CN111732169A - 一种高效水处理剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效水处理剂及其制备方法和应用，由以下重量份配比的组分制成：聚合硅酸铝铁10～50份、硫酸铝5～65份、硅藻土5～30份、氯化铁10～50份、木质素磺酸钠1～15份、改性膨润土5～45份、高铁酸钾2～20份、二硫代氨基甲酸盐1～25份、次氯酸钠1～20份、聚乙烯胺5～25份。本发明水处理剂能够在短时间内对水体中总氮、总磷、氨氮、COD、BOD、SS、重金属均有较高的去除率，不会造成二次污染，集氧化、吸附、絮凝、杀菌消毒等多功能于一体，具有处理废水效果好，无有毒有害物质产生，处理成本低，操作简单，环境友好等特点，应用领域广，可以广泛应用在工业农村污水及污染湖泊等处理。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体地说是涉及一种高效水处理剂及其制备方法和应用。
背景技术
水污染是指有害的化学物质致使水失去利用的价值，造成环境污染。由于工业的发展，工业用水量显著提高，但由于商家只注重利益，忽视了自身的社会责任，加上污水处理技术的限制，工业污水的乱排乱放现象十分普遍。生活中，人们环保意识的缺失，生活垃圾乱倒乱丢，都加重了水污染的情况。要想改变现状，水处理剂的应用必须得到推广和普及。
水处理剂属于精细化工的范畴，相对于常用化学品，它具有精细化学品的许多特性，如生产规模一般不大，因此建厂设备投资少，产量小；产品品种多，品种的更新换代快；附加产值大；技术服务必不可少；各种产品，尤其是复配产品，具有很强的专用性。水处理剂包括凝聚剂、絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、分散剂、杀菌剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂、脱色剂、螯合剂、除氧剂及离子交换树脂。
节约用水、治理污水和开发新水源具有同等重要的意义。大力发展水处理化学品对节约用水、治理污水起着重要的作用。水处理剂是工业用水、生活用水、废水处理过程中所必需使用的化学药剂。经过这些化学药剂的使用，使水达到一定的质量要求。水处理剂通过化学药剂来对工业用水、工业废水、生活污水进行处理，以此来达到水资源的重复利用。目前在我国，水处理剂的运用比较广泛，覆盖的领域也有很多。石油开采、化工制造、重金属冶炼、轻工纺织等工业部门所产生的工业废水都需要水处理剂来净化污水。医疗卫生、城乡环保所产生的医药污水、生活污水也是通过水处理剂来处理。水处理剂通过控制污泥、减少水接触材料的腐蚀，从而有效地除去水中的有毒物质、悬浮固体，并起到除臭脱色、软化、稳定水质的作用，有效地提升了用水的质量。
工业废水、生活污水、医疗废水的乱排乱放，只会导致环境污染，进而影响人类的生存。如何处理这些棘手的问题，水处理剂给了我们最好的答案。水处理剂通过对水利用之前的处理与保护，结合水资源被利用后的科学处理，使水资源的更新和再生速度得以提高。水处理剂的出现和广泛应用，降低了处理水的成本，提高了水处理的效率，在环境保护中的地位是十分重要的。随着水处理剂在各种领域中的运用，起到的作用也越来越大。对于生产者，水处理剂的应用不仅降低了水处理的成本，提高效率，还担负起了应有的社会责任。因此，对水处理剂的调查研究，从而进行开发、创新来应用各领域是十分有必要的。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种高效水处理剂及其制备方法和应用。水处理剂能够在短时间内对水体中总氮、总磷、氨氮、COD、BOD、SS、重金属均有较高的去除率，不会造成二次污染，集氧化、吸附、絮凝、杀菌消毒等多功能于一体，具有处理废水效果好，无有毒有害物质产生，处理成本低，操作简单，环境友好等特点，应用领域广，可以广泛应用在工业农村污水及污染湖泊等处理。
一种高效水处理剂，由以下重量份配比的组分制成：聚合硅酸铝铁10～50份、硫酸铝5～65份、硅藻土5～30份、氯化铁10～50份、木质素磺酸钠1～15份、改性膨润土5～45份、高铁酸钾2～20份、二硫代氨基甲酸盐1～25份、次氯酸钠1～20份、聚乙烯胺5～25份。
