CN109574118B - 一种污水处理复合药剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水处理复合药剂及其制备方法，属于污水处理技术领域。采用的技术方案是：一种污水处理复合药剂，按照质量百分数计，包括85～94%的膨润土、0.5～2.5%的酒石酸钠、0.5～2.5%的羧乙基硫代丁二酸、0.4～1.6%的壳聚糖和4～9%的硬质酸盐；所述膨润土为无机改性膨润土。本发明配方结构简单、成本低廉，采用本发明的产品对污水进行处理环保安全、吸附效果好，还具有缓蚀、阻垢、抑菌的效果。

Description

一种污水处理复合药剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种污水处理复合药剂及其制备方法。

背景技术

随着现代化工业的快速发展，水污染问题已经成为全球性问题，有效地治理废水和修复受污染的水体，并使其成为可重复利用的水资源，在经济处于高速发展而人均淡水资源又十分紧缺的当下显得十分迫切和重要。水处理剂是工业用水、生活用水、废水处置进程中必需的化学药剂，主要用于脱除水体中的悬浮物、除臭脱色、抑菌或灭菌、软化水质、抑制水垢形成等，是影响甚至决定水治理效果的关键因素。根据水处理剂的功能特征，可划分为絮凝剂、杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂及吸附剂等，通过添加多种水处理剂来解决多种复杂的水体情况。但在污水中同时投加多种药剂，不仅提高了水处理的操作难度，增加了水处理成本，而且多种药剂之间还容易互相形成干扰，影响处理效果，很多药剂会在水体中发生残留，造成二次污染，增加用水安全的风险。

现有技术中，公布号为CN108083351A的中国专利公开了一种生活污水处理剂，按重量份计包括高锰酸钾15～20份、次氯酸钙12～22份、硫酸镁10～21份、碳酸钠15～17份、氧化镁13～19份、二氧化硅11～15份、硅酸钙13～16份、沸石粉9～15份、活性炭7～13份、硅藻土5～9份和白矾3～7份。该配方成分复杂，主要利用强氧化剂和吸附剂消除水体中的污染源，但次氯酸钙具有极强的腐蚀性，有较大的危险性和不稳定性，运行工艺条件及费用均较高，且该污水处理剂的处理效率有限，处理后的水有较大的硬度，不适合直接回收利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水处理复合药剂，具有环保安全、污水处理效率高、吸附效果好的优点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种污水处理复合药剂，按照质量百分数计，包括85～94％的膨润土、0.5～2.5％的酒石酸钠、0.5～2.5％的羧乙基硫代丁二酸、0.4～1.6％的壳聚糖和4～9％的硬质酸盐；所述膨润土为无机改性膨润土。优选的，按照质量百分数计，包括89～91％的膨润土、0.8～1.5％的酒石酸钠、0.6～1％的羧乙基硫代丁二酸、0.8～1.2％的壳聚糖和6～8％的硬质酸盐。

实施上述技术方案，污水处理的复合药剂主要以膨润土为吸附剂，通过物理吸附作用去除污水中的污染物，工艺简单、成本低廉，且不会产生二次污染。复合药剂中与膨润土复配的酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸、壳聚糖和硬脂酸盐均为可生物降解、无化学残留、不会引起水体富营养化的成分，有利于安全环保。膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的非金属矿物，是由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构，具有较大的比表面积和离子交换容量，能够将废水中的污染物吸附除去。膨润土的无机改性也称为活性改性，包括高温焙烧改性、酸性改性、盐活化改性和微波改性等，无机改性有利于提高膨润土的吸附性能。

酒石酸钠又称二羟基丁二酸二钠，是一种易溶于水的白色粉末，其分子中含有两对羟基和羧基，能够在金属表面形成氧化膜，具有缓蚀作用。酒石酸钠中的钠离子会与膨润土层间的钙离子发生交换，有利于提高膨润土对污染物的吸附、去除能力。羧乙基硫代丁二酸是一种小分子羧酸类化合物，其分子中的硫原子含有孤对电子，能够在金属表面形成吸附膜、抑制件腐蚀，且分子中的羧基能够与钙、镁等离子等形成稳定的螯合物，具有阻垢作用，酒石酸钠与羧乙基硫代丁二酸配合有利于提高复合药剂的缓蚀作用。

