CN115043501A - 一种生活污水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种生活污水处理剂及其制备方法，涉及污水处理技术领域。一种生活污水处理剂，按重量份数计，包括以下原料：15‑30份氢氧化铝，30‑50份硫酸，30‑40份活性白土上清液，1‑10份催化剂，10‑20份竹纤维，5‑15份核桃壳，4‑12份贝壳和10‑30份微藻斜生栅藻。本申请的生活污水处理剂对污水进行处理时，用量少，絮凝物紧实、体积小，更便于过滤分离絮凝物，且还具有较好的色度、COD、氮磷去除率，显著改善水质，使其达到排放标准。本申请的制备方法中，通过对原料进行改性复配，使得处理剂的吸附、絮凝性能更好，能够提高处理剂对污水的处理效果。
Description
技术领域
本申请涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种生活污水处理剂及其制备方法。
背景技术
生活污水是居民日常生活中排出的废水，主要来源于居住建筑和公共建筑，如住宅、机关、学校、医院、商店、公共场所及工业企业卫生间等。生活污水所含的污染物主要是有机物(如蛋白质、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮等)和大量病原微生物(如寄生虫卵和肠道传染病毒等)。存在于生活污水中的有机物极不稳定，容易腐化而产生恶臭。细菌和病原体以生活污水中有机物为营养而大量繁殖，会导致传染病蔓延流行。
目前，生活污水的处理方法包括物理、化学、生物、综合等多种方法。物理方法通过过滤、离心回收污水中的不溶解悬浮物，操作简单方便，但是溶解在污水中的物质得不到处理，水质差。生物方法通过微生物的代谢作用让污水中溶解、胶体和悬浮状态的污染物转化为稳定的无害物，成本高，难以除去重金属。化学方法是通过投放化学试剂，使化学试剂与污染物发生中和、絮凝、氧化还原反应进而除去污染物。但是，现有的化学试剂如聚合氯化铝处理污水时，用量大，絮凝物松散、体积大，不便于过滤。
发明内容
本申请的目的在于提供一种生活污水处理剂，其对污水进行处理时，用量少，絮凝物紧实、体积小，更便于过滤分离絮凝物，且还具有较好的色度、COD、氮磷去除率，显著改善水质，使其达到排放标准。
本申请的另一目的在于提供一种生活污水处理剂的制备方法，对原料进行改性复配，使得处理剂的吸附、絮凝性能更好，能够提高处理剂对污水的处理效果。
本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本申请提出一种生活污水处理剂，按重量份数计，包括以下原料：15-30份氢氧化铝，30-50份硫酸，30-40份活性白土上清液，1-10份催化剂，10-20份竹纤维，5-15份核桃壳，4-12份贝壳和10-30份微藻斜生栅藻。
本申请提出一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
将膨润土、硫酸和水混合，在100-110℃活化3-5h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和硫酸，活化1-3h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，搅拌混合，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入硝酸酸化2-6h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅煅烧，得到混合物B；将混合物A和混合物B球磨混合。
本申请实施例至少具有以下有益效果：
本申请中，通过膨润土和硫酸得到硅化物和铝化物，通过硫酸使得氢氧化铝分解产生氧化铝，然后氧化铝、硅化物和铝化物在硫酸和催化剂的作用下生成聚硅酸铝，聚硅酸铝絮凝沉淀快，COD去除率达30-50％，悬浮物、色度的去除率达90％以上，且不受水温影响，制作成本低，处理后水质较好，有利于提高废水的回用率。然后聚硅酸铝与竹纤维、微藻斜生栅藻混合，通过竹纤维的抗菌、抑菌及吸附作用，进一步增强聚硅酸铝对污水的净化能力，通过微藻斜生栅藻的分解和吸收性能，使得污水中的有机物减少，氮磷元素减少，使得水质质量更好。将核桃壳、贝壳通过硝酸改性，在纳米二氧化硅的催化下，让两者形成微孔颗粒，提高吸附性能。然后通过球磨方式将混合物A和混合物B混合，可以提高处理剂中各组分的分散性能，提高对污水的处理效果。在合理的配比下，原料之间复配后的性能更加优越，进而能够加快处理剂的起效时间，提高污水处理效率。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本申请。
