CN110946147A - 一种安全环保的污水消毒粉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种安全环保的污水消毒粉及其制备方法和应用，涉及污水处理技术领域，该安全环保的污水消毒粉由以下重量份的原料制成：单过硫酸氢钾20‑60份；碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2 1‑5份；高锰酸钾改性活性炭10‑25份；无机聚合物絮凝剂13‑22份；过氧化尿素2‑5份；表面活性剂3‑6份；稳定剂10‑15份；抗结块剂0‑3份。本发明中的污水消毒粉微生物去除能力强，对于降低污水中的CODCr、BOD、NH3‑N、SS等具有优异效果，且各原料多为无毒无害的原料，使制备得到的污水消毒粉安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种安全环保的污水消毒粉及其制备方法和应用。
背景技术
我国是世界上严重缺水国家之一，人均水资源居世界第110位。目前我国工业生产的迅速发展和城市规模的扩张，使环保问题越来越突出，其中水污染问题尤为严重，有人称，“石油危机之后，下一个危机便是水”。随着水污染的日渐短缺以及人类对健康的日益重视，对于各种污水的处理等越来越重视。我国在污水处理方面做了大量而积极的探索。
生活污水主要是人类生活中使用的各种厨房用水、洗涤用水和卫生间用水所产生的排放水，多为无毒的无机盐类。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵。医院污水是指医院向自然环境或城市管道排放的污水。医院污水主要是门诊部、手术室、住院部、食堂、厕所排放的废水，主要污染物有CODCr、BOD、NH3-N、SS、总大肠菌群数、植物油类、细菌、病毒等。由于医疗废水中致病源微生物的数量、种类、致病性等的特殊性，因此，消毒环节在医疗废水处理过程中就显得至关重要。传统的用含氯剂消毒方式，其长达200余年的应用已使废水中病原微生物产生了极强的耐药性，现已无法满足新环保法对污水处理的要求。
申请号为201710327498.6的国内专利公开了一种污水消毒剂、制作方法及其使用方法；污水消毒及包括以下组分：过硫酸氢钾；过氧化钙；硫酸镁；氯化铁；碳酸氢钠；纳米级二氧化钛；壳聚糖；淀粉黄原酸酯；单甘油脂肪酸酯；弱酸组分；稳定剂。该专利中的污水消毒剂溶解后持续产生多种高活性自由基，联合消毒，具有消毒谱广效果好，高效安全的优点；氯化铁、壳聚糖、淀粉黄原酸酯三种絮凝剂配合使用，能去除水中金属离子、放射性物质、有机物，有效降低水体的COD、BOD。钠米级二氧化钛，可以长效杀灭水中的多种细菌、真菌，并且无毒无害；本品处理污水时可以不经过格栅过滤、发酵、沉淀、浮选等工序，使用方便。但是其使用的纳米二氧化钛为未改性的纳米二氧化钛，TiO2禁带宽度大(3.2eV)，只能利用太阳光中的紫外线部分(仅占太阳光3-5％)，因此其对于光能的利用率较低，不利于污水消毒剂的推广应用，上述污水消毒剂对于污水的处理效果欠佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全环保的污水消毒粉及其制备方法和应用，该污水消毒粉微生物去除能力强，消毒效果好，用对于降低污水中的CODCr、BOD、NH3-N、SS等具有优异效果，且各原料多为无毒无害的原料，使制备得到的污水消毒粉安全环保。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
优选地，所述安全环保的污水消毒粉由以下重量份的原料制成：
优选地，所述碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2由以下方法制备得到：
在100ml无水乙醇中加入0.05-0.3g硝酸钆和0.2-0.8g尿素，高速搅拌0.5h后加入醋酸7mL，继续搅拌0.5h后；强烈的搅拌下缓慢滴加25mL钛酸四丁酯，之后继续搅拌1.5-2h；然后在强烈搅拌下滴加4ml蒸馏水于上述溶液中，继续搅拌2-3小时，得透明溶胶；将透明溶胶陈化变成凝胶后，进行干燥处理；干燥完后置于450-520℃的温度条件下进行煅烧，升温速度为10-12℃/min；煅烧2-3h后，再经研磨制得碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。
进一步优选地，所述硝酸钆的加入量为0.15g，尿素的加入量为0.45g。
优选地，所述高锰酸钾改性活性炭由以下方法制备得到：将活性炭粉末置于醋酸溶液中，并在50-60℃下搅拌2-3h，过滤，真空干燥至恒重，得改性活性炭粉；然后将改性活性炭粉置于高锰酸钾溶液中浸泡3-5h，温度为50-60℃，压力为2-3MPa；浸泡结束后真空干燥至恒重，即得高锰酸钾改性活性炭。
进一步优选地，所述醋酸溶液的质量溶度为8-11％；高锰酸钾溶液的质量溶度为3-4％。
优选地，所述无机聚合物絮凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铝中的至少一种。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、吐温40、吐温60、吐温80中的一种或多种的组合；所述稳定剂为酒石酸、柠檬酸中的一种或两种；所述抗结块剂为硫酸镁。
本发明安全环保的污水消毒粉的制备方法，包括以下步骤：按配方比称取各原料，并将各原料置于搅拌罐中，搅拌速度为1000-1500r/min，搅拌时间30-50min后，即得所述安全环保的污水消毒粉。
