CN113044942A

CN113044942A - 一种膨润土混凝剂及其在废水处理中的应用

Info

Publication number: CN113044942A
Application number: CN202110275810.8A
Authority: CN
Inventors: 邱心泓; 张术旺; 陈金毅
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-06-29

Abstract

本发明提供了一种膨润土混凝剂及其在废水处理中的应用，所述膨润土混凝剂按质量份数计，包括以下组分：膨润土10‑200份，聚合氯化铝4‑6份、聚丙烯酰胺0.4‑0.6份。本发明提供的膨润土混凝剂，针对多种废水，可在5‑10分钟内使废水固液分离，液液分离，产出清水，高效快捷，且废水经过反应后使悬浮物形成的胶体紧致，能使浮渣与水彻底分开，且有浮渣量少，上浮性能好，有利于清理浮渣。

Description

一种膨润土混凝剂及其在废水处理中的应用

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，涉及混凝剂，尤其是一种膨润土混凝剂及其在废水处理中的应用。

背景技术

水资源是基础性资源，是人类生存环境的重要组成部分。但是，现在人类正面临着水资源的严重破坏，也面临水污染的严重挑战。日趋加重的水污染，已对人类的生存和安全构成了重大威胁，成为人类健康，经济和社会可持续发展重大障碍。

为保证水资源的可持续利用，解决水环境污染问题，国内外开发了多种水处理工艺，其中絮凝沉淀法因其简单高效、投资省等优势，在废水一级处理中占有重要地位。混凝作用的基本原理是通过向浑浊水体中投入各种无机或者有机混凝剂，使分散的胶体颗粒与溶解态的混凝剂之间产生固相与液相之间的化学吸附、电中和脱稳以及粘结架桥的作用，经过脱稳颗粒间的碰撞结合，形成较大的絮凝体颗粒而迅速沉降。

然而现有的大多数混凝剂都是形成沉淀渣，含水率较高，且产生的絮体小而分散疏松、渣量大、易扩散、沉淀较慢且不利于集中处置。因此，如何开发一种无毒高效、廉价实用、无公害、多功能、复合化的绿色混凝剂仍是环境工作者的重要方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种膨润土混凝剂及其在废水处理中的应用，改善传统混凝剂分散疏松、渣量大、易扩散的缺点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种膨润土混凝剂，按质量份数计，包括以下组分：膨润土10-200份，聚合氯化铝4-6份、聚丙烯酰胺0.4-0.6份。

可选地，所述聚丙烯酰胺的固含量不小于85％。

本发明的另一目的在于提供一种上述所述的膨润土混凝剂在废水处理中的应用，包括如下步骤：

S1、向废水中加入聚合氯化铝，搅拌第一时长；

S2、继续加入膨润土，搅拌第二时长；

S3、最后加入聚丙烯酰胺，先以第一搅拌速度搅拌第三时长，再以第二搅拌速度搅拌第四时长，所述第一搅拌速度大于所述第二搅拌速度；

S4、沉降，得到澄清液。

可选地，所述第一时长在1.5min至2.5min范围内。

可选地，所述第二时长在1.5min至2.5min范围内。

可选地，所述第一搅拌速度在650rpm至750rpm范围内，所述第二搅拌速度在450rpm至550rpm范围内。

可选地，所述第三时长在0.5min至1.5min范围内，所述第四时长在0.5min至1.5min范围内。

可选地，所述废水包含有机污染物，和/或，重金属污染物。

可选地，所述有机污染物包括双酚A、树脂、偶氮染料和增稠剂等的一种或多种；所述重金属污染物包括六价铬，和/或，二价镍。

相对于现有技术，本发明提供的一种膨润土混凝剂及其在废水处理中的应用具有以下优势：

(1)本发明提供的膨润土混凝剂有较强的架桥吸附性能，在水解过程中，伴随絮凝，吸附和沉淀等物理化学过程实现了固液分离和液液分离，可取代传统的混凝剂、絮凝剂、脱色除臭剂和其他降解去除污染物的药剂。

