CN108640233A - 一种复合水处理剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合水处理剂及其应用。该复合水处理剂包括以下组分：二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰。该复合水处理剂具有除藻、杀菌、氧化、去浊的功能，全方配伍合理，发挥出了显著的协同增效作用，可以单独使用，也可以作为预处理剂用于水处理工艺前端。经其处理后的藻细胞数、有机物和细菌的去除率均达到85%以上，浊度去除率95%以上，色度低于5度。本发明制备工艺简单、成本低廉、净化效果好、操作简便、消毒副产物生成量少，可应用于各种水处理，尤其适用于受藻类和有机物污染的饮用水、生活污水和再生回用水的处理，应用前景良好。

Description

一种复合水处理剂及其应用

技术领域

本发明属于水处理技术领域，更具体地，涉及一种复合水处理剂及其应用，以提高水中藻类、有机物污染物、细菌和浊度的去除能力，并降低消毒副产物的生成量。

背景技术

藻类及有机污染物是水中普遍的污染物，威胁供水安全、阻碍社会经济发展。当水源水中含有大量藻类和有机污染物时，常规混凝、沉淀、过滤、消毒工艺处理对藻类和有机污染物的去除能力有限，出水往往难以满足出水水质标准。

对于污染较严重的水体，预处理可提升后续絮凝和沉淀对污染物的去除效率、降低过滤工艺负荷，控制消毒副产物形成。目前，常见的预处理工艺包括预氯化（氯气、液氯、次氯酸钠等）、二氧化氯预氧化、预臭氧、高锰酸钾预氧化等。预氯化和二氧化氯预氧化会造成卤代甲烷、卤乙酸、亚氯酸盐等氯化消毒副产物大量生成的问题；预臭氧对运行设备要求较高且成本较高，并存在溴酸盐副产物问题，仅在经济发达地区采用。高锰酸钾存在出水色度升高的问题。当水中藻类和有机物浓度较高时，投加单一预氧化剂对水中污染物去除能力有限。

另外，对于不具备大规模水处理条件的非集中式供水的农村和偏远地区，高效净水的复合水处理是保障供水水质的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种复合水处理剂。本发明对于含有藻类和有机污染物的水体，其对藻类和有机污染物的去除率均达到85%以上，对悬浊物去除率达到95%以上，同时有显著的杀菌、抑菌效果，而且出水色度低于5度。此水处理剂可以单独使用，也可以作为预处理剂用于水处理工艺前端。另外，其制备工艺简单、成本低、运行操作简便，安全无毒，尤其适用于饮用水、生活污水和再生回用水等水体处理。

本发明的目的是提供一种复合水处理剂。

本发明的另一目的是提供上述复合水处理剂在去除水中藻类、有机污染物、悬浮物、色度和/或细菌中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种复合水处理剂，其特征在于，包括以下组分：二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰。

优选地，所述复合水处理剂，包括以下重量份数的组分：二氧化氯3～20份、次氯酸钠3～20份、高铁酸钾1～25份、高锰酸钾1～25份、聚合硫酸铁10～30份、聚丙烯酰胺1～30份、普鲁兰1～8份、壳聚糖1～8份、单宁酸1～5份、硅藻土2～38份和石灰0.5～18份。

