷的超导性，而具有超导性的木陶瓷可以有效的清除城市污水中的细菌和病毒等有害微生物。其原因是改性后的木陶瓷能有效的吸附污水中的细菌或病毒，改性木陶瓷与被吸附的细菌或病毒的细胞膜的负电荷集中的中央区发生强交互作用，可引起其荷电状态的改变，电力传递丢失，改性后的木陶瓷可以接受细胞膜释放的电子，并进行传导，导致构象变化，从而导致细菌或病毒等微生物的死亡，从而达到清除的效果。

进一步地，本发明还添加了高锰酸钾降解城市污水中的有机物，而茶皂素可以促进高锰酸钾降解有机物的作用，可以达到更好的污水净化效果。

与现有技术相比，本发明提供的污水净化剂具有以下优势：

(1)本发明提供的污水净化剂能有效提高城市污水的溶解氧，降低城市污水的化学需氧量、氨氮、总磷、石油类和粪大肠杆菌的含量，符合中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838-2002表1IV类的规定，减少城市污染，提高人们的生活质量；

(2)本发明提供的污水净化剂可以有效的降低污水中的重金属含量，经处理后的污水重金属含量均小于中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838-2002表1IV类的规定，是一种较为理想污水净化剂。

具体实施方式：

以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

实施例1、改性硅藻土的制备

a.将硅藻土干燥，过100目筛，得细粉，接着加入体积浓度为8％的盐酸中，所述细粉与盐酸的固液比为1g:2mL，加热至110℃反应3h，冷却，用水洗涤至中性，干燥，得酸性硅藻土粉末；

b.往步骤a得到的酸性硅藻土粉末中加入纳米氧化锌混合均匀，所述酸性硅藻土粉末与纳米氧化锌的重量比为1:0.5，得混合物I；

c.将木糖醇溶于水中搅拌至完全溶解，接着加入步骤b得到的混合物I搅拌，所述木糖醇与混合物I的重量比为6:1，形成均匀的胶体状，干燥，研磨，即得。

实施例2、改性硅藻土的制备

将硅藻土干燥，过100目筛，得细粉，接着加入体积浓度为8％的盐酸中，所述细粉与盐酸的固液比为1g:3mL，加热至110℃反应3h，冷却，用水洗涤至中性，干燥，得酸性硅藻土粉末；

b.往步骤a得到的酸性硅藻土粉末中加入纳米氧化锌混合均匀，所述酸性硅藻土粉末与纳米氧化锌的重量比为1:0.6，得混合物I；

c.将甘露糖溶于水中搅拌至完全溶解，接着加入步骤b得到的混合物I搅拌，所述甘露糖与混合物I的重量比为8:1，形成均匀的胶体状，干燥，研磨，即得。

实施例3、木陶瓷的制备

A将木粉干燥至含水率<20％，粉碎研磨后通过100目细筛，得细木粉；

B按重量份数称取固含量为45％的液体环氧丙烯酸树脂70份，低温热解碳3份，Sn粉8份搅拌均匀，得混合液；

C将步骤A得到的细木粉与步骤B得到的混合液按重量比1:1混合均匀，在常温常压下浸渍50h，烘干，放入惰性气体保护的加热炉中预热、逐步升温至800℃，减压抽出低分子组分后再继续升温至1200℃，真空炭化4h后，冷却，即得。

实施例4、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

改性硅藻土16份、木陶瓷16份、聚阴离子纤维素10份、高锰酸钾4份、茶皂素8份、环氧琥珀酸6份和硫辛酸钠8份；所述改性硅藻土为实施例1制得的改性硅藻土，所述木陶瓷为实施例3制得的木陶瓷。

制备方法：

将改性硅藻土和木陶瓷混合均匀，接着加入聚阴离子纤维素、高锰酸钾、茶皂素、环氧琥珀酸和硫辛酸钠混合均匀，再加入体积浓度为75％的乙醇溶液，充分混合后制成球形颗粒，即得。

实施例5、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

改性硅藻土22份、木陶瓷22份、聚阴离子纤维素14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、环氧琥珀酸8份和硫辛酸钠10份；所述改性硅藻土为实施例1制得的改性硅藻土，所述木陶瓷为实施例3制得的木陶瓷。

制备方法与实施例4类似。

实施例6、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

改性硅藻土26份、木陶瓷26份、聚阴离子纤维素18份、高锰酸钾6份、茶皂素16份、环氧琥珀酸12份和硫辛酸钠12份；所述改性硅藻土为实施例2制得的改性硅藻土，所述木陶瓷为实施例3制得的木陶瓷。