(2)本发明提供的膨润土混凝剂进行废水处理，可在5-10分钟内使废水固液分离，液液分离，产出清水，高效快捷，且废水经过反应后使悬浮物形成的胶体紧致，能使浮渣与水彻底分开，且有浮渣量少，上浮性能好，有利于清理浮渣。

(3)本发明提供的膨润土混凝剂稳定性较好，生产成本较低，易于操作、控制，高效低毒。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例2所述的膨润土混凝剂对重金属离子废水中Cr⁶⁺和Ni²⁺去除率；

图2为本发明实施例3所述的膨润土混凝剂对含有机污染物废水的去除率；

图3为本发明实施例4所述的膨润土混凝剂对所述的含磷废水的去除率。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语均属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。

本发明提供了一种膨润土混凝剂，按质量份数计，包括以下组分：膨润土10-200份，聚合氯化铝4-6份、聚丙烯酰胺0.4-0.6份。

膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物的层状铝硅酸盐矿物，在粘土矿物形成过程中，常会发生类似同晶替代作用，故晶体结构层间存在过剩负电荷，能以静电吸附阳离子保持电中性，具有阳离子交换性能。此外，膨润土是一种天然的纳米材料，具有很大的表面积，巨大的表面积赋予了它极大表面能，从而使其具有优异吸附能。因此，膨润土在实际应用中可以表现出非常强的吸湿性和膨胀性，吸附水的体积量能够超过自身的8-15倍左右，产生的体积膨胀量一般能够达到自身的30倍左右；配合膨润土的粘结性、阳离子交换性等，保证其在废水处理上表现出较好的效果。

聚合氯化铝(PAC)是一种多价电解质，能显著地降低水中粘土类杂质(多带负电荷)的胶体电荷。由于相对分子质量大，吸附能力强，形成的絮凝体较大，絮凝沉淀性能优于其他絮凝剂。PAC聚合度较高，投加后快速搅拌，可以大大缩短絮凝体形成时间，且受温度影响较小，适用的pH范围宽(pH值5-9)，对水体pH值影响较小。然而其具有残留的铝离子会导致二次污染、投加量大、处理效果不理想等问题。

有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)的絮凝速度快、用量少、针对性强，然而其PAM单体有神经毒性和“三致”效应。

因此，本发明通过将聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复用，形成有机无机高分子复合型助凝剂，使得既有无机基团，又有有机基团，具有有机和无机的双重优点而又降低了各自的不足，从而净水效果。

本发明实施例通过将聚合氯化铝和聚丙烯酰胺形成的复合助凝剂与膨润土结合使用，不仅能使废水中细微粒子、有机胶体粒子凝聚为絮状物或者大径粒子，漂浮在水面，便于定期人工打捞或机械打捞；同时，上浮型混凝剂处理废水后形成的絮体大而结实，上浮的凝渣随水体的波动非常稳定，可放置24小时以上而不下沉，有效改善传统混凝剂和复合型混凝剂(PAC、PAM等)对废水处存在的局限性。

