CN116282257B - 一种纳米级钙基活性复合碱及其制备方法、制备装置与应用 - Google Patents

一种纳米级钙基活性复合碱及其制备方法、制备装置与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纳米级钙基活性复合碱及其制备方法、制备装置与应用，该钙基活性复合碱原料按重量百分比计，包括水45％‑70％、钙基物质10％‑25％、减水剂0.5％‑3％、表面活性剂2％‑4％、活性组分8％‑20％、催化剂3％‑8％；该钙基活性复合碱通过特定的原料配比具有优异的性能，可应用于含氟废水除氟处理、含磷废水除磷处理、烟气脱硫处理和饲料级磷酸氢钙制备中。

Description

一种纳米级钙基活性复合碱及其制备方法、制备装置与应用
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种纳米级钙基活性复合碱及其制备方法、制备装置与应用。
背景技术
在含磷废水处理、含氟废水处理、重金属废水处理、烟气脱硫等多个环保技术方向上，以石灰为代表的碱性药剂是应用最为广泛的药剂之一。
高浓度含磷、含氟、含重金属废水，一般采用多级物化沉淀处理，即向废液中添加石灰或添加将石灰溶于水后形成的石灰乳至废液完全呈碱性，加以充分搅拌后，产生氟化钙沉淀、磷酸氢钙、金属氢氧化物等难溶物质，并通过沉淀设施予以去除。石灰或石灰乳在处理过程中主要起到的作用为调节酸碱度、提供钙离子和提供氢氧根离子。
以石灰或石灰乳作为处理药剂的多级物化沉淀具有方法简单、处理方便、费用低等优点，但存在处理后出水难达标、污泥量大、泥渣沉降缓慢、现场工况恶劣、操作工人存在较大职业健康风险等缺点，同时，常用的传统石灰药剂，如生石灰、石灰乳等均存在有效钙含量低、碱性不强等问题，且由于石灰或石灰乳容易沉降，通常在工艺处理中不得不加大搅拌力度而消耗多余能源。此外，在高浓度含磷、含氟、含重金属废水的处理过程中，pH值调整必不可少，当混凝反应速度较快，此时pH值调整有可能导致释放OH-速度较慢，污泥中存在一定的未参与反应的药剂，加大了污泥的处理难度，也增加了不必要的药剂投入。
为了解决上述问题，开发一种结合石灰类药剂的使用简单方便且价格低廉的优势，同时又能保证出水达标、有效钙含量高、碱性较强、悬浮性能好、OH-释放速度快，此外还能显著降低产泥量、改善现场生产工况的新型药剂成为研究的热点与难点。
复合碱别名代用碱，从提供碱度的角度来看，复合碱可替代氢氧化钠(烧碱)、工业纯碱(碳酸钠)，尤其是在污水处理中，研究和应用均认为复合碱处理效率优于氢氧化钠，且使用量更省。相对于传统的石灰药剂，复合碱具有使用更为方便、一定的减泥效果、碱性较强等优点。
发明专利CNCN201710791947.2公开了一种活性复合碱及其制备方法和应用，其组分包括Ca(OH)2、活性白泥、硅藻土、活性碳和饱和碱溶液。该活性复合碱可用于替代常用的水处理酸中和剂片碱、消石灰和纯碱，具有无毒、成本低、作用广泛等优点。中国发明专利申请CN202211358630.7公开了抑垢型复合碱的制作方法及应用，采用的原料按重量份如下，Ca(OH)2 50-65份、活性白泥20-25份、硅藻土10-15份、活性炭12-18份、活性吸附剂3-8份、催化剂5-9份、阻垢剂11-16份、污垢剥离剂13-19份，可有效的对生活污水、工业废水等方面的酸碱进行调节、絮凝沉降、有机物去除等。中国发明专利申请CN201810303930.2公开了一种除废酸复合碱及其制备方法，由以下组分组成：三级石灰、三聚氰胺、硫酸亚铁、硫酸铵、腐殖酸和粉煤灰；以粉煤灰为载体，利用其多孔和比表面积大的结构特点，通过石灰改性并负载硫酸亚铁和腐殖酸制备成固体复合碱，使该复合碱具有更好的吸附作用，更好的去除水中的酸和磷能力，产生更少的污泥，具有很好的效益。