本发明中含有氧化剂、絮凝剂和助凝剂组分，其中，二氧化氯和次氯酸钠合用可以破坏胶体表面的有机物包裹层，使长链有机物变为短链有机物，破坏藻细胞稳定性，同时具有杀菌消毒的作用，并通过高锰酸钾和高铁酸钾对烯烃类含不饱和键、苯酚及苯胺类化合物等物质进行更进一步地氧化降解，同时在氧化过程中形成具有极大比表面积的二氧化锰胶体和三氧化铁胶体，利用胶体上的羟基与含羟基、氨基官能团的有机物生成氢键，从而起到吸附污染物的作用；同时通过合用絮凝效果优异稳定性好、价格较低的聚合硫酸铝，辅以环境友好的生物絮凝剂普鲁兰和壳聚糖，使水处理剂对水中不同类型的胶体和颗粒的发挥全面的絮凝能力和絮体沉降分离能力；在此基础上，利用聚丙烯酰胺和硅藻土将悬浮颗粒、小颗粒絮体吸附沉降，通过架桥和卷扫网捕去除不易沉降的胶体和絮体；利用单宁酸、硅藻土和石灰进行水质调节，为水处理提供良好的反应环境，提高水处理的稳定性，延长其储存时间，从而制备出一种新型复合水处理剂，强化了对藻类、细菌和有机污染物的去除效果，吸附性能显著提高，能有效的降低水中悬浮物的浓度，同时控制消毒副产物的生成量，克服传统水处理剂在水处理过程中功能单一、处理效果差的问题，无论是在去除物质的种类和去除量上均体现了显著的协同增效作用。

此外，在该复合水处理剂应用时，本发明各氧化组分之间内部优势互补，强化了针对不同类型的藻类和有机污染物的氧化能力，使污染物的去除范围更广，同时可改变藻类细胞形态，降低胶体表面负电性，与后续絮凝组分合用具有协同增效的作用，而本发明的絮凝剂组分同时又可以显著降低氧化剂组分的用药比例，降低预氧化的制备成本。

本发明各组分相互依存，相辅相承，全方配伍合理，通过将二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰合用，发挥了显著的协同增效的效果，具有显著的杀菌、抑菌效果，能够显著提高预氧化阶段和后续絮凝和沉淀阶段对水中藻类、有机污染物、细菌及浊度的去除效率，同时降低消毒副产物的生成量，净水效率和净水效果显著增大。

更优选地，所述复合水处理剂，包括以下重量份数的组分：二氧化氯5～15份、次氯酸钠5～15份、高铁酸钾2～20份、高锰酸钾2～20份、聚合硫酸铁15～25份、聚丙烯酰胺5～25份、普鲁兰1～5份、壳聚糖1～5份、单宁酸1～2份、硅藻土5～35份和石灰0.5～15份。

更进一步优选地，所述复合水处理剂，包括以下重量份数的组分：二氧化氯8份、次氯酸钠8份、高铁酸钾10份、高锰酸钾10份、聚合硫酸铁20份、聚丙烯酰胺15份、普鲁兰2.5份、壳聚糖2.5份、单宁酸1.5份、硅藻土20份和石灰7.5份。

优选地，所述复合水处理剂可预制为均一化溶液或固态片剂，也可将各组分分别预制封装后至现场复配。

本发明对藻类和有机污染物的去除率均达到85%以上，对悬浊物去除率达到95%以上，同时有显著的杀菌、抑菌效果，而且出水色度低于5度。

因此，所述复合水处理剂在去除水中藻类、有机污染物、悬浮物、色度或细菌中的应用，也在本发明的保护范围之内。

优选地，每立方米水中投加0.5～10 g的复合水处理剂。

更优选地，每立方米水中投加3～5 g的复合水处理剂。

优选地，所述复合水处理剂与水的混合反应时间为2～10 min。

优选地，所述复合水处理剂与水体充分混合后，调整混合体系pH＜8。

优选地，所述混合反应是在搅拌条件下进行。

优选地，所述水为饮用水、生活污水或再生回用水。

本发明可以根据实际水体污染程度及主要污染物，调配适合的复合水处理组分并将各组分充分混合均匀，以一定剂量（0.5～10 g处理剂每吨水）投加于待处理水体中并充分搅拌，调节水中pH值在适当范围（pH小于8），慢速搅拌2～10分钟，根据需要进行后续处理或直接使用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明各组分相互配合，发挥了显著的协同增效作用，具有显著的杀菌抑菌效果，能够显著提高预氧化阶段和后续絮凝和沉淀阶段对水中藻类、有机污染物、细菌及浊度的去除效率，同时降低消毒副产物的生成量，净水效率和净水效果显著增大。