聚合硅酸铝铁是一种无机复合型絮凝剂，具有电中和吸附架桥性能，充分发挥铝、铁絮凝剂的优点，形成絮体密实，沉降速度快的特点。产生的淤泥量少，沉降速度快水质好，成本低等特点，而且还具有除镉、除氟、除放射性污染、除浮油等功能。
硅藻土具有体轻、质软、多孔、比表面积大、化学性质稳定和吸附能力强等特点，能过滤功能和吸附水中溶解性有机物的能力，同时也具有混凝作用，在污水中可以将污水中的胶体微粒子相互粘结和聚集在一起成为稳定的络合物，以降低污水中的SS含量，降低污水色度。
硫酸铝中的盐存在于水体中，部分能与污水中的PO4 3-反应，生成磷酸盐沉淀，部分与水体中的-OH反应生成单体核络合物，Al(OH)2+、Al(OH)+和AlO2-等，这些络合物会碰撞缩合成多核络合物，多核络合物比表面积大、有较高的正电荷，能快速吸附污水中带负电荷的杂质，从而中和胶体电荷，压缩双电层及降低§电位，最终使悬浮物和胶体等物质迅速脱稳、凝集和沉淀，以达到磷的去除。同时，硫酸铝和硅藻土能形成复配混凝剂，具有协同作用，硫酸铝的存在能促进硅藻土更好的发挥去混凝功能。
氯化铁溶于水中后的Fe3+同时进行了两部分的反应，一部分是与PO4 3-形成难溶性的盐，另一部分通过溶解和吸水形成强烈的水解，同时在水解的过程中会发生一系列的聚合反应，从而形成拥有较长线性结构的多羟基络合物，吸附污水中带负电荷的杂质，达到除磷、除氮、降低BOD和COD的功能。氯化铁与硫酸铝复配，复配后的混凝剂水解会形成多种羟基络合物，比例合适时，会产生协同正效应，形成更多的多羟基络合物，从而增加对污水中带负电荷杂质的吸附能力。
硫酸铝、硅藻土、氯化铁三者能相互促进作用，形成的多羟基络合物和羟基基团，多羟基络合物能增加对污水中带负电荷杂质的吸附能力，更显著的降低污水中的TP、COD、BOD含量；同时羟基基团在水溶液中电离出H+，与SiO2结合，使得硅藻土表面具有活性、吸附性和表面负电性，且表面负电性电位与硅藻土的比表面积和孔径大小有关，比表面积越大，孔径越小，电位越大，而羟基基团的存在能加大此比表面积，从而提升硅藻土的表面负电性，使其吸附性更好。
木质素磺酸钠本身含有羟基、羧基、羰基等官能团,因此，木质素磺酸钠具有一定的分散、粘合、螯合性能，在水处理中可作为絮凝剂、防锈剂、分散剂、离子交换树脂等，能够进一步地提高水净化效果。
高铁酸钾由于其强氧化性及溶于水时生成的Fe(OH)3对各种阴阳离子的吸附作用，是一种绿色的、新型高效的多功能水处理剂，能有效地去除水中的有机污染物，能安全明显的氧化水中的硫化物和CN-1，对重金属也具有吸附和沉降作用，可消毒、脱色、脱臭、氧化和杀菌等。
二硫代氨基甲酸盐是一种高效重金属螯合剂，可与污水中的重金属离子反应，生成重金属螯合沉。能在常温和很宽的pH值条件范围内，与废水中的Cu2+、Cd2+、Hg2+、Pb2+、Mn2 +、Ni2+、Zn2+、Cr3+等各种重金属离子进行化学反应，并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀，从而去除重金属离子。由于其强螯合性，即使所处理废水中含有络合物成份，也能一次沉淀废水中各种重金属离子。
次氯酸钠进行折点氯化去除废水中的氨氮。折点氯化法是投加过量的氯或次氯酸钠，使废水中氨完全氧化为氮气的方法。当氯通入废水中达到某一点，在该点时水中游离氯含量最低，而氨的浓度降为零。当氯通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多，因此，该点为折点，在此状态下的氯化称为折点氯化。次氯酸钠在水处理剂中还起到杀生剂的作用，用量少，药效持久，不与水中的杀菌效果不受PH值影响。
聚乙烯胺，是一种合成有机高分子絮凝剂，具有良好的水溶性、分散性、和螯合金属离子功能。通过把无机絮凝剂的除去或降低水中浊度或悬浮物，加快水中杂质和污泥沉降速度的作用和有机絮凝剂的电荷中和、吸附架桥作用结合起来，使水处理剂能增加絮凝效果，提高净化等级。