一种生活污水处理剂，按重量份数计，包括以下原料：15-30份氢氧化铝，30-50份硫酸，30-40份活性白土上清液，1-10份催化剂，10-20份竹纤维，5-15份核桃壳，4-12份贝壳和10-30份微藻斜生栅藻。
氢氧化铝是一种无机物，化学式Al(OH)3，是铝的氢氧化物。氢氧化铝既能与酸反应生成盐和水又能与强碱反应生成盐和水，因此它是一种两性氢氧化物，由于又显一定的酸性，所以又可称之为铝酸(H3AlO3)。
硫酸是一种无机化合物，化学式是H2SO4，是硫的最重要的含氧酸。纯净的硫酸为无色油状液体，10.36℃时结晶，通常使用的是它的各种不同浓度的水溶液。
活性白土一般指漂白土，是一种细粒的、天然产出、高吸附率的土状物质，具有从脂肪、油脂或油类里吸附杂质或带色物质的能力。活性白土是用粘土(主要是膨润土)为原料，经无机酸化处理，再经水漂洗、干燥制成的吸附剂，外观为乳白色粉末，无臭，无味，无毒，吸附性能很强，能吸附有色物质、有机物质。在空气中易吸潮，放置过久会降低吸附性能。
催化剂指的是在化学反应里能改变反应物化学反应速率(提高或降低)而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。
竹纤维是从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维。竹原纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能。竹原纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木质素，三者都属于高聚糖。竹纤维具有天然的抗菌、抑菌和杀菌作用，不仅会让细菌无法在竹纤维无法生存，还能杀灭细菌或抑制细菌。竹纤维内部特殊的超细微孔结构使其具有强劲的吸附能力，能吸附空气中甲醛、苯、甲苯、氨等有害物质，并消除不良异味。竹原纤维中含有叶绿素铜钠，因而具有良好的除臭功能。
核桃壳是一种经脱脂、破碎、筛选等处理加工过的颗粒状，表面多微孔、吸附效果较好的滤料。
贝壳主要由无机相和有机相组成，无机相是约95～99.9％的CaCO3(方解石、文石、球霰石及非晶型)，相同室温条件下，方解石是三种晶型中最稳定的形态，文石相对稳定，球霰石则最不稳定。有机相由约0.1～5％的有机质(蛋白质、糖蛋白、多糖、几丁质和脂质等)组成，主要可以分为酸(水或EDTA)可溶性组分、酸不溶-变性剂可溶组分和酸不溶-变性剂不溶组分。进一步研究表明，贝壳主要含钙、碳、氧、氢、锶、镁等元素。贝壳吸附特性是由于其结构组织相对疏松，孔隙直径相对较大，孔隙分布广而均匀；贝壳粉的表面较大，吸附效率高，可以对原油、重金属、硫、染料、农药杀菌剂等的吸附去除。以贝壳作为羟基磷灰石的钙源可以吸附去除废水中的多种金属。贝壳燃烧后的产物可以用于脱硫处理，因其颗粒内部有更多的气孔表面参与脱硫反应，反应过程中气孔不易被脱硫产物阻塞，可以进行较完全的脱硫反应。
微藻斜生栅藻可以降低有机物含量、吸收氮/磷元素、吸收镉、铅等重金属。
本实施例中，生活污水处理剂还包括按重量份数计的18-22份氢氧化铝，35-40份硫酸，30-35份活性白土上清液，5-10份催化剂，14-18份竹纤维，7-12份核桃壳，6-10份贝壳和20-25份微藻斜生栅藻。
本实施例中，生活污水处理剂还包括按重量份数计的1-4份片碱和5-10份微孔淀粉。
片碱，指氢氧化钠，也称苛性钠、烧碱、火碱，是一种无机化合物，化学式NaOH，氢氧化钠具有强碱性，腐蚀性极强，可作酸中和剂、配合掩蔽剂、沉淀剂、沉淀掩蔽剂、显色剂、皂化剂、去皮剂、洗涤剂等，用途非常广泛。
微孔淀粉的颗粒表面有很多微小的孔洞，比表面积大，堆积密度和颗粒密度较低，比孔容性能好，呈现出优越的吸附性能，并且成本低，没有毒害，可以自然降解。孔洞直径为1μm左右，小孔由表面向中心深入，孔的容积占颗粒体积的50％左右。
微孔淀粉、核桃壳和贝壳在纳米二氧化硅的作用下，微孔淀粉具有较好的粘结性能，可以进一步提高几者的混合效果，提高几者的结合强度，片碱可以用于中和硝酸，预防硝酸与微孔淀粉反应，使得微孔淀粉的孔洞被酸侵蚀，以提高微孔淀粉的稳定性。
本实施例中，生活污水处理剂还包括按重量份数计的1-8份破乳剂。
破乳剂是一类能够破坏乳浊液的化学药剂，其实质上是一种表面活性物质，它能使乳化状的液体结构破坏，以达到乳化液中各相分离开来的目的。破乳剂主要通过吸附电中和、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、混凝、沉淀，达到破乳分离效果。