虽然上述复合碱产品体现了一定的强碱性、减泥性等优势，但是现有资料显示，复合碱产品的主要由Ca(OH)2、活性白泥、硅藻土、活性碳、饱和碱溶液等简单组合而成，或是主要由无机物质直接组合而成，上述技术路径所得复合碱产品均存在复合整体效果整体较弱、协同效应较差、应用范围较窄、易沉降、不稳定等劣势。其原材料中的对钙基物质(氢氧化钙颗粒、氧化钙颗粒)的粒径和含水率均为未做严格限定，所得产品中的钙基物质反应性能弱，形成的产品悬浮性能较差，有效钙含量偏低。此外传统的复合碱中活性白泥、硅藻土含量较高，活性白泥、硅藻土均为天然材料，其使用固然可以降低产品成本，但是在没有相对应处理措施的情况下，其产品实际效果难以保证，产品品质波动较大，复合碱产品难以标准化。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。本发明根据现有工艺的改进需求，结合处理工艺的实际情况，采用特定粒径的钙基物质为原材料，通过减水剂、表面活性剂、活性组分、催化剂等成分特定比例的有序添加，提供了一种纳米级钙基活性复合碱及其制备方法、制备装置与应用。
本发明采取的技术方案如下：
一种纳米级钙基活性复合碱，其原材料按重量百分比计，包括如下组分：
在一些实施方式中，所述水优选去离子水。
在一些实施方式中，所述钙基物质为氢氧化钙粉末、氧化钙粉末的至少一种，所述钙基物质粒径小于3.2μm，优选粒径为1.8μm-2.5μm。优选的，所述钙基物质含水率应低于1％，优选含水率为0.4％-0.6％。优选的，所述钙基物质为氢氧化钙和氧化钙的混合物，其中，氢氧化钙、氧化钙重量比例为1:2。
在一些实施方式中，所述减水剂为木质素磺酸盐、聚羧酸、萘磺酸盐、芳香族氨基磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛树脂的至少一种，优选聚羧酸作为减水剂；亦可优选聚羧酸与木质素磺酸盐的组合，其重量比例优选为1.5:1。
在一些实施方式中，所述表面活性剂为离子型表面活性剂或比例为1:1的离子型表面活性剂与非离子表面活性剂的组合。所述非离子型表面活性剂优选为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚二甲基硅氧烷、双-三甲基氯化铵中的至少一种；所述离子型表面活性剂优选为柠檬酸钠、十二烷基硫酸钠、烯丙基磺酸钠、十二烷基二甲基溴化铵中的至少一种。优选为双-三甲基氯化铵与十二烷基二甲基溴化铵的组合，其重量比例为1:1.5-1:1之间的任意比例值，优选为1：1。
在一些实施方式中，所述活性组分为活性白泥、硅藻土、活性碳的至少一种；优选活性白泥、硅藻土和活性碳的组合，其优选重量比例为5:3:2。
在一些实施方式中，所述催化剂为氢氧化钠和碳酸钠的组合，氢氧化钠与碳酸钠重量比例为1:1-3之间的任意比例值，优选为1:2。
在一些实施方式中，所述纳米级钙基活性复合碱中所添加的减水剂、表面活性剂、活性组分、催化剂，除重量百分比应满足上述要求，还可以通过调整相互之间的重量比值达到最优组合效果，优先的减水剂重量：表面活性剂重量：活性组分重量：催化剂重量比值为1：1.3：5：2.6。
第二方面，本发明还提供了一种纳米级钙基活性复合碱的制备方法，包括以下步骤：
(1)取含水率符合要求的钙基物质为原料，根据原料的粒度情况，进行破碎至使原料粒径均匀，得到1.8μm-2.5μm钙基物质原料粉末；
(2)取按配方称取钙基物质原料粉末与按配方称取的减水剂置于搅拌器中在常温下初步混匀，加入配方所要求量取的水，搅拌器设置转速为10-30r/min，设置搅拌时间为15-25min，得到混合物A；优选的，为了更好的进行消化反应，可以提高温度提高消化反应效果，温度范围设定为90℃-110℃。