作为优选，所述改性膨润土通过下述方法制备得到：将有机改性剂八烷基多糖苷季铵盐与氯化铝混合，在微波辐射条件下，对膨润土进行改性，得到微波改性膨润土。
作为优选，微波改性膨润土的制备方法为：将有机改性剂八烷基多糖苷季铵盐和无机改性剂氯化铝，加入蒸馏水，搅拌20～60min使改性剂充分溶解，混合均匀制备成混合反应液，与一定量膨润土原土混合均匀制成反应料，置于平底玻璃器皿中，静置30～60min后置于微波炉内，辐射加热反应一定时间，将反应得到的产品洗涤，干燥箱105℃下烘干制得微波改性膨润土。
作为优选，有机改性剂投加量为2～7g/100g，无机改性剂投加量为6～12mmol/g，辐射功率为260～400W，辐射时间6～10min。上述条件控制下，膨润土的层间距、比表面积大幅增加，吸附性能大大提高。
微波具有强烈的热效应，是表面和内部同时进行的体加热，不需热传导和对流，没有温度梯度，体系受热均匀，升温迅速。微波加热可降低反应活化能，缩短反应时间，提高反应选择性。有机改性剂具有极性，在微波作用下，其反应活化能会随其有序性的增加而降低，从而可提高离子交换反应速率；同时膨润土结构中的结合水会由于微波的深层加热作用而蒸发，致使膨润土空隙率增大。经微波辐射制备的改性膨润土连续性更好，粒度分散更加均匀，孔道、表面积进一步增大，能提高膨润土的吸附性能。
作为优选，所述膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、氢基膨润土中的至少一种。
作为优选，硅藻土中二氧化硅含量大于90％。
本发明还提供了上述高效水处理剂的制备方法，包括下述步骤：按量称取各组分后，混匀，共同研磨成粉至200目以下，成品即为高效水处理剂。该目数下的水处理剂可以与处理水很好的接触，提高处理效率。
作为优选，按重量份计，各组分用量为：聚合硅酸铝铁30份、硫酸铝22份、硅藻土15份、氯化铁17份、木质素磺酸钠4份、改性膨润土19份、高铁酸钾4份、二硫代氨基甲酸盐2份、次氯酸钠9份、聚乙烯胺12份。
本发明还提高了上述高效水处理剂的应用，其特征在于：将水处理剂直接投加或配成质量浓度5～30％的溶液投加，反应时间为1～15分钟。
作为优选，水处理剂使用对象包括农村生活污水、污染河道、印染工业废水、生物医药废水、电镀废水。本发明水处理剂可以适用于多种水体处理，具有较好的市场化前景。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明水处理剂能够在短时间内对水体中总氮、总磷、氨氮、COD、BOD、SS、重金属均有较高的去除率，不会造成二次污染；
(2)充分利用了水处理剂的絮凝剂、吸附剂、氧化剂、缓蚀剂、杀生剂和辅助剂的协同作用，来提高了水处理剂的功能，从而提高水净化效果；
(3)水处理剂作用后能很好的降低污水中各类污染物浓度，处理效率高、处理效果好、处理后的污水能达到排放标准、避免环境污染，且各配方性质稳定，相互间能起到较好的协同促进作用，促进彼此更好的发挥除污作用，进一步提高处理效果，各配方原料，来源广泛、价格低、使得本产品具有较好的市场化前景，可以广泛应用在工业农村污水及污染湖泊等处理。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
实施例1
一种高效水处理剂，由以下重量份配比的各组分制成：聚合硅酸铝铁30份、硫酸铝22份、硅藻土15份、氯化铁17份、木质素磺酸钠4份、改性膨润土19份、高铁酸钾4份、二硫代氨基甲酸盐2份、次氯酸钠9份、聚乙烯胺12份。混匀，共同研磨成粉至200目以下，成品即为高效水处理剂。
使用时将本产品直接投加到反应池，反应时间为2分钟。
农村生活污水
处理前：化学需氧量(CODCr)381.4mg/L、生化需氧量(BOD5)134.7mg/L、氨氮72.9mg/L、总磷31.5mg/L、SS 140.0mg/L；
处理后：化学需氧量(CODCr)40.7mg/L、生化需氧量(BOD5)16.2mg/L、氨氮3.9mg/L、总磷0.5mg/L、SS 16.0mg/L。
污染河道
处理前：高锰酸盐指数146.3mg/L、生化需氧量(BOD5)44.5mg/L、氨氮56.8mg/L、总氮86.7mg/L、总磷17.5mg/L、色度100。