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，其分子中含有活泼的羟基和氨基，对水体中的带负电荷的有机、无机微粒具有较好的吸附作用，对重金属离子又具有良好的鳌合作用，壳聚糖与改性后的膨润土配合，有利于增强膨润土的吸附作用。硬脂酸盐是有润滑作用的白色粉末，包括硬质酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁和硬质酸钠等，有利于提高复合药剂中各组分混合分散的均匀性，抑制膨润土的水化分散性能，使水处理后的膨润土易于与水分离。

进一步，所述硬脂酸盐为硬质酸钠，所述酒石酸钠与硬质酸钠的用量质量比为1:5～8。

实施上述技术方案，硬质酸钠也能够与膨润土层间的钙离子发生部分交换，有利于提高膨润土的吸附性能，硬质酸钠与酒石酸钠配合，有利于提高酒石酸钠的缓蚀作用，抑制水中微生物生长。

进一步，所述无机改性膨润土是对钙基膨润土进行高温焙烧改性，无机改性膨润土的制备方法如下：将膨润土与活性炭混合粉碎，活性炭的添加量为膨润土质量的3～10％，向膨润土与活性炭的混合粉末中加入纯水，将润湿后的混合粉末烘干，烘干后在550～650℃下焙烧1.5～3h。

实施上述技术方案，对膨润土进行高温焙烧可除去膨润土的水化功能，在焙烧前加入活性炭，使活性炭进入膨润土层间，在高温焙烧过程中，活性炭的被水蒸气或氧气氧化，生成二氧化碳膨胀逸出，在膨润土内产生许多细小的空隙，膨润土的层间距相较于直接焙烧膨润土增大，使膨润土的吸附表面积增大，有利于提高膨润土的吸附能力和结构稳定性，改性后的膨润土在水处理过程中也不会产生二次污染。

本发明的另一个目的在于提供一种污水处理复合药剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将壳聚糖溶解于质量分数为2～5.3％的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液，优选的，壳聚糖溶液的质量体积浓度为10～12g/L。

步骤二：将膨润土浸入壳聚糖溶液中，膨润土与壳聚糖溶液混合的质量比为1:1～1.5，搅拌10～25min，得到糊状膨润土。

步骤三：将糊状膨润土置于65～80℃环境下烘干，烘干后的膨润土与酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸、硬质酸盐混合磨粉，过80～120目筛，即得。

实施上述技术方案，通过在改性后的膨润土上负载壳聚糖，壳聚糖吸附于膨润土表面或部分嵌插入膨润土的空隙中，有利于增大膨润土与污染物的有效接触面积，提高膨润土对水中污染物的吸附处理效率。将负载有壳聚糖的膨润土与酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸、硬脂酸盐混合磨粉，有利于复合药剂的混合均匀性，制得吸附效率高、吸附效果好，具有缓蚀、阻垢和抑菌效果的污水处理复合药剂。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过对膨润土进行改性并负载壳聚糖，增加膨润土与污染物之间的有效接触面积，有利于提高膨润土对污水中污染物的吸附能力，提高吸附效率。负载壳聚糖的膨润土与酒石酸钠、硬脂酸盐配合，有利于增强膨润土的吸附性能，使复合药剂具有抑菌作用。同时，酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸与硬脂酸盐配合，有利于提高酒石酸钠与羧乙基硫代丁二酸的缓蚀、阻垢作用。本发明的复合药剂采用的均为可生物降解、不会引起水体富营养化的成分或试剂，不会产生二次污染，环保安全；配方中壳聚糖或活性炭等成分的用量少，成本低廉，工艺简单，对污水的处理效率高、效果好。

具体实施方式

下面对本发明实施例的技术方案进行描述。

实施例一

本实施例提供一种污水处理复合药剂，由以下重量的原料组成：34kg的膨润土、1kg的酒石酸钠、1kg的羧乙基硫代丁二酸、0.4kg的壳聚糖和3.6kg的硬质酸钠，本实施例采用的膨润土为无机改性膨润土。