将本发明所述的安全环保的污水消毒粉应用在污水处理中，例如医院污水、生活污水、印染污水中。特别是针对医院污水，具有很好的处理效果。
本发明的有益效果是：
1、本发明污水消毒粉以单过硫酸氢钾为主要原料，其可广泛杀灭微生物作用，包括细菌、芽胞、病毒、真菌等，对于污水中的致病源微生物杀灭效果好，其并能有效分解有机物，其与碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2、高锰酸钾改性活性炭配合，消毒效果更强，并可将废水中的多种有机物进行分解，有机物残留少，处理效果好。
2、本发明对纳米TiO2进行碳/氮/钆共掺杂共同掺杂，共掺杂后TiO2光响应波长明显向可见光区移动，制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2在自然太阳光下也具有很好的催化效果，碳/氮/钆与TiO2协同奏效，可促进氧俘获电子形成O2-，并进一步促进TiO2表面的OH-和H2O氧化成HO·，快速生成较多的原子氧和氢氧自由基，有效提高了纳米TiO2的光催化性能，使有机物分解效果好。在普通日光照射下，碳/氮/钆共掺杂共同掺杂TiO2可在一定时间内有产生更多的自由基，自由基破坏细胞的细胞膜使细胞质流失并导致细菌死亡，有效杀灭致病源微生物，消毒效果好。和普通纳米TiO2相比，碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2的比表面积进一步增加，活性更强，可进一步提高杀菌消毒效率。同时碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2具有很好的脱色效果。
3、本发明采用的高锰酸钾改性活性炭，活性炭通过酸处理后，具有较多的孔隙，从而在孔隙中负载较多的高锰酸钾，高锰酸钾在污水中缓慢释放，其可进一步强化消毒粉对于污水的氧化效果，进一步加强对有机物的分解，且脱色效果好。而高锰酸钾对细菌具有较佳的细菌杀灭性能，加强消毒效果。高锰酸钾改性活性炭中的活性炭具有较多活性基团，具有化学吸附和催化氧化、还原的性能，并能去除废水中的重金属离子。
4、本发明中加入的无机聚合物絮凝剂，为污染物颗粒间的桥梁，增加了颗粒间的连接作用，形成大的立体网状结构，捕获水中各种有害物质，比如高毒性离子、微生物等，使大部分的污染物被凝聚、吸附和沉淀，使污水的处理效果更加理想。
5、本发明加入的过氧化尿素在进行污水处理时，在水中分解为尿素、H2O2和原子氧，并缓慢放出O2产生的O2可与碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2配合，产生更多的原子氧，促进有机物分解。并且过氧化尿素杀菌力强、杀菌谱广，消毒作用好。
6、本发明中各原料多为无毒无害的原料，使制备得到的污水消毒粉安全环保，各原料配合合理，且稳定性高，产品有效期长，对污水处理效果好，微生物去除能力强，消毒效果好，对于降低污水中的CODCr、BOD、NH3-N、SS等具有优异效果，且使用方法简单，易于操作，便于推广应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2的制备
制备方法：
在100ml无水乙醇中加入0.15g硝酸钆和0.45g尿素，高速搅拌0.5h后加入醋酸7mL，继续搅拌0.5h后；强烈的搅拌下缓慢滴加25mL钛酸四丁酯，之后继续搅拌2h；然后在强烈搅拌下滴加4ml蒸馏水于上述溶液中，继续搅拌3小时，得透明溶胶；将透明溶胶陈化变成凝胶后，进行干燥处理；干燥完后置于480℃的温度条件下进行煅烧，升温速度为12℃/min；煅烧3h后，再经研磨制得碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。
实施例2：碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2的制备
制备方法：
在100ml无水乙醇中加入0.05g硝酸钆和0.8g尿素，高速搅拌0.5h后加入醋酸7mL，继续搅拌0.5h后；强烈的搅拌下缓慢滴加25mL钛酸四丁酯，之后继续搅拌2h；然后在强烈搅拌下滴加4ml蒸馏水于上述溶液中，继续搅拌2小时，得透明溶胶；将透明溶胶陈化变成凝胶后，进行干燥处理；干燥完后置于520℃的温度条件下进行煅烧，升温速度为12℃/min；煅烧3h后，再经研磨制得碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。
实施例3：碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2的制备
制备方法：
在100ml无水乙醇中加入0.3g硝酸钆和0.2g尿素，高速搅拌0.5h后加入醋酸7mL，继续搅拌0.5h后；强烈的搅拌下缓慢滴加25mL钛酸四丁酯，之后继续搅拌1.5h；然后在强烈搅拌下滴加4ml蒸馏水于上述溶液中，继续搅拌3小时，得透明溶胶；将透明溶胶陈化变成凝胶后，进行干燥处理；干燥完后置于450℃的温度条件下进行煅烧，升温速度为10℃/min；煅烧2h后，再经研磨制得碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。
实施例4：高锰酸钾改性活性炭的制备
制备方法：
将活性炭粉末置于质量溶度为10％的醋酸溶液中，并在50℃下搅拌3h，过滤，真空干燥至恒重，得改性活性炭粉；然后将改性活性炭粉置于质量溶度为4％的高锰酸钾溶液中浸泡4h，温度为50℃，压力为3MPa；浸泡结束后真空干燥至恒重，即得高锰酸钾改性活性炭。