(3)将混合物A与按配方称取的表面活性剂、按配方称取的活性成分置于搅拌器中在常温下均匀混合，搅拌器设置转速为20-40r/min，设置搅拌时间为15-25min，混合均匀后过一定孔径的筛网，得到悬浮液A；所述筛网孔径为3-5mm；
(4)将悬浮液A与按配方称取的催化剂均匀混合，搅拌器设置转速为40-60r/min，设置搅拌时间为25-35min，混合均匀后过一定孔径的筛网，得到悬浮液B；所述筛网孔径为200目以上；
(5)将悬浮液B继续进行进行充分搅拌，搅拌器设置转速为150-200r/min，设置搅拌时间为25-35min，达到乳化状态即得到成品纳米级钙基活性复合碱。
所述步骤(2)优选搅拌器设置转速为20r/min，设置搅拌时间为20min。优选反应温度为100℃。
所述步骤(3)优选搅拌器设置转速为30r/min，设置搅拌时间为20min。优选筛网孔径为4mm。
所述步骤(4)优选搅拌器设置转速为50r/min，设置搅拌时间为30min。
所述步骤(5)中，优选搅拌器设置转速为180r/min，设置搅拌时间为30min。
第三方面，为实现上述目的，本发明提供了上述任一实施方式的纳米级钙基活性复合碱的制备装置：
所述制备装置包括粉碎投料单元、消化反应单元、活化中转单元、成品乳化单元、出料单元。优选的，本装置还包括控制及状态监测单元。
具体地，所述粉碎投料单元包括：粉碎投料斗、皮带秤、斗提机；所述消化反应单元包括：第一消化罐、搅拌机、液体流量计、转运平台、第二消化罐；所述活化中转单元包括：第一反应罐、第二反应罐、催化及活化剂、滚筒筛、中转罐；所述成品乳化单元包括：振动筛、缓冲罐、成品罐；所述出料单元包括：出料泵；所述控制及状态监测单元包括：电控柜及柜内设备。
所述通过粉碎投料单元进入消化反应单元，反应完成后，转入活化中转单元，最后进入成品单元，具体工艺如下：
粉碎投料单元：通过投料车向粉碎投料斗内投入原材料坯料，经斗底出料口落入皮带秤上，皮带秤设定了单位时间的投料量值及输送速度，坯料输送至斗提机的料斗内，经过链板输送带进入到第一消化罐内；
消化反应单元：当原材料坯料进入第一消化罐后，与此同时，在反应罐进料口加入水，并通过液体流量计计量，控制加入水的比例，同时通过搅拌机运转，让原材料充分反应，为了满足产能及反应时间等要求，第一消化罐与第二消化罐底部通过联通管向连接，通过搅拌、反应完成初步反应，反应罐与第一反应罐顶部管道相连，第一反应罐与第二反应罐底部通过连通管相连，通过控制溶液的搅拌、温度等参数，完成消化反应，四个罐全部放在转运平台上，溶液经过顺次反应，完成溶液的消化反应；
活化中转单元：溶液在搅拌和离心力的作用下，经过第二消化罐上部的管道被输送至滚筒筛筒体内，同时通过计量泵将催化及活化剂按比例添加至滚筒筛进料口，溶液进入滚筒筛筒体后，将在滚筒筛的转动作用，加上筒体内部设置的导流板、扰流板的双重作用，进行充分混合搅拌，混合均匀的溶液，随导流板通过滚筒筛过渡锥筒后，进入滚筒筛分离，滚筒筛设计为目的过滤网，渣料被筛出后经排料口分离，溶液通过筛网后，进入中转罐中，进一步反应和搅拌，形成混悬状；
成品乳化单元：将中转罐内的溶液用泥浆泵抽至六个振动筛上方的流道，分流至下方的若干个振动筛中，振动筛设计为200目以上的过滤网，溶液中未溶解的细渣被排除至缓冲罐，通过筛网的溶液可以连接若干组及以上成品罐，将连接好的成品罐准备好，打开溶液则流入成品罐，缓冲罐内的溶液再抽取后，通过最后一个振动筛进行渣液分离，溶液直接进入成品罐，渣料则排出，获得的溶液在成品罐内搅拌乳化，获得最终的成品乳化液，通过出料泵抽出输送至使用地点。