本实施例采用的无机改性膨润土的制备方法如下：将34kg的膨润土与1.02kg的活性炭混合粉碎，向膨润土与活性炭的混合粉末中加入纯水，将润湿后的混合粉末烘干，烘干后在550℃下焙烧3h。

本实施例提供的污水处理复合药剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将0.4kg的壳聚糖溶解于35L质量分数为2％的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液。

步骤二：将34kg的无机改性膨润土浸入35L壳聚糖溶液中，搅拌10min，得到糊状膨润土。

步骤三：将糊状膨润土置于65℃环境下烘干，烘干后与酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸、硬质酸盐混合磨粉，过80目筛，即得。

实施例二

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的污水处理剂由以下重量的原料组成：44.5kg的膨润土、0.6kg的酒石酸钠、0.5kg的羧乙基硫代丁二酸、0.4kg的壳聚糖和4kg的硬质酸钠，本实施例采用的膨润土为无机改性膨润土。

本实施例采用的无机改性膨润土的制备方法如下：将45kg的膨润土与2.7kg的活性炭混合粉碎，向膨润土与活性炭的混合粉末中加入纯水，将润湿后的混合粉末烘干，烘干后在600℃下焙烧2h。

本实施例提供的污水处理复合药剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将0.4kg的壳聚糖溶解于50L质量分数为4％的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液。

步骤二：将44.5kg的无机改性膨润土浸入45L壳聚糖溶液中，搅拌20min，得到糊状膨润土。

步骤三：将糊状膨润土置于70℃环境下烘干，烘干后与酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸、硬质酸盐混合磨粉，过100目筛，即得。

实施例三

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的污水处理剂由以下重量的原料组成：45.5kg的膨润土、0.4kg的酒石酸钠、0.3kg的羧乙基硫代丁二酸、0.8kg的壳聚糖和3kg的硬质酸钠，本实施例采用的膨润土为无机改性膨润土。

本实施例采用的无机改性膨润土的制备方法如下：将45kg的膨润土与4.5kg的活性炭混合粉碎，向膨润土与活性炭的混合粉末中加入纯水，将润湿后的混合粉末烘干，烘干后在650℃下焙烧1.5h。

本实施例提供的污水处理复合药剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将0.8kg的壳聚糖溶解于68L质量分数为5.3％的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液。

步骤二：将45.5kg的无机改性膨润土浸入68L壳聚糖溶液中，搅拌25min，得到糊状膨润土。

步骤三：将糊状膨润土置于80℃环境下烘干，烘干后与酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸、硬质酸盐混合磨粉，过120目筛，即得。

实施例四至六

实施例四至六的污水处理复合药剂的组成用量和制备过程中壳聚糖溶液的浓度如表1所示，其制备方法及采用的无机改性膨润土的制备均与实施例一相同。

表1实施例四至六的污水处理复合药剂组成用量

成分	实施例四	实施例五	实施例六
				无机改性膨润土/kg	56.4	45	45
酒石酸钠/kg	0.3	0.4	0.5
				羧乙基硫代丁二酸/kg	0.3	0.4	0.4
壳聚糖/kg	0.6	0.2	0.6
				硬质酸钠/kg	2.4	4	3.5
壳聚糖浓度(g/L)	10	4	12

对比例一

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的污水处理复合药剂由以下重量的原料组成：45.5kg的膨润土、0.3kg的羧乙基硫代丁二酸、0.5kg的壳聚糖和3kg的硬质酸钠，其中，本对比例采用的膨润土为普通钙基膨润土。本对比例采用的制备方法与实施例一的制备方法相同。

对比例二

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的污水处理复合药剂由以下重量的原料组成：45.5kg的膨润土、0.4kg的酒石酸钠、0.3kg的羧乙基硫代丁二酸、0.5kg的壳聚糖和3kg的硬质酸钠，其中，本对比例采用的膨润土为普通钙基膨润土。本对比例的制备方法为直接将各组分混合磨粉，过100目筛，即得。