详细地，破乳剂包括SP型破乳剂、AP型破乳剂或AR型破乳剂。SP型破乳剂对原油乳状液的破乳能力越强。SP型破乳剂适应于石蜡基原油的另一个原因是石蜡基原油不含或极少含胶质和沥青质，亲油性表面活性剂物质较少，相对密度较小；对含胶质和沥青质较高(或含水大于20％)的原油，SP型破乳剂的破乳能力较弱，原因是分子结构单一，无支链结构和芳香结构。AP型破乳剂用于石蜡基原油乳状液的破乳，效果好于SP型破乳剂，它更适合于原油含水率高于20％的原油破乳，并能在低温条件下达到快速破乳的效果。AR型破乳剂分子不大，在原油凝固点高于5℃的情况下有较好的溶解、扩散、渗透效应，促使乳化水滴絮凝、聚结，能在45℃以下。
一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
将膨润土、硫酸和水混合，在100-110℃活化3-5h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和硫酸，活化1-3h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，搅拌混合，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入硝酸酸化2-6h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅煅烧，得到混合物B；将混合物A和混合物B球磨混合。
本实施例中，膨润土、硫酸和水混合时，体积比为1：(0.5-3)：(0.1-0.5)。这样可以更好地保留膨润土中的硅化物和铝化物，使得活性白土上清液中的含硅或含铝化合物更多，更便于后续与氧化铝发生反应生成聚硅酸铝。
本实施例中，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，搅拌混合时，在300-500rpm搅拌1-3h。
其中，硝酸的质量分数为30-40％。在该条件下，核桃壳和贝壳的改性效果最佳，具有较好的吸附性能。
本实施例中，酸化时，先在40-50℃酸化1-2h，再在60-70℃酸化2-4h。
本实施例中，球磨混合时，以无水乙醇为球磨剂，混合时间为1-3h。
通过膨润土和硫酸得到硅化物和铝化物，通过硫酸使得氢氧化铝分解产生氧化铝，然后氧化铝、硅化物和铝化物在硫酸和催化剂的作用下生成聚硅酸铝，聚硅酸铝絮凝沉淀快，COD去除率达30-50％，悬浮物、色度的去除率达90％以上，且不受水温影响，制作成本低，处理后水质较好，有利于提高废水的回用率。然后聚硅酸铝与竹纤维、微藻斜生栅藻混合，通过竹纤维的抗菌、抑菌及吸附作用，进一步增强聚硅酸铝对污水的净化能力，通过微藻斜生栅藻的分解和吸收性能，使得污水中的有机物减少，氮磷元素减少，使得水质质量更好。将核桃壳、贝壳通过硝酸改性，在纳米二氧化硅的催化下，让两者形成微孔颗粒，提高吸附性能。然后通过球磨方式将混合物A和混合物B混合，可以提高处理剂中各组分的分散性能，提高对污水的处理效果。在合理的配比下，原料之间复配后的性能更加优越，进而能够加快处理剂的起效时间，提高污水处理效率。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
原料：18g氢氧化铝，35g硫酸，30g活性白土上清液，5g催化剂，14g竹纤维，7g核桃壳，6g贝壳和20g微藻斜生栅藻。
将膨润土、硫酸和水混合，三者的质量比为1：0.5：0.5，在100℃活化3h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和99％的硫酸，反应1h，取液体检测氧化铝含量，氧化铝含量在15.8％为合格品，继续活化1h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，在300rpm搅拌1h，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入质量分数为30％的硝酸，在40℃酸化1h，再在60℃酸化2h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅煅烧，得到混合物B；将混合物A和混合物B球磨混合，以无水乙醇为球磨剂，混合1h。
实施例2
一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
原料：22g氢氧化铝，40g硫酸，35g活性白土上清液，10g催化剂，18g竹纤维，12g核桃壳，10g贝壳和25g微藻斜生栅藻。