其中，为保证膨润土混凝剂的使用效果，聚丙烯酰胺的固含量不小于85％，平均分子量≥3000000，聚合氯化铝的平均分子量为133.34。

优选地，膨润土混凝剂，按质量份数计，包括以下组分：膨润土20份，聚合氯化铝5份，聚丙烯酰胺水溶液0.6份。

优选地，按质量份数计，膨润土100份，聚合氯化铝5份，聚丙烯酰胺水溶液0.6份。

本发明实施例还提供了一种如上述所述的膨润土混凝剂在废水处理中的应用，包括如下步骤：

S1、向废水中加入聚合氯化铝，搅拌第一时长；

S2、继续加入膨润土，搅拌第二时长；

S4、沉降，得到澄清液。

具体地，所述第一时长在1.5min至2.5min范围内，较好地为2min。所述第二时长在1.5min至2.5min范围内，较好地为2min。

可选地，所述第三时长在0.5min至1.5min范围内，较好地为1min；所述第四时长在0.5min至1.5min范围内；较好地为1min。

本实施例所述的第一搅拌速度在650rpm至750rpm范围内，优选700rpm；第二搅拌速度在450rpm至550rpm范围内，优选500rpm。

膨润土混凝剂在废水处理中的应用较好地包括步骤：先将聚合氯化铝加入到废水中，以700rpm的转速搅拌2min后，再加入原矿累托石，以700rpm的转速搅拌2min，加入助凝剂聚丙烯酰胺溶液，先以700rpm的转速搅拌1min，再以500rpm的转速搅拌1min，沉降10min即可得到澄清废水。第一搅拌速度较大，目的是为了药剂和废水充分混合均匀，后面第二搅拌速度的慢速搅拌是为了药剂絮凝的稳定进行，不破坏其分子结构，使其形成絮凝体快速沉淀。

其中，废水包含有机污染物，和/或，重金属污染物。有机污染物包括双酚A、树脂、偶氮染料和增稠剂等的一种或多种；重金属污染物包括六价铬Cr(VI)，和/或，二价镍Ni(II)。

具体地，膨润土混凝剂在废水处理中的应用，包括水性漆废水净化、重金属废水净化、含有机污染物废水净化、含磷污染废水净化与小球藻废水净化等。

下面依据上述膨润土混凝剂在废水处理中的应用，给出如下具体实施方式。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按质量计算。

实施例1

本实施例提供了膨润土混凝剂在水性漆废水净化中的应用，针对COD大于几十万的水性漆原液废水：具体步骤包括：

1)先取0.4mL水性漆原液，加入200mL去离子水，得到水性漆水溶液；向上述水性漆水溶液中加入0.005g聚合氯化铝，以700rpm的转速搅拌2min；

2)继续加入1g膨润土，以700rpm的转速搅拌2min；

3)继续加入1ml质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液，以700rpm的转速搅拌1min后，再以500rpm的转速搅拌1min；

4)沉降10min，得到澄清液。

按上述的方法添加膨润土混凝剂对水性漆废水进行处理，测定其浊度和COD，混凝实验达到了漆水完全分离、漆水清的标准，结果如表1和表2所示。

表1.实施例1、实施例5的COD去除率

表2.实施例1、实施例5的浊度测试

从表1和表2中可以看出，膨润土混凝剂在水性漆废水净化中，COD去除率约为98.01％，水性漆废水浑浊度降低为13度。

实施例2

本实施例提供了累膨润土混凝剂在重金属废水净化中的应用，针对含铬和镍的废水，具体步骤包括：

1)分别制备20mg/L的Cr⁶⁺和50mg/L的Ni⁶⁺废水，各取200mL废水，分别加入0.005g聚合氯化铝，以700rpm的转速搅拌2min；

步骤S2、继续分别加入0.2g膨润土，以700rpm的转速搅拌2min；

步骤S3、继续分别加入1ml质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液，先以700rpm的转速搅拌30min，再以500rpm的转速搅拌30min；

步骤S4、沉降10min，得到两个澄清液。

取上述两个澄清液，通过注射器用0.45μm滤头过滤，用火焰原子吸收分光光度法测定清液中六价铬和镍离子的浓度，得到如图2所示的对Cr⁶⁺和Ni⁶⁺的去除率，从图1中看可以看出对于Cr⁶⁺废水去除率达到68％，对于Ni⁶⁺废水去除率达到23％。

需要说明的是，第三时长与第四时长的具体时间并不限定，不同的搅拌时长达到的废水处理效果不同，如上述实施例所述第三时长在0.5min至1.5min范围内，所述第四时长在0.5min至1.5min范围内，对去除悬浮物具有较好地处理效果，当需要对废水中的污染元素(如Cr⁶⁺与磷等)进行吸附去除时，搅拌时间可加长，如本实施与下述实施例所述的30min与1h等。