产品检测

按照GB/T 18175-2014的标准对各实施例和对比例制备的污水处理复合药剂的缓蚀性能进行测定。分别用实施例一至六和对比例一、二制备的污水处理复合药剂对同一水体取的废水进行处理，各实施例和对比例在处理过程中的污水处理剂用量为5g/L。按照GB/T 22597-2014的标准对处理前后的污水中化学需氧量进行测定；按照GB/T 7475-87的标准对处理前后的污水中铜、锌、铅、铬的含量进行测定，并计算四种金属离子的平均含量；按照GB/T 11894-89的标准对处理前后的污水中总氮含量进行测定。上述检测结果如表2所示。

表2各实施例和对比例的检测结果

组别	缓蚀率/％	COD(mg/L)	金属离子平均含量(mg/L)	总氮(mg/L)
					污水处理前	/	1670	23	69
实施例一	96.7	79	0.36	8
					实施例二	98.2	61	0.18	6
实施例三	96.9	68	0.26	7
					实施例四	98.3	62	0.18	6
实施例五	97.5	70	0.27	7
					实施例六	99.4	55	0.14	5
对比例一	68.6	221	1.02	20
					对比例二	87.8	296	1.85	24

由表2可见，本发明实施例一至六制备的污水处理复合药剂对污水的处理效果好，其对污水中化学需氧量和重金属的去除率明显高于对比例，污水处理后的总氮含量也明显低于对比例。对比例一制备的污水处理复合药剂缓蚀率明显低于对比例二，证明本发明配方中的酒石酸钠对缓蚀功能有重要作用，酒石酸钠本身具有一定缓蚀能力，与羧乙基硫代丁二酸协同配合，有利于提高污水处理复合药剂的缓蚀能力。同时，实施例二、四、六的处理效果优于其他实施例，证明酒石酸钠与硬质酸钠用量比例在1:5～8范围内的污水处理复合药剂配方有更好的处理效果。本发明采用的配方成分安全环保，在污水处理过程中不会产生二次污染，生产成本低廉，具有吸附、缓蚀、阻垢和抑菌作用，对污水的处理效果好。

Claims (6)

1.一种污水处理复合药剂，其特征在于，按照质量百分数计，包括85～94%的膨润土、0.5～2.5%的酒石酸钠、0.5～2.5%的羧乙基硫代丁二酸、0.4～1.6%的壳聚糖和4～9%的硬脂酸盐；所述膨润土为无机改性膨润土；

所述硬脂酸盐为硬脂酸钠；

所述酒石酸钠与硬脂酸钠的用量质量比为1:5～8；

所述无机改性膨润土是对钙基膨润土进行高温焙烧改性；

所述无机改性膨润土的制备方法如下：将膨润土与活性炭混合粉碎，向膨润土与活性炭的混合粉末中加入纯水，将润湿后的混合粉末烘干，烘干后在550～650℃下焙烧1.5～3h。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理复合药剂，其特征在于，按照质量百分数计，包括89～91%的膨润土、0.8～1.5%的酒石酸钠、0.6～1%的羧乙基硫代丁二酸、0.8～1.2%的壳聚糖和6～8%的硬脂酸盐。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理复合药剂，其特征在于，所述活性炭的添加量为膨润土质量的3～10%。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种污水处理复合药剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照原料组分的配比称取各原料，将壳聚糖溶解于质量分数为2～5.3%的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液；

步骤二：将膨润土浸入壳聚糖溶液中，搅拌10～25min，得到糊状膨润土；

步骤三：将糊状膨润土置于65～80℃环境下烘干，烘干后的膨润土与酒石酸钠、羧乙基硫代丁二酸、硬脂酸盐混合磨粉，过80～120目筛，即得。

5.根据权利要求4所述的一种污水处理复合药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一制得的壳聚糖溶液中，壳聚糖的质量体积浓度为10～12g/L。

6.根据权利要求4所述的一种污水处理复合药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，膨润土与壳聚糖溶液混合的质量比为1:1～1.5。