实施例5：高锰酸钾改性活性炭的制备
制备方法：
将活性炭粉末置于质量溶度为11％的醋酸溶液中，并在55℃下搅拌3h，过滤，真空干燥至恒重，得改性活性炭粉；然后将改性活性炭粉置于质量溶度为4％的高锰酸钾溶液中浸泡3h，温度为55℃，压力为2MPa；浸泡结束后真空干燥至恒重，即得高锰酸钾改性活性炭。
实施例6：高锰酸钾改性活性炭的制备
制备方法：
将活性炭粉末置于质量溶度为8％的醋酸溶液中，并在60℃下搅拌2h，过滤，真空干燥至恒重，得改性活性炭粉；然后将改性活性炭粉置于质量溶度为3％的高锰酸钾溶液中浸泡5h，温度为60℃，压力为2.5MPa；浸泡结束后真空干燥至恒重，即得高锰酸钾改性活性炭。
实施例7：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例1中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例4中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
无机聚合物絮凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁按质量比2：1组成。
安全环保的污水消毒粉的制备方法，包括以下步骤：按配方比称取各原料，并将各原料置于搅拌罐中，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间40min后，即得安全环保的污水消毒粉。
实施例8：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例3中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例4中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
安全环保的污水消毒粉的制备方法，包括以下步骤：按配方比称取各原料，并将各原料置于搅拌罐中，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间50min后，即得安全环保的污水消毒粉。
实施例9：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例2中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例5中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
无机聚合物絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝按质量比1：1组成。
安全环保的污水消毒粉的制备方法，包括以下步骤：按配方比称取各原料，并将各原料置于搅拌罐中，搅拌速度为1200r/min，搅拌时间30min后，即得所述安全环保的污水消毒粉。
实施例10：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例3中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例6中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
安全环保的污水消毒粉的制备方法同实施例8。
实施例11：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例1中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例5中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
无机聚合物絮凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁按质量比2：1组成。
表面活性剂为十二烷基磺酸钠、吐温40、吐温60、吐温80中的一种或多种的组合；所述稳定剂为酒石酸、柠檬酸中的一种或两种；所述抗结块块剂为硫酸镁、硫酸镁中的一种或两种。
安全环保的污水消毒粉的制备方法同实施例9。
实施例12：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例1中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例4中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
安全环保的污水消毒粉的制备方法同实施例8。
对比例1：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例1中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例4中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
无机聚合物絮凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁按质量比2：1组成。
安全环保的污水消毒粉的制备方法同实施例7。
对比例2：安全环保的污水消毒粉的制备
一种安全环保的污水消毒粉，由以下重量份的原料制成：
碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2为实施例1中方法制备得到的碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。高锰酸钾改性活性炭实施例4中方法制备得到的高锰酸钾改性活性炭。
无机聚合物絮凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁按质量比2：1组成。
安全环保的污水消毒粉的制备方法同实施例7。
性能测试：
试验一：
采集某医院的污水，检测污水原水中的CODCr、BOD5、SS、NH3-N、pH值、粪大肠菌群数，具体结果如表1所述。
表1：
采用实施例7-12以及对比例1-2中的污水消毒粉进行消毒，消毒时将污水原水置于自然太阳光照射下，加入污水消毒粉，污水消毒粉的加入量为1mg/L。对污水搅拌1h，搅拌后静置20min，对处理后的废水进行固液分离。检测分离后所得废液的CODCr、BOD5、SS、NH3-N、pH值、粪大肠菌群数。具体结果如表2所示。
表2：
试验二：
采集另一医院的污水，检测污水原水中的CODCr、BOD5、SS、NH3-N、pH值、粪大肠菌群数，具体结果如表3所述。
表3：
采用实施例7-12以及对比例1-2中的污水消毒粉进行消毒，消毒时将污水原水置于自然太阳光照射下，加入污水消毒粉，污水消毒粉的加入量为1mg/L。对污水搅拌1h，搅拌后静置20min，对处理后的废水进行固液分离。检测分离后所得废液的CODCr、BOD5、SS、NH3-N、pH值、粪大肠菌群数。具体结果如表4所示。
表4：
由表2和表4可知，本发明制备得到的污水消毒粉对于医院污水具有很好的消毒效果，可有效消减污水中的CODCr、BOD5、SS、NH3-N、粪大肠菌群数等。由实施例7与对比例1-2相比可知，当污水消毒粉中同时含有碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2和高锰酸钾改性活性炭时，消毒度效果明显优于只含有碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2或高锰酸钾改性活性炭的污水消毒粉。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种安全环保的污水消毒粉，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
2.根据权利要求1所述的安全环保的污水消毒粉，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
3.根据权利要求1所述的安全环保的污水消毒粉，其特征在于，所述碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2由以下方法制备得到：
在100ml无水乙醇中加入0.05-0.3g硝酸钆和0.2-0.8g尿素，高速搅拌0.5h后加入醋酸7mL，继续搅拌0.5h后；强烈的搅拌下缓慢滴加25mL钛酸四丁酯，之后继续搅拌1.5-2h；然后在强烈搅拌下滴加4ml蒸馏水于上述溶液中，继续搅拌2-3小时，得透明溶胶；将透明溶胶陈化变成凝胶后，进行干燥处理；干燥完后置于450-520℃的温度条件下进行煅烧，升温速度为10-12℃/min；煅烧2-3h后，再经研磨制得碳/氮/钆共掺杂纳米TiO2。
4.根据权利要求3所述的安全环保的污水消毒粉，其特征在于，所述硝酸钆的加入量为0.15g，尿素的加入量为0.45g。
5.根据权利要求1所述的安全环保的污水消毒粉，其特征在于，所述高锰酸钾改性活性炭由以下方法制备得到：将活性炭粉末置于醋酸溶液中，并在50-60℃下搅拌2-3h，过滤，真空干燥至恒重，得改性活性炭粉；然后将改性活性炭粉置于高锰酸钾溶液中浸泡3-5h，温度为50-60℃，压力为2-3MPa；浸泡结束后真空干燥至恒重，即得高锰酸钾改性活性炭。
6.根据权利要求5所述的安全环保的污水消毒粉，其特征在于，所述醋酸溶液的质量溶度为8-11％；高锰酸钾溶液的质量溶度为3-4％。
7.根据权利要求1所述的安全环保的污水消毒粉，其特征在于，所述无机聚合物絮凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铝中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的安全环保的污水消毒粉，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、吐温40、吐温60、吐温80中的一种或多种的组合；所述稳定剂为酒石酸、柠檬酸中的一种或两种；所述抗结块剂为硫酸镁。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的安全环保的污水消毒粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按配方比称取各原料，并将各原料置于搅拌罐中，搅拌速度为1000-1500r/min，搅拌时间30-50min后，即得所述安全环保的污水消毒粉。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的安全环保的污水消毒粉在污水处理中的应用。
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