控制及状态监测单元：在生产过程中，所有设备的操作和运行状况都可通过电控柜集中操作，包括但是不限于搅拌器转速、搅拌器温度、搅拌器运转时间等，方便操作人员的控制和监测，如果出现设备故障，系统会报警并自动联动停机，待故障消除后，才能重新开机。根据用户需求，还可进行优化产能调整和设备重新组合布置，便于有效利用产能，节能增效。
第四方面，示例性的，本发明所述纳米级钙基活性复合碱在含磷废水除磷处理中的应用。
本发明所述纳米级钙基活性复合碱在含氟废水除氟处理中的应用。
本发明所述纳米级钙基活性复合碱在烟气脱硫处理中的应用。
本发明所述纳米级钙基活性复合碱在饲料级磷酸氢钙制备中的应用。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明的技术方案中，钙基物质溶液中加入减水剂能有效改善溶液的流动性和可塑性，同时能增强溶质颗粒的分散作用，提高消化反应的效果，同时减少单位用水量；而表面活性剂能有效改善溶液的表面张力和分子组成结构，经观察，在表面活性剂的作用下分子结构发生变化，分子含水性提高，排列更整齐，分子外表面变成类球状，分子结构更饱满并具有更大的表面张力，因此，表面活性剂的加入可改善溶质分子的流动性和溶水性，提高氢氧化钙的活性和通过性；催化剂的加入，可以更好的维持碱度，且可以为本发明所述纳米级钙基活性复合碱提供更好的反应环境，促进反应正向进行；活性物质的加入，目的在于充分利用活性物质松散多孔、质量较轻、吸水性和渗透性强等性质，为无机碱组分提供了较为稳定的载体和微反应单元，使碱性成分逐步释放，使相关反应能按设计值进行。本发明通过本发明各组分的固定配比，使各组分之间协同作用，从而使活性复合碱具有优异的性能。
本发明公开提供的纳米级钙基活性复合碱及其制备方法，相对于生石灰和传统复合碱的主要优势在于处理效果更好，处理初期颗粒沉降缓慢，不易挂壁和形成板结，便于对淤泥进行处理，性价比更高，应用范围更广泛，可用作污水处理剂、锅炉烟气脱硫剂、土壤稳定剂、石膏板嵌缝凝结剂、混凝土调质剂，也可用于制备烷基磺酸钙、塑料纤维、饲料级磷酸氢钙等，具有较好的市场前景。
本发明公开提供的纳米级钙基活性复合碱的制备装置，通过电控柜对各设备实时控制和监控，对于产品生产制造过程更灵活方便，简化操作，减少转运，提升了效率，有效的降低了损耗，彻底改变了原生产设备的种种弊端，降低了人工、能耗和制造成本，具有良好的效果和效益。
本发明公开提供的纳米级钙基活性复合碱可以在含磷废水除磷处理中的应用、含氟废水除氟处理中的应用、烟气脱硫处理中的应用、饲料级磷酸氢钙制备中除氟处理中的应用，应用范围较广，使用效果较好。具体地，在污水处理应用过程中，可以有效抑制碳酸钙、氟化钙等物质在管道或池体内的沉淀结垢，且本发明纳米级钙基活性复合碱所述混凝吸附作用，其水解后所形成的钙胶体物质及活性白泥、硅藻土等组分均对水中悬浮物具有吸附凝聚作用，有效减少了絮凝剂的使用；在饲料级磷酸氢钙制备中除氟处理中可以有效减少渣量；在烟气脱硫处理中，任何含硫量的煤种的烟气脱硫均可适用本纳米级钙基活性复合碱，可有效提升单塔处理烟气量，SO2脱除量也有较大提升。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种纳米级钙基活性复合碱，其原材料按重量百分比计包括如下组分：
其中，钙基物质为氢氧化钙粉末和氧化钙粉末按重量比例为1:2的混合物；钙基物质含水率为0.4％；
减水剂为聚羧酸与木质素磺酸盐的组合，其重量比例为1.5:1；
表面活性剂为双-三甲基氯化铵与十二烷基二甲基溴化铵的组合，其重量比例为1：1；
活性成分为活性白泥、硅藻土、活性碳的组合，其重量比例为5:3:2；
催化剂为氢氧化钠和碳酸钠的组合，氢氧化钠与碳酸钠重量比例为1:2；
