CN108821383A - 一种新型河道浊度原位净化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水环境治理领域，涉及一种新型河道浊度原位净化材料及其制备方法，该净化材料以粘土矿粉为主体，经热活化、酸性处理和絮凝改性，最后与吸附材复合而成，粘土矿粉通过热活化处理，提高反应活性，酸性离子交换处理可以提高絮凝改性材料与粘土矿粉的结合能力和强度，絮凝材料可以均匀、牢固的分散在粘土矿粉的孔道和表面，提高絮凝沉降效果，同时改性粘土矿粉和吸附材料又可以吸附固定重金属，N、P等营养盐及难降解有机物，以及吸附微生物，为微生物提供良好的载体，该材料可快速、低成本降低河道水体浊度，净化水质。

Description

一种新型河道浊度原位净化材料及其制备方法
技术领域
本发明属于水环境治理领域，涉及一种新型河道浊度原位净化材料及其制备方法，该净化 材料以粘土矿粉为主体，经热活化、酸性处理和絮凝改性，最后与吸附材复合而成，可快速、 低成本降低河道水体浊度，净化水质。
背景技术
国内外研究表明，目前对黑臭水体治理的物理方法主要有人工曝气、底泥疏浚、物理化 学法或生物法处理，其中在人工曝气技术的研究中采用了微气泡或低强度曝气法，底泥疏浚的 技术主要是将河道底泥挖出进行固定化处理；物理化学法主要采用化学强化混凝、Fenton试剂 氧化等，生物法主要包括生物膜法、微生物强化技术和曝气生物滤池。
当前，虽然针对黑臭河道治理的技术河方案很多，有些也比较成熟，但是对于河道治理 以后出现的河水混浊的问题，相关新材料和新技术研究的比较少，尤其是针对河道治理以后， 引水入河初期，会出现长期一段时间河水混浊，河底光照不充分，不利于水体生物生长和生态 系统的构建；其次是雨水期，雨水携带河(湖)岸泥沙入河导致河水混浊，依靠自然沉降，周 期较长，容易造成水体生态系统的破坏。目前大多简单投加絮凝剂，降低浊度，这样一是作用 效果单一，只针对悬浮颗粒物；二是投加量大，成本高且对环境的负荷大；三是沉降速度慢， 需要较长的一个过程；四是不能为微生物提供载体。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种新型河道浊度原位净化材料的制备方法，其制备 工艺包括以下步骤：
步骤一：粘土矿粉加热处理得到热活化粘土矿粉；
步骤二：上述热活化粘土矿粉浸渍在酸溶液中处理，过滤、水洗至中性，再干燥得到氢离 子改性粘土矿粉；
步骤三：搅拌下，向氢离子改性粘土矿粉中喷洒絮凝剂水溶液，混合均匀，再干燥得到混 合材；
步骤四：混合材与吸附材复合得到本发明降浊材。
其制备工艺图参见附图1。
本发明的一种新型河道浊度原位净化材料制备方法，其中，步骤一：
所述粘土矿粉选自凹凸棒土、膨润土、硅藻土、高岭土和蒙脱土中的一种或多种，粒径优 选在100-200目。
优选的，步骤一热处理在惰性气体保护下进行，温度为200-300℃，处理时间为2-6小时。
本发明的一种新型河道浊度原位净化材料制备方法，其中，步骤二：
所述酸选自硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或多种。 所述硫酸、磷酸、盐酸、硝酸为无机酸，所述乙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸为有机酸。
优选的，酸溶液浓度为0.1-1M，当粘土矿粉100重量份，对应酸为1-10重量份。
优选的，步骤二浸渍温度为10-40℃，浸渍时间为1-4小时。
优选的，步骤二的干燥温度为100-300℃，干燥时间为氢离子改性粘土矿粉至恒重为止。
本发明的一种新型河道浊度原位净化材料制备方法，其中，步骤三：
所述絮凝剂选自聚合氯化铝(简称PAC)、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、淀 粉、蛋白质、动物胶、藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰氧乙 基三甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚丙烯酸钠中的一种或多种。PAC、聚 合硫酸铁、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁为无机絮凝剂，淀粉、蛋白质、动物胶、藻朊酸钠、羧 甲基纤维素钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙 基三甲基氯化铵、聚丙烯酸钠为有机絮凝剂。
优选的，絮凝剂浓度为10-50％，当氢离子改性粘土矿粉100重量份，絮凝剂5-20重量份。
优选的，步骤三的干燥温度为100-300℃，干燥时间为氢离子改性粘土矿粉至恒重为止。
本发明的一种新型河道浊度原位净化材料制备方法，其中，步骤四：
所述吸附材选自沸石粉、白云石、海泡石、活性碳中的一种或多种。
当混合材100重量份，吸附材10-50重量份。
本发明还提供了一种新型河道浊度原位净化材料，其特征在于，包括如下组分：经热活化、 氢离子、絮凝剂改性的粘土矿粉100重量份，吸附材10-50重量份；其中当热活化、氢离子改性 粘土矿粉100重量份时，絮凝剂5-20重量份。
优选的，本发明涉及的净化材料为上述任一项的制备方法制得的新型河道浊度原位净化材 料。
其中，本发明提供的一种新型河道浊度原位净化材料中所述粘土矿粉、絮凝剂、吸附材及 其优选方案与本发明提供的一种新型河道浊度原位净化材料的制备方法中定义一致。
本发明制造的一种新型河道浊度原位净化材料，以无机多孔粘土矿粉为基础，经热处理活 化；酸处理；再用絮凝剂改性；最后跟吸附材复合而成。其作用原理是在活化后的大比表面积 粘土矿粉的表面和孔道内牢固负载絮凝剂，通过与吸附材料协同作用，达到河道水体浊度原位 快速净化效果。粘土矿粉的热活化处理，可以提高增加反应活性，酸性离子交换处理可以提高 絮凝改性材料与粘土矿粉的结合能力和强度，絮凝材料可以均匀牢固的分散在粘土矿粉的孔道 和表面，提高絮凝沉降效果，同时改性粘土矿粉和吸附材料又可以吸附固定重金属，N、P等 营养盐及难降解有机物，以及吸附微生物，为微生物提供良好的载体。