2、本发明的复合水处理剂生产成本低、稳定性好、环境友好无毒、净水效率高，对于微污染饮用水、生活污水和回用再生水的藻类、有机物污染物去除率均达到85%以上、悬浊物去除率达到95%以上，出水大肠杆菌达标，出水色度低于5度。本发明在水处理研究上是一大发现，在应用上也是一大突破，可以满足人们对高效净水的需求，同时本发明的应用推广又可以创造可观的经济效益和社会效益。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

1、方法

（1）分组

采用随机数字表法分为12组实验组和1组空白对照组。

各实验组的具体组成情况如下：

组0、空白对照组；

组1、二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾和高锰酸钾；

组2、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰和壳聚糖；

组3、单宁酸、硅藻土和石灰；

组4、二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰和壳聚糖；

组5、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰；

组6、二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、单宁酸、硅藻土和石灰；

组7、二氧化氯、次氯酸钠、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰；

组8、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰；

组9、二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰；

组10、二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、单宁酸、硅藻土和石灰；

组11、二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸和硅藻土；

组12、二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰。

（2）测定方法

取某受到藻类污染的饮用水源水，原水水质条件为：浊度8 NTU，有机物浓度为5.5 mgC/L，藻细胞浓度10⁷ 个/mL，分别利用上述各组的复合水处理剂进行预处理。

具体方法为：向1立方米（1吨）原水中投加1 g的复合水处理剂，利用射水器将药剂加入原水输水管内充分混合，反应5 min后进入净水厂进行常规絮凝、沉淀、过滤、消毒处理；空白对照组未投加复合水处理，原水直接进入水厂常规絮凝池，测定各组的出水效果。每组测量三次，取平均值。

2、结果：

表1 各组复合水处理剂的处理效果

由表1可知，实验组12的净水能力最强，各组分形成了协调统一的有机整体，对于藻类、有机污染物和浊度可能同步高效去除，藻类的去除率均达到93%，有机污染物的去除率达到95%，浊度的去除率达到95%以上。而去掉复合水处理剂的部分组分会导致污染物去除能力下降。实验结果表明，复合药剂各组分呈现协同效果，去掉复合药剂成分的一种或几种对污染物的去除效果显著降低，证明本发明复配后的水处理剂可以发挥明显的协同增效作用。

实施例2

1、以实施例1中的实验组12为基础，以组分含量配比为变量，制备一系列复合水处理剂。对得到的复合水处理剂进行净水效果测试，方法同实施例1。各组组分含量如表2所示。

表2 各实验组组分含量配比

2、结果如表3所示。

表3 不同组分含量配比对水净化效果的影响

由表3可知，对于相同原水，复合水处理剂的组分配比会显著影响水中污染物的去除效果。实验组20的组分比例的污染物去除水平最高，可实现藻细胞数、有机物和细菌的去除率均85%以上，浊度去除率95%以上，色度低于5度的效果。因此，复合处理剂中的氧化组分、絮凝组分、助凝组分及其各组分内药剂的配比过大或过低均会导致水处理效果的下降，需要各组分比例得当。

实施例3 水处理剂组分的筛选优化

以实施例1中的实验组12为基础，不同之处在于将氧化剂、絮凝剂、助凝剂、水质调节剂分别替换为不同组分，制备一系列复合水处理剂。对得到的复合水处理剂进行净水效果测试，方法同实施例1。

1、氧化剂的筛选

表4 不同氧化剂对净水效果的影响

2、絮凝剂的筛选

表5 不同絮凝剂对净水效果的影响

3、助凝剂的筛选

表6 不同助凝剂对净水效果的影响

4、水质调节剂的筛选

表7 不同水质调节剂对净水效果的影响

实验结果显示，不同氧化剂、絮凝剂、助凝剂、水质调节剂的使用对净水效果的影响较大。当氧化剂组分选择二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾，絮凝剂组分选择聚合硫酸铁、普鲁兰、壳聚糖，助凝剂组分选择聚丙烯酰胺、硅藻土，水质调节剂组分选择单宁酸、石灰时，各组分形成了协调统一的有机整体，净水效果最佳。