处理后：高锰酸盐指数4.2mg/L、生化需氧量(BOD5)1.1mg/L、氨氮3.2mg/L、总氮6.7mg/L、总磷0.20mg/L、色度8。
印染工业废水
处理前：化学需氧量(CODCr)1431.0mg/L、生化需氧量(BOD5)513.6mg/L、氨氮100.7mg/L、总氮146.3mg/L、色度460、SS 223.0mg/L、硫化物14.2mg/L；
处理后：化学需氧量(CODCr)73.2mg/L、生化需氧量(BOD5)17.1mg/L、氨氮8.3mg/L、总氮11.5mg/L、色度20、SS 26.0mg/L、硫化物0.4mg/L。
生物医药废水
处理前：化学需氧量(CODCr)1389.1mg/L、生化需氧量(BOD5)616.7mg/L、TOC904.3mg/L、氨氮137.2mg/L、总氮441.3mg/L、总磷36.7mg/L、SS 304.9mg/L、六价铬8.6mg/L；
处理后：化学需氧量(CODCr)95.7mg/L、生化需氧量(BOD5)19.0mg/L、TOC 28.6mg/L、氨氮8.2mg/L、总氮22.6mg/L、总磷0.8mg/L、SS 47.2mg/L、六价铬0.21mg/L。
电镀废水
处理前：化学需氧量(CODCr)191.2mg/L、氨氮35.6mg/L、总氮52.8mg/L、总磷10.9mg/L、SS 143.6mg/L、六价铬112.5mg/L、总铬143.8mg/L、总镍84.7mg/L、总铜62.1mg/L、总锌31.6mg/L、总镉16.5mg/L；
处理后：化学需氧量(CODCr)70.3mg/L、氨氮3.1mg/L、总氮6.2mg/L、总磷0.57mg/L、SS 38.2mg/L、六价铬0.24mg/L、总铬0.89mg/L、总镍0.75mg/L、总铜0.36mg/L、总锌0.85mg/L、总镉0.06mg/L。
实施例2
一种高效水处理剂，由以下重量份配比的各组分制成：聚合硅酸铝铁22份、硫酸铝28份、硅藻土11份、氯化铁15份、木质素磺酸钠2份、改性膨润土24份、高铁酸钾2份、二硫代氨基甲酸盐1份、次氯酸钠6份、聚乙烯胺10份。混匀，共同研磨成粉至200目以下，成品即为高效水处理剂。
使用时将本产品直接投加到反应池，反应时间为5分钟。
污染河道
处理前：高锰酸盐指数146.3mg/L、生化需氧量(BOD5)44.5mg/L、氨氮56.8mg/L、总氮86.7mg/L、总磷17.5mg/L、色度100。
处理后：高锰酸盐指数5.4mg/L、生化需氧量(BOD5)1.8mg/L、氨氮5.2mg/L、总氮9.7mg/L、总磷0.36mg/L、色度10。
实施例3
一种高效水处理剂，由以下重量份配比的各组分制成：聚合硅酸铝铁38份、硫酸铝19份、硅藻土17份、氯化铁28份、木质素磺酸钠5份、改性膨润土30份、高铁酸钾10份、二硫代氨基甲酸盐5份、次氯酸钠10份、聚乙烯胺14份。混匀，共同研磨成粉至200目以下，成品即为高效水处理剂。
使用时将本产品直接投加到反应池，反应时间为7分钟。
印染工业废水
处理前：化学需氧量(CODCr)1072.0mg/L、生化需氧量(BOD5)486.1mg/L、氨氮102.7mg/L、总氮146.3mg/L、色度500、SS 208.0mg/L、硫化物10.8mg/L；
处理后：化学需氧量(CODCr)75.6mg/L、生化需氧量(BOD5)18.1mg/L、氨氮9.6mg/L、总氮13.7mg/L、色度20、SS 31.0mg/L、硫化物0.43mg/L。
实施例4
一种高效水处理剂，由以下重量份配比的各组分制成：聚合硅酸铝铁33份、硫酸铝46份、硅藻土15份、氯化铁38份、木质素磺酸钠9份、改性膨润土33份、高铁酸钾16份、二硫代氨基甲酸盐6份、次氯酸钠10份、聚乙烯胺18份。混匀，共同研磨成粉至200目以下，成品即为高效水处理剂。
使用时将本产品先配成质量浓度为10％的水溶液后投加到反应池，反应时间为5分钟。
生物医药废水