本发明的有益效果：
1、本方法经特殊工艺和组成制备的河道浊度原位净化材料，原料来源广泛，制备工艺简 单，成本低廉；
2、本发明制备的河道浊度原位净化材料可以絮凝、吸附悬浮颗粒物，快速沉降，达到河 水澄清的效果；
3、本发明制备的河道浊度原位净化材料在沉降过程中，吸附固定重金属，N、P等营养盐 及难降解有机物；
4、本发明制备的河道浊度原位净化材料多孔、比表大，可以吸附微生物，为微生物提供 较好的繁殖和生长场所，长期净化水质；
5、本发明制备的河道浊度原位净化材料适合在河道原位喷撒施工，快速降低河水浊度的 同时，吸附固定重金属，N、P等营养盐及难降解有机物；
6、材料安全环保、施工方便，用量少，成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明新型河道浊度原位净化材料的制备工艺图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。所描述的实施例及其结果仅用于说明本发明， 而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
凹凸棒土：盱眙博图凹土股份有限公司，150-200目
硫酸：试剂
盐酸：试剂
聚二甲基二烯丙基氯化铵：自制(参考CN103819607A)
PAC：巩义市美源净水材料有限公司，含量30％
聚合硫酸铁：湖南谊德化工有限公司，全铁含量22％
沸石粉：灵寿县华洲矿产品加工厂，150-200目
材料制备例1
制备工艺如下：
步骤一：称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热250℃，保温热处理3小时，得到热活化凹 凸棒土；
步骤二：称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.2M的盐酸溶液中，处理 2小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；
步骤三：称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为20％的PAC水溶液50g， 混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；
步骤四：混合材100g与沸石粉20g复合得到本发明降浊材A，待用。
材料制备例2
材料制备例1同样的方法：
步骤一：称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热250℃，保温热处理3小时，得到热活化凹 凸棒土；
步骤二：称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.1M的硫酸溶液中，处理 3小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；
步骤三：称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为20％的聚合硫酸铁水 溶液50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；
步骤四：混合材100g与沸石粉20g复合得到本发明降浊材B，待用。
材料制备例3
材料制备例1同样的方法：
步骤一：称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热300℃，保温热处理2小时，得到热活化凹 凸棒土；
步骤二：称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.2M的盐酸溶液中，处理 3小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；
步骤三：称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为10％的聚二甲基二烯 丙基氯化铵水溶液50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；
步骤四：混合材100g与沸石粉20g复合得到本发明降浊材C，待用。
比较材料制备例1
步骤一：称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热500℃，保温热处理2小时，得到热活化凹 凸棒土；
步骤二：称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.1M的硫酸溶液中，处理 3小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；
步骤三：称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为20％的聚合硫酸铁水 溶液50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；
步骤四：混合材100g与沸石粉20g复合得到降浊材D，待用。
比较材料制备例2
步骤一：称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热250℃，保温热处理3小时，得到热活化凹 凸棒土；
步骤二：称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.1M的硫酸溶液中，处理 3小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；