实施例3

本实施例提供了累膨润土混凝剂在含有机污染物废水净化中的应用，选取双酚A为目标污染物，具体步骤包括：

1)制备5mg/L的双酚A污染废水，取200mL双酚A污染废水；向上述200mL双酚A污染废水中加入0.005g聚合氯化铝，搅拌2min；

2)继续加入1.0g膨润土，搅拌2min；

3)继续加入1ml质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液，先以700rpm的转速搅拌30min，再以500rpm的转速再搅拌1h；

步骤S4、沉降10min，得到澄清液。

取上部澄清液通过注射器用0.45μm滤头过滤，用紫外分光光度计对双酚A溶液对100-800nm范围内扫描，测得双酚A的最大吸收波长在276nm左右，所以选用276nm的波长，配置标准曲线。测定反应前后溶液吸光度并计算其去除率如图2所示，反应1h后，含有机污染物废水中的有机物去除率达82.00％。

实施例4

本实施例提供了膨润土混凝剂在含磷污染废水净化中的应用，以邻苯二甲酸氢钾为含磷废水，具体步骤包括：

1)制备5mg/L的总磷污染废水，取200mL总磷污染废水；向上述200mL总磷污染废水中加入0.005g聚合氯化铝，搅拌2min；

2)继续加入1.0g膨润土，搅拌2min；

3)继续加入1ml质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液，先以700rpm的转速搅拌1h，再以500rpm的转速搅拌1h；

4)沉降10min，得到澄清液。

取澄清液通过注射器用0.45μm滤头过滤，用钼酸铵分光光度法测定水质中的总磷含量。测定反应前后溶液吸光度并计算其去除率，如图3所示，膨润土混凝剂对含磷废水的去除效果，去除率达到90.10％。

实施例5

本实施例提供了膨润土混凝剂在小球藻废水净化中的应用，以虾蟹养殖小球藻藻种浓缩藻种复合藻种为目标废水：

1)取200mL小球藻藻源水做废水，向上述200mL小球藻废水中加入0.005g聚合氯化铝，搅拌2min；

2)继续加入1.0g膨润土，搅拌2min；

3)继续加入1ml质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液，先以700rpm的转速搅拌1h，再以700rpm的转速搅拌1h；

4)沉降10min，得到澄清液。

测定上述浊度去除率，并取上清液通过注射器用0.45μm滤头过滤，用快速消解法测定其COD，测得结果如表1、表2所示。

从表1和表2中可以看出，膨润土混凝剂在小球藻废水净化中，COD去除率约为65.4％，浑浊度降低为37度。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种膨润土混凝剂，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：膨润土10-200份，聚合氯化铝4-6份、聚丙烯酰胺0.4-0.6份。

2.根据权利要求1所述的膨润土混凝剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的固含量不小于85％。

3.根据权利要求1所述的膨润土混凝剂在废水处理中的应用，其特征在于，包括如下步骤：

S1、向废水中加入聚合氯化铝，搅拌第一时长；

S2、继续加入膨润土，搅拌第二时长；

S4、沉降，得到澄清液。

4.根据权利要求3所述的在废水处理中的应用，其特征在于，所述第一时长在1.5min至2.5min范围内。

5.根据权利要求3所述的在废水处理中的应用，其特征在于，所述第二时长在1.5min至2.5min范围内。

6.根据权利要求3所述的在废水处理中的应用，其特征在于，所述第一搅拌速度在650rpm至750rpm范围内，所述第二搅拌速度在450rpm至550rpm范围内。

7.根据权利要求6所述的在废水处理中的应用，其特征在于，所述第三时长在0.5min至1.5min范围内，所述第四时长在0.5min至1.5min范围内。

8.根据权利要求1-7任一项所述的在废水处理中的应用，其特征在于，所述废水包含有机污染物，和/或，重金属污染物。

9.根据权利要求8所述的在废水处理中的应用，其特征在于，所述有机污染物包括双酚A、树脂、偶氮染料和增稠剂等的一种或多种；所述重金属污染物包括六价铬，和/或，二价镍。