本实施例的纳米级钙基活性复合碱的制备方法，包括以下步骤：
(1)取含水率为0.4％的钙基物质为原料，根据原料的粒度情况，破碎至原料粒径均匀，得到约2.18微米钙基物质原料粉末；
(2)取按配方称取钙基物质原料粉末与按配方称取的减水剂置于搅拌器中在常温下初步混匀，加入配方所要求量取的去离子水，搅拌器设置转速为20r/min，设置搅拌时间为20min，设置搅拌器温度为100℃，得到混合物A；
(3)将混合物A与按配方称取的表面活性剂、按配方称取的活性成分置于搅拌器中在常温下均匀混合，搅拌器设置转速为30r/min，设置搅拌时间为20min，混合均匀后过4mm的筛网，得到悬浮液A；
(4)将悬浮液A与按配方称取的催化剂均匀混合，搅拌器设置转速为50r/min，设置搅拌时间为30min，混合均匀后过200目以上的筛网，得到悬浮液B；
(5)将悬浮液B继续进行进行充分搅拌，搅拌器设置转速为180r/min，设置搅拌时间为30min，达到乳化状态即得到成品纳米级钙基活性复合碱。
实施例2
一种纳米级钙基活性复合碱，其原材料按重量百分比计包括如下组分：
钙基物质为氢氧化钙粉末，钙基物质粒径约为2.18μm，含水率为0.4％；
减水剂为聚羧酸；
；表面活性剂为双-三甲基氯化铵与十二烷基二甲基溴化铵的组合，其重量比例为1：1；
活性成分为活性白泥、硅藻土、活性碳的组合，其；重量比例为5:3:2；
催化剂为氢氧化钠和碳酸钠的组合，氢氧化钠与碳酸钠重量比例为1:2；
本实施例的纳米级钙基活性复合碱的制备方法，包括以下步骤：
(1)取含水率为0.4％的钙基物质为原料，根据原料的粒度情况，破碎至原料粒径均匀，得到约1.81μm钙基物质原料粉末；
(2)取按配方称取钙基物质原料粉末与按配方称取的减水剂置于搅拌器中在常温下初步混匀，加入配方所要求量取的去离子水，搅拌器设置转速为30r/min，设置搅拌时间为25min，设置搅拌器温度为100℃，得到混合物A；
(3)将混合物A与按配方称取的表面活性剂、按配方称取的活性成分置于搅拌器中在常温下均匀混合，搅拌器设置转速为40r/min，设置搅拌时间为25min，混合均匀后过4mm的筛网，得到悬浮液A；
(4)将悬浮液A与按配方称取的催化剂均匀混合，搅拌器设置转速为60r/min，设置搅拌时间为35min，混合均匀后过200目以上的筛网，得到悬浮液B；
(5)将悬浮液B继续进行进行充分搅拌，搅拌器设置转速为30r/min，设置搅拌时间为35min，达到乳化状态即得到成品纳米级钙基活性复合碱。
实施例3
一种纳米级钙基活性复合碱，其原材料按重量百分比计包括如下组分：
钙基物质为氧化钙粉末，钙基物质粒径约为2.18μm。含水率为0.6％；
减水剂为聚羧酸与木质素磺酸盐的组合，其重量比例为1.5:1；
表面活性剂为双-三甲基氯化铵与十二烷基二甲基溴化铵的组合，其重量比例为1：1；
活性成分为活性白泥、硅藻土、活性碳的一种或多种的组合，优选活性白泥、硅藻土、活性碳的组合，其重量比例为5:4:1；
催化剂为氢氧化钠；
本实施例的纳米级钙基活性复合碱的制备方法，包括以下步骤：
(1)取含水率符合要求的钙基物质为原料，根据原料的粒度情况，进行破碎至使原料粒径均匀，得到约2.50微米钙基物质原料粉末；
(2)取按配方称取钙基物质原料粉末与按配方称取的减水剂置于搅拌器中在常温下初步混匀，加入配方所要求量取的水，搅拌器设置转速为20r/min，设置搅拌时间为20min，搅拌器温度设定为100℃，得到混合物A；
(3)将混合物A与按配方称取的表面活性剂、按配方称取的活性成分置于搅拌器中在常温下均匀混合，搅拌器设置转速为20r/min，设置搅拌时间为15min，混合均匀后过5mm孔径的筛网，得到悬浮液A；