制备方法与实施例4类似。

对比例1、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

硅藻土22份、木陶瓷22份、聚阴离子纤维素14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、环氧琥珀酸8份和硫辛酸钠10份；所述木陶瓷为实施例3制得的木陶瓷。

制备方法与实施例4类似。

与实施例5的区别在于：所述硅藻土是市售产品。

对比例2、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

改性硅藻土22份、木陶瓷22份、聚阴离子纤维素14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、环氧琥珀酸8份和硫辛酸钠10份；所述木陶瓷为实施例3制得的木陶瓷；

所述改性硅藻土的制备方法为：

a.将硅藻土干燥，过100目筛，得细粉，接着加入体积浓度为8％的盐酸中，所述细粉与盐酸的固液比为1g:2mL，加热至110℃反应3h，冷却，用水洗涤至中性，干燥，得酸性硅藻土粉末；

b.往步骤a得到的酸性硅藻土粉末中加入纳米氧化锌混合均匀，加水形成胶体状，所述酸性硅藻土粉末与纳米氧化锌的重量比为1:0.5，干燥，研磨，即得。

制备方法与实施例4类似。

对比例3、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

改性硅藻土22份、木陶瓷22份、聚阴离子纤维素14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、环氧琥珀酸8份和硫辛酸钠10份；所述改性硅藻土为实施例1制得的改性硅藻土；

所述所述木陶瓷的制备方法为：

A将木粉干燥至含水率<20％，粉碎研磨后通过100目细筛，得细木粉；

B将取固含量为45％的液体环氧丙烯酸树脂加入步骤A得到的细木粉混合均匀，所述液体环氧丙烯酸树脂与细木粉的重量比为1:1，在常温常压下浸渍50h，烘干，放入惰性气体保护的加热炉中预热、逐步升温至800℃，减压抽出低分子组分后再继续升温至1200℃，真空炭化4h后，冷却，即得。

制备方法与实施例4类似。

对比例4、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

改性硅藻土22份、木陶瓷22份、聚丙烯酰胺14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、环氧琥珀酸8份和硫辛酸钠10份；所述改性硅藻土为实施例1制得的改性硅藻土，所述木陶瓷为实施例3制得的木陶瓷。

制备方法与实施例4类似。

与实施例5的区别在于：将聚阴离子纤维素替换为聚丙烯酰胺。

对比例5、一种污水净化剂

所述污水净化剂由如下组分及其重量份数组成：

改性硅藻土22份、木陶瓷22份、聚阴离子纤维素14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、木质素磺酸钠8份和硫辛酸钠10份；所述改性硅藻土为实施例1制得的改性硅藻土，所述木陶瓷为实施例3制得的木陶瓷。

制备方法与实施例4类似。

与实施例5的区别在于：将环氧琥珀酸替换为木质素磺酸钠。

试验例一、污水净化剂的净化效果

1、试验材料：

实施例4、实施例5、实施例6、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4和对比例5制备得到的污水净化剂。

2、试验方法：

取广州市污染较为严重的河涌水作为检测样品，参考《环境监测技术规范》、《水和废水监测分析方法》(第四版)规定的的方法检测样品的溶解氧、化学需氧量(CODCr)、氨氮、总磷、石油类、粪大肠杆菌的含量，将实施例4、实施例5、实施例6、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4和对比例5制备得到的污水净化剂添加后充分搅拌，静置沉淀后检测上述指标，所述污水净化剂与检测样品的重量比为1:3，以无添加污水净化剂的检测样品作为对照组。

3、试验结果：

试验结果如表1所示。

表1污水净化剂的净化效果试验数据

从表1可知，采用本发明实施例4～6制备得到的污水净化剂处理后的污水的溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、石油类、粪大肠杆菌均符合中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838-2002表1IV类的规定(溶解氧≧3mg/L、化学需氧量≤30mg/L、氨氮≤1.5mg/L、总磷≤0.3mg/L、石油类≤0.5mg/L、粪大肠杆菌≤2000个/L)，而采用对比例1～5组制备得到的污水净化剂处理后的污水的溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、石油类、粪大肠杆菌与对照组相比具有一定的净化作用，但是其净化效果较差，不符合中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838-2002表1IV类的规定，说明本发明提供的污水处理剂的配方合理，科学，各成分相互相互作用可以有效提高污水的净化作用。