将膨润土、硫酸和水混合，三者的质量比为1：3：3，在110℃活化5h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和99％的硫酸，反应3h，取液体检测氧化铝含量，氧化铝含量在16％为合格品，继续活化3h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，在500rpm搅拌3h，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入质量分数为40％的硝酸，在50℃酸化2h，再在70℃酸化4h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅煅烧，得到混合物B；将混合物A和混合物B球磨混合，以无水乙醇为球磨剂，混合3h。
实施例3
一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
原料：20.7g氢氧化铝，38.1g硫酸，33.7g活性白土上清液，7.5g催化剂，16.3g竹纤维，10.8g核桃壳，8.5g贝壳和22g微藻斜生栅藻。
将膨润土、硫酸和水混合，三者的质量比为1：1：1，在102℃活化4h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和99％的硫酸，反应2h，取液体检测氧化铝含量，氧化铝含量在15.9％为合格品，继续活化2h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，在450rpm搅拌2h，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入质量分数为33％的硝酸，在45℃酸化1.5h，再在65℃酸化3h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅煅烧，得到混合物B；将混合物A和混合物B球磨混合，以无水乙醇为球磨剂，混合2h。
实施例4
一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
原料：19g氢氧化铝，36g硫酸，32g活性白土上清液，6g催化剂，17g竹纤维，10g核桃壳，8g贝壳，24g微藻斜生栅藻，2g片碱和8g微孔淀粉。
将膨润土、硫酸和水混合，三者的质量比为1：2：2，在108℃活化4h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和99％的硫酸，反应1.5h，取液体检测氧化铝含量，氧化铝含量在15.9％为合格品，继续活化1.5h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，在400rpm搅拌2h，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入质量分数为36％的硝酸，在44℃酸化1.5h，再在62℃酸化3h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅、片碱和微孔淀粉煅烧，得到混合物B；将混合物A和混合物B球磨混合，以无水乙醇为球磨剂，混合2.2h。
实施例5
一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
原料：19g氢氧化铝，36g硫酸，32g活性白土上清液，6g催化剂，17g竹纤维，10g核桃壳，8g贝壳，24g微藻斜生栅藻，2g片碱，8g微孔淀粉和5g破乳剂。
将膨润土、硫酸和水混合，三者的质量比为1：2：2，在108℃活化4h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和99％的硫酸，反应1.5h，取液体检测氧化铝含量，氧化铝含量在15.9％为合格品，继续活化1.5h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，在400rpm搅拌2h，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入质量分数为36％的硝酸，在44℃酸化1.5h，再在62℃酸化3h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅、片碱和微孔淀粉煅烧，得到混合物B；将混合物A和混合物B球磨混合，加入破乳剂混合均匀，以无水乙醇为球磨剂，混合2.5h。
对比例
一种生活污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
原料：20.7g无水氢氧化铝，38.1g硫酸，33.7g活性白土上清液和7.5g催化剂。
将10kg膨润土、0.3kg硫酸和10kg水混合，在108℃活化4h，经板框压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入无水氢氧化铝、催化剂和浓度为99％的硫酸，反应1h，取液体检测氧化铝含量，氧化铝含量在15.9％为合格品，继续活化1h，冷却粉碎，过筛180目。