步骤三：氢离子交换凹凸棒土100g与沸石粉20g复合得到降浊材E，待用。
比较材料制备例3
步骤一：称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热250℃，保温热处理3小时，得到热活化凹 凸棒土；
步骤二：称取热活化凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为20％的聚合硫酸铁水溶液 50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；
步骤三：混合材100g与沸石粉20g复合得到降浊材F，待用。
比较材料制备例4
步骤一：称取凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.2M的盐酸溶液中，处理2小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；
步骤二：称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为20％的PAC水溶液50g， 混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到混合材；
步骤三：混合材100g与沸石粉20g复合得到降浊材G，待用。
比较材料制备例5
步骤一：称取凹凸棒土1KG氮气保护下加热250℃，保温热处理3小时，得到热活化凹 凸棒土；
步骤二：称取上述热活化凹凸棒土200g，浸渍在10ml浓度为0.1M的硫酸溶液中，处理 3小时，过滤、水洗至中性，再105℃干燥8小时至恒重，得到氢离子交换凹凸棒土；
步骤三：称取氢离子交换凹凸棒土100g，搅拌下，喷洒质量浓度为20％的聚合硫酸铁水 溶液50g，混合均匀，再105℃干燥8小时至恒重，得到降浊材H，待用。
水处理实施例
高浊度污水取自南京某河道治理后雨水期河水，河水水质参数如下表1。
表1原水水质参数
取河水1L与2000ml烧杯中，搅拌下分别加入实施例1-3、比较例1-5降浊材0.1g，快速 搅拌30s，低速搅拌30s，倒入1000ml量筒中，10min观测絮凝体容积，60min观测絮凝体容积，并测试上层清液中COD、总氮、总磷、铜和镉浓度，结果记录在表2中。
表2处理后水质参数
从试验结果看：本发明制备的新型河道浊度原位净化材料具有多孔结构，比表大、絮凝 吸附性好的特点，喷撒在河道中可以絮凝、吸附悬浮颗粒物，快速沉降，降低浊度，同时还能 吸附固定难降解有机污染物、总氮、总磷以及重金属等污染物。水质得到快速改善，提高河水 透明度，增强光照，促进水体生物生长和加快生态系统构建。而非本发明的比较例不论是浊度 降低效果，还是其他污染物去除效果均不如本发明专利保护材料的要求。

Claims (11)

1.一种新型河道浊度原位净化材料，其特征在于，包括如下组分：经热活化、氢离子、絮凝剂改性的粘土矿粉100重量份，吸附材10-50重量份；其中当热活化、氢离子改性粘土矿粉100重量份时，絮凝剂5-20重量份。
2.如权利要求1所述的一种新型河道浊度原位净化材料的制备方法，其制备工艺包括以下步骤：
步骤一：粘土矿粉加热处理得到热活化粘土矿粉；
步骤二：上述热活化粘土矿粉浸渍在酸溶液中处理，过滤、水洗至中性，再干燥得到氢离子改性粘土矿粉；
步骤三：搅拌下，向氢离子改性粘土矿粉中喷洒絮凝剂水溶液，混合均匀，再干燥得到混合材；
步骤四：混合材与吸附材复合得到本发明降浊材。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤一所述粘土矿粉选自凹凸棒土、膨润土、硅藻土、高岭土和蒙脱土中的一种或多种，粒径在100-200目。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤一热处理在惰性气体保护下进行，温度为200-300℃，处理时间为2-6小时。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在步骤二中所述酸选自硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或多种。
6.如权利要求2和5任一项所述的制备方法，其特征在步骤二中酸溶液浓度为0.1-1M，粘土矿粉100重量份，对应酸为1-10重量份。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤二中浸渍温度为10-40℃，浸渍时间为1-4小时，步骤二和步骤三干燥温度为100-300℃。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤三所述絮凝剂选自聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁、聚合硅酸铝铁、淀粉、蛋白质、动物胶、藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚丙烯酸钠中的一种或多种。
9.如权利要求2和8任一项所述的制备方法，其特征在于步骤三絮凝剂浓度为10-50％，氢离子改性粘土矿粉100重量份，絮凝剂5-20重量份。
10.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤四所述吸附材选自沸石粉、白云石、海泡石、活性碳中的一种或多种。
11.如权利要求2和10任一项所述的制备方法，其特征在于步骤四混合材100重量份，吸附材10-50重量份。
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