实施例4 对饮用水源水进行处理

1、水处理配方

本实施例复合水处理剂由以下重量份数的组分配制而成：二氧化氯5份、次氯酸钠5份、高铁酸钾20份、高锰酸钾15份、聚合硫酸铁15份、聚丙烯酰胺5份、普鲁兰5份、壳聚糖5份、单宁酸1.5份、硅藻土10份和石灰13.5份。

2、使用方法和使用效果

取某受到藻类污染的饮用水源水，原水水质条件为：浊度8 NTU，有机物浓度为5.5 mgC/L，藻细胞浓度10⁷ 个/mL，利用上述复合水处理剂进行预处理。

使用方法为：向1立方米（1吨）原水中投加0.5 g本实施例的复合水处理剂，利用射水器将药剂加入原水输水管内充分混合，后进入净水厂进行常规絮凝、沉淀、过滤、消毒处理，处理后进入水厂常规絮凝池。

使用该复合水处理后，出水各项指标达到国家饮用水卫生标准，处理后污水悬浮物去除率为96%，藻类去除率为93%，有机污染物去除率为92%，色度为3度，浊度低于1 NTU。

实施例5 对生活污水进行处理

1、水处理配方

本实施例复合水处理剂由以下重量份数的组分配制而成：二氧化氯15份、次氯酸钠15份、高铁酸钾5份、高锰酸钾5份、聚合硫酸铁25份、聚丙烯酰胺25份、普鲁兰1份、壳聚糖1份、单宁酸1份、硅藻土20份和石灰15份。

2、使用方法和使用效果

采用本实施例的复合水处理剂处理某地区的生活污水。

使用方法为：向1立方米（1吨）水中投加5 g本实施例的复合水处理剂，在存水池内将此复合水处理剂和污水快速搅拌5分钟，慢速搅拌15分钟，静置30分钟，上清液排入受纳水体。

处理后污水悬浮物去除率为98%，有机污染物去除率为90%，色度为3度，出水浊度4NTU。

实施例6 对再生回用水进行处理

1、水处理配方

本实施例复合水处理剂由以下重量份数的组分配制而成：二氧化氯8份、次氯酸钠8份、高铁酸钾6份、高锰酸钾6份、聚合硫酸铁15份、聚丙烯酰胺20份、普鲁兰2份、壳聚糖2份、单宁酸1份、硅藻土22份和石灰10份。

2、使用方法和使用效果

采用本实施例的复合水处理剂处理某地区的再生回用水。

使用方法为：向1立方米（1吨）水中投加3 g本实施例的水处理剂，在存水池内将此水处理剂和水充分混合搅拌15分钟，后进行过滤系统。

处理后污水悬浮物去除率为95.5%，有机污染物去除率为92%，色度为3度，浊度低于1 NTU。

实施例7 一种复合水处理剂

1、水处理配方

本实施例复合水处理剂由以下重量份数的组分配制而成：二氧化氯8份、次氯酸钠8份、高铁酸钾10份、高锰酸钾10份、聚合硫酸铁20份、聚丙烯酰胺15份、普鲁兰2.5份、壳聚糖2.5份、单宁酸1.5份、硅藻土20份和石灰7.5份。

2、使用效果

研究发现，该复合水处理剂对饮用水、生活污水和再生回用水均有显著的净化效果。经计算，处理后其污水悬浮物去除率为98%，藻类去除率为95%，有机污染物去除率为97%，浊度去除率为96.5%，色度为3度。