试验结果
取等量水质相同的7组生活污水，编号1-7，其中1-5对应使用本申请实施例1-5的生活污水处理剂，6使用对比例1制得的生活污水处理剂，7使用聚合氯化铝处理剂。样品量为100mL，处理剂用量均为2mL，处理48h，处理结果如下：
表1污水处理结果(mg/L)
COD按照GB11914-89，化学需氧量的测定；BOD按照GB11914-89，生化需氧量的测定；SS悬浮物按照GB11901，水质中悬浮物的测定；NH3-N按照HJ 537-2009，水质中氨氮的测定；TP按照GB3838-2002，水质中总磷的测定。
根据表1可知，本申请实施例1-5制备的生活污水处理剂对生活污水中COD、BOD、SS悬浮物、NH3-N、TP的处理效果远比聚合氯化铝及对比例的处理效果好。表明，本申请实施例的生活污水处理剂对生活污水具有较好的净化作用。
综上所述，本申请实施例的生活污水处理剂，通过膨润土和硫酸得到硅化物和铝化物，通过硫酸使得氢氧化铝分解产生氧化铝，然后氧化铝、硅化物和铝化物在硫酸和催化剂的作用下生成聚硅酸铝，聚硅酸铝絮凝沉淀快，COD去除率达30-50％，悬浮物、色度的去除率达90％以上，且不受水温影响，制作成本低，处理后水质较好，有利于提高废水的回用率。然后聚硅酸铝与竹纤维、微藻斜生栅藻混合，通过竹纤维的抗菌、抑菌及吸附作用，进一步增强聚硅酸铝对污水的净化能力，通过微藻斜生栅藻的分解和吸收性能，使得污水中的有机物减少，氮磷元素减少，使得水质质量更好。将核桃壳、贝壳通过硝酸改性，在纳米二氧化硅的催化下，让两者形成微孔颗粒，提高吸附性能。然后通过球磨方式将混合物A和混合物B混合，可以提高处理剂中各组分的分散性能，提高对污水的处理效果。在合理的配比下，原料之间复配后的性能更加优越，进而能够加快处理剂的起效时间，提高污水处理效率。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种生活污水处理剂，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：15-30份氢氧化铝，30-50份硫酸，30-40份活性白土上清液，1-10份催化剂，10-20份竹纤维，5-15份核桃壳，4-12份贝壳和10-30份微藻斜生栅藻。
2.根据权利要求1所述的生活污水处理剂，其特征在于，还包括按重量份数计的18-22份氢氧化铝，35-40份硫酸，30-35份活性白土上清液，5-10份催化剂，14-18份竹纤维，7-12份核桃壳，6-10份贝壳和20-25份微藻斜生栅藻。
3.根据权利要求2所述的生活污水处理剂，其特征在于，还包括按重量份数计的1-4份片碱和5-10份微孔淀粉。
4.根据权利要求3所述的生活污水处理剂，其特征在于，还包括按重量份数计的1-8份破乳剂。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的生活污水处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将膨润土、硫酸和水混合，在100-110℃活化3-5h，压滤得到活性白土上清液，向活性白土上清液中加入氢氧化铝、催化剂和硫酸，活化1-3h，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，搅拌混合，得到混合物A；将核桃壳和贝壳粉碎，加入硝酸酸化2-6h，滤过，水洗，烘干，加入纳米二氧化硅煅烧，得到混合物B；将所述混合物A和所述混合物B球磨混合。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，膨润土、硫酸和水混合时，体积比为1：(0.5-3)：(0.1-0.5)。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，加入竹纤维和微藻斜生栅藻，搅拌混合时，在300-500rpm搅拌1-3h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸的质量分数为30-40％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，酸化时，先在40-50℃酸化1-2h，再在60-70℃酸化2-4h。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，球磨混合时，以无水乙醇为球磨剂，混合时间为1-3h。
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