试验例二、污水净化剂的吸附重金属试验效果

1、试验材料：

实施例4、实施例5、实施例6制备得到的污水净化剂。

2、试验方法：

取广州市污染较为严重的河涌水作为检测样品，参考《环境监测技术规范》、《水和废水监测分析方法》(第四版)规定的的方法检测样品的六价铬、铅、铜、锌、镉、汞的含量，将实施例4、实施例5、实施例6制备得到的污水净化剂添加后充分搅拌，静置沉淀后检测上述指标，所述污水净化剂与检测样品的重量比为1:3，以无添加污水净化剂的检测样品作为对照组。

3、试验结果：

试验结果如表2所示。

表2污水净化剂的吸附重金属试验效果

六价铬(mg/L)

铅(mg/L)

铜(mg/L)

锌(mg/L)

镉(mg/L)

汞(mg/L)

对照组

0.1

0.12

2.4

5.32

0.03

0.01

实施例4组

﹤0.004

﹤0.004

﹤0.050

﹤0.010

﹤0.00005

﹤0.00005

实施例5组

﹤0.004

﹤0.004

﹤0.050

﹤0.010

﹤0.00005

﹤0.00005

实施例6组

﹤0.004

﹤0.004

﹤0.050

﹤0.010

﹤0.00005

﹤0.00005

由表2可知，采用本发明实施例4～6制备得到的污水净化剂处理后的污水的均小于中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838-2002表1IV类的规定的六价铬﹤0.05mg/L，铅﹤0.05mg/L，铜﹤1.0mg/L，锌﹤2.0mg/L，镉﹤0.005mg/L，汞﹤0.001mg/L的规定，即符合中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838-2002表1Ⅳ类的规定，是一种较为理想污水净化剂。

Claims (8)

1.一种污水净化剂，其特征在于，包括如下组分及其重量份数：

改性硅藻土16～26份、木陶瓷16～26份、聚阴离子纤维素10～18份、高锰酸钾4～6份、茶皂素8～16份、环氧琥珀酸6～12份和硫辛酸钠8～12份；

所述木陶瓷的制备方法为：

A将木粉干燥至含水率<20％，粉碎研磨后通过80～100目细筛，得细木粉；

B按重量份数称取液体环氧丙烯酸树脂60～80份，低温热解碳2～4份，Sn粉5～10份搅拌均匀，得混合液；

C将步骤A得到的细木粉与步骤B得到的混合液按重量比1:1混合均匀，在常温常压下浸渍40～60h，烘干，放入惰性气体保护的加热炉中预热、逐步升温至700～800℃，减压抽出低分子组分后再继续升温至1000～1500℃，真空炭化3～4h后，冷却，即得。

2.如权利要求1所述的污水净化剂，其特征在于，包括如下组分及其重量份数：

改性硅藻土22份、木陶瓷22份、聚阴离子纤维素14份、高锰酸钾5份、茶皂素10份、环氧琥珀酸8份和硫辛酸钠10份。

3.如权利要求1或2所述的污水净化剂，其特征在于，所述改性硅藻土的制备方法为：

a.将硅藻土干燥，过80～100目筛，得细粉，接着加入体积浓度为5～10％的盐酸中，加热至100～110℃反应2～4h，冷却，用水洗涤至中性，干燥，得酸性硅藻土粉末；

b.往步骤a得到的酸性硅藻土粉末中加入纳米氧化锌混合均匀，得混合物I；

c.将改性剂溶于水中搅拌至完全溶解，接着加入步骤b得到的混合物I搅拌，所述改性剂为木糖醇、阿拉伯糖、果糖、半乳糖或甘露糖，形成均匀的胶体状，干燥，研磨，即得。

4.如权利要求3所述的污水净化剂，其特征在于，所述步骤a中的细粉与盐酸的固液比为1g:(2～3)mL。

5.如权利要求3所述的污水净化剂，其特征在于，所述步骤b中的酸性硅藻土粉末与纳米氧化锌的重量比为1:(0.5～0.6)。

6.如权利要求3所述的污水净化剂，其特征在于，所述步骤c中的改性剂与混合物I的重量比为(6～8):1。

7.如权利要求1所述的污水净化剂，其特征在于，所述步骤B中液体环氧丙烯酸树脂为固含量为40～50％的液体环氧丙烯酸树脂。

8.如权利要求1～7任一所述的污水净化剂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将改性硅藻土和木陶瓷混合均匀，接着加入聚阴离子纤维素、高锰酸钾、茶皂素、环氧琥珀酸和硫辛酸钠混合均匀，再加入体积浓度为75％的乙醇溶液，充分混合后制成球形颗粒，即得。