实施例8 一种复合水处理剂

1、水处理配方

本实施例复合水处理剂由以下重量份数的组分配制而成：二氧化氯3份、次氯酸钠20份、高铁酸钾1份、高锰酸钾25份、聚合硫酸铁10份、聚丙烯酰胺30份、普鲁兰1份、壳聚糖8份、单宁酸1份、硅藻土38份和石灰0.5份。

2、使用效果

研究发现，该复合水处理剂对饮用水、生活污水和再生回用水均有显著的净化效果。经计算，处理后其污水悬浮物去除率为96%，藻类去除率为90%，有机污染物去除率为90%，浊度去除率96.3%，出水色度为3度。

实施例9 一种复合水处理剂

1、水处理配方

本实施例复合水处理剂由以下重量份数的组分配制而成：二氧化氯3份、次氯酸钠20份、高铁酸钾1份、高锰酸钾25份、聚合硫酸铁10份、聚丙烯酰胺30份、普鲁兰1份、壳聚糖8份、单宁酸1份、硅藻土38份和石灰0.5份。

2、使用效果

研究发现，该复合水处理剂对饮用水、生活污水和再生回用水均有显著的净化效果。经计算，处理后其污水悬浮物去除率为95%，藻类去除率为91%，有机污染物去除率为92%，色度为3度，出水浊度为1 NUT。

实施例10

1、复合水处理剂对杀菌效果的影响

表8 采用实施例3～8中的复合水处理剂对几种饮用水原水进行处理，研究其对水中几种代表细菌的抑制效果

由表8可知，使用该复合水处理剂后，总大肠菌群和大肠埃希菌均无检出，群落总数也显著低于我国生活饮用水卫生标准要求的100 CFU/mL，说明本发明的复合水处理剂具有良好的杀菌抑菌效果。

2、复合水处理剂对消毒副产物的影响

表9 采用复合水处理剂对几种饮用水原水进行处理，考察所涉及的水处理剂对消毒副产物的控制效果。

由表9可知，使用该复合水处理剂后，其对消毒副产物亚氯酸盐和氯酸盐的生成量均在0.7 mg/L以下。三氯甲烷和卤乙酸浓度也均小于60 μg/L。说明复合水处理剂对消毒副产物的形成具有很好的控制效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合水处理剂，其特征在于，包括以下组分：二氧化氯、次氯酸钠、高铁酸钾、高锰酸钾、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、普鲁兰、壳聚糖、单宁酸、硅藻土和石灰。

2.根据权利要求1所述的复合水处理剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：二氧化氯3～20份、次氯酸钠3～20份、高铁酸钾1～25份、高锰酸钾1～25份、聚合硫酸铁10～30份、聚丙烯酰胺1～30份、普鲁兰1～8份、壳聚糖1～8份、单宁酸1～5份、硅藻土2～38份和石灰0.5～18份。

3.根据权利要求1所述的复合水处理剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：二氧化氯5～15份、次氯酸钠5～15份、高铁酸钾2～20份、高锰酸钾2～20份、聚合硫酸铁15～25份、聚丙烯酰胺5～25份、普鲁兰1～5份、壳聚糖1～5份、单宁酸1～2份、硅藻土5～35份和石灰0.5～15份。

4.根据权利要求1所述的复合水处理剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：二氧化氯8份、次氯酸钠8份、高铁酸钾10份、高锰酸钾10份、聚合硫酸铁20份、聚丙烯酰胺15份、普鲁兰2.5份、壳聚糖2.5份、单宁酸1.5份、硅藻土20份和石灰7.5份。

5.权利要求1～4任一所述的复合水处理剂在去除水中藻类、有机污染物、悬浮物、色度和/或细菌中的应用。

6. 根据权利要求5所述的应用，其特征在于，每立方米水中投加0.5～10 g的复合水处理剂。

7. 根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述复合水处理剂与水的混合反应时间为2～10 min。

8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述复合水处理剂与水体充分混合后，调整混合体系pH＜8。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述混合反应是在搅拌条件下进行。

10.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述水为饮用水、生活污水或再生回用水。