处理前：化学需氧量(CODCr)2389.1mg/L、生化需氧量(BOD5)816.7mg/L、TOC1204.3mg/L、氨氮137.2mg/L、总氮441.3mg/L、总磷36.7mg/L、SS 304.9mg/L、六价铬8.6mg/L；
处理后：化学需氧量(CODCr)98.4mg/L、生化需氧量(BOD5)22.0mg/L、TOC 29.2mg/L、氨氮10.1mg/L、总氮25.1mg/L、总磷0.7mg/L、SS 41.6mg/L、六价铬0.36mg/L。
实施例5
一种高效水处理剂，由以下重量份配比的各组分制成：聚合硅酸铝铁21份、硫酸铝34份、硅藻土20份、氯化铁23份、木质素磺酸钠7份、改性膨润土30份、高铁酸钾6份、二硫代氨基甲酸盐22份、次氯酸钠9份、聚乙烯胺11份。混匀，共同研磨成粉至200目以下，成品即为高效水处理剂。
使用时将本产品直接投加到反应池，反应时间为3分钟。
电镀废水
处理前：化学需氧量(CODCr)321.3mg/L、氨氮55.6mg/L、总氮92.8mg/L、总磷12.9mg/L、SS 165.6mg/L、六价铬133.5mg/L、总铬176.8mg/L、总镍100.7mg/L、总铜81.1mg/L、总锌69.6mg/L、总镉28.5mg/L；
处理后：化学需氧量(CODCr)78.2mg/L、氨氮8.7mg/L、总氮13.4mg/L、总磷0.87mg/L、SS 43.5mg/L、六价铬0.41mg/L、总铬1.1mg/L、总镍0.71mg/L、总铜0.62mg/L、总锌1.0mg/L、总镉0.1mg/L。
本发明集氧化、吸附、絮凝、杀菌消毒等多功能于一体，适用范围广，反应快，效果佳，使用该药剂处理后废水能达到各行业直排标准。
Claims (10)
1.一种高效水处理剂，其特征在于由以下重量份配比的组分制成：聚合硅酸铝铁10～50份、硫酸铝5～65份、硅藻土5～30份、氯化铁10～50份、木质素磺酸钠1～15份、改性膨润土5～45份、高铁酸钾2～20份、二硫代氨基甲酸盐1～25份、次氯酸钠1～20份、聚乙烯胺5～25份。
2.根据权利要求1所述高效水处理剂，其特征在于：所述改性膨润土通过下述方法制备得到：将有机改性剂八烷基多糖苷季铵盐与氯化铝混合，在微波辐射条件下，对膨润土进行改性，得到微波改性膨润土。
3.根据权利要求2所述高效水处理剂，其特征在于微波改性膨润土的制备方法为：将有机改性剂八烷基多糖苷季铵盐和无机改性剂氯化铝，加入蒸馏水，搅拌20～60min使改性剂充分溶解，混合均匀制备成混合反应液，与一定量膨润土原土混合均匀制成反应料，置于平底玻璃器皿中，静置30～60min后置于微波炉内，辐射加热反应一定时间，将反应得到的产品洗涤，干燥箱105℃下烘干制得微波改性膨润土。
4.根据权利要求3所述高效水处理剂，其特征在于：有机改性剂投加量为2～7g/100g，无机改性剂投加量为6～12mmol/g，辐射功率为260～400W，辐射时间6～10min。
5.根据权利要求2或3所述高效水处理剂，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、氢基膨润土中的至少一种。
6.根据权利要求2或3所述高效水处理剂，其特征在于：硅藻土中二氧化硅含量大于90％。
7.一种权利要求1所述高效水处理剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：按量称取各组分后，混匀，共同研磨成粉至200目以下，成品即为高效水处理剂。
8.根据权利要求7所述高效水处理剂的制备方法，其特征在于：按重量份计，各组分用量为：聚合硅酸铝铁30份、硫酸铝22份、硅藻土15份、氯化铁17份、木质素磺酸钠4份、改性膨润土19份、高铁酸钾4份、二硫代氨基甲酸盐2份、次氯酸钠9份、聚乙烯胺12份。
9.权利要求1所述高效水处理剂的应用，其特征在于：将水处理剂直接投加或配成质量浓度5～30％的溶液投加，反应时间为1～15分钟。
10.根据权利要求9所述高效水处理剂的应用，其特征在于：水处理剂使用对象包括农村生活污水、污染河道、印染工业废水、生物医药废水、电镀废水。
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