(4)将悬浮液A与按配方称取的催化剂均匀混合，搅拌器设置转速为40r/min，设置搅拌时间为25min，混合均匀后过300目以上的筛网，得到悬浮液B；
(5)将悬浮液B继续进行进行充分搅拌，搅拌器设置转速为150r/min，设置搅拌时间为25min，达到乳化状态即得到成品纳米级钙基活性复合碱。
上述实施例1至实施例3的技术方案中，加入减水剂能有效改善溶液的流动性和可塑性，同时能增强颗粒的分散作用，提高消化反应的效果，同时减少单位用水量；而具有亲水基团的阳离子表面活性剂能在溶液表面定向排列，有效改善溶液的表面张力和分子组成结构，使溶液界面发生明显变化，在表面活性剂的作用下，溶质颗粒分子含水性高，排列更整齐，分子外表从多枝海胆状变成类球状，分子结构更饱满，具有更大的表面张力，流动性和溶水性更佳，从而使溶液的活性和通过性明显提高。同时，采用高温消化尤其是采用沸腾消化可以更好的提升钙基物质原材料的反应活度，提升消化反应效果。
上述实施例1至实施例3的技术方案中，加入活性白泥、硅藻土等活性物质，是为了充分利用活性物质松散多孔、质量较轻、吸水性和渗透性强等性质；加入活性炭，是为了充分利用其疏松多孔的独特表面结构吸附特性和表面化学性能，活性物质为无机碱组分提供了较为稳定的载体和微反应单元，使碱性成分逐步释放，使相关反应能按设计值进行。
上述实施例1至实施例3的技术方案中，通过各组分的固定配比，可以实现在不同应用方向的有效利用。
实施例4
一种纳米级钙基活性复合碱的制备装置：包括粉碎投料单元、消化反应单元、活化中转单元、成品乳化单元、出料单元以及控制及状态监测单元。具体地，粉碎投料单元包括粉碎投料斗、皮带秤、斗提机；消化反应单元包括第一消化罐、搅拌机、液体流量计、转运平台、第二消化罐；活化中转单元包括：第一反应罐、第二反应罐、催化及活化剂储存罐、滚筒筛、中转罐；成品乳化单元包括：振动筛、缓冲罐、成品罐；所述出料单元包括：出料泵；所有设备的操作和运行状况都可通过电控柜集中操作，包括但是不限于搅拌器转速、搅拌器温度、搅拌器运转时间等，所述控制所需控制逻辑均预先以程序形式写入PLC中。所述制备装置中还有设置有自动报警装置，当搅拌、温度等出现设备故障，系统会报警并自动联动停机，并显示故障位置。待故障消除后，才能重新开机。
实施例5
一种纳米级钙基活性复合碱在含磷废水除磷处理中的应用。
原含磷废水除磷处理工艺中以石灰作为除磷剂，将纳米级钙基活性复合碱作为石灰的替代品原位加入工艺流程中。
实施例6
一种纳米级钙基活性复合碱在含氟废水除氟处理中的应用。
原含氟废水除氟处理工艺中以石灰作为除氟剂，实施例中，将纳米级钙基活性复合碱作为石灰的替代品原位加入工艺流程中。
实施例7
一种纳米级钙基活性复合碱在饲料级磷酸氢钙制备中的应用。
原饲料级磷酸氢钙制备中，采用碳酸钙和石灰乳两级脱氟剂脱氟，实施例中，将纳米级钙基活性复合碱作为碳酸钙和石灰乳的替代品原位加入工艺流程中。
实施例8
一种纳米级钙基活性复合碱在pH值调节中的应用。
为了对纳米级钙基活性复合碱进行物性表征和性能研究，采用实施例2所述纳米级钙基活性复合碱进行相关试验(如上述实施例5-8)和现场应用。
1、表征
如实施例2所述纳米级钙基活性复合碱：
外观：灰白色胶体状物质，质地细腻、致密，其澄清的水溶液为不透明乳白色、无嗅的液体；存放较长时间后，发生分层，上层清液呈微黄色，下层为粘稠状胶体物质。
溶解度：易溶于水，能溶于酸、甘油或氯化铵的溶液中。且溶于酸时释放大量的热。
密度：以比重瓶法测得其相对密度2.24。
熔点：以自动熔点仪测定其熔点为590℃。
pH：以pH计测得其pH值12.7，呈强碱性。
相对分子量：以膜渗透压法测得其相对分子量为37.05。
碱度：以酸碱滴定法测得其碱度为25-40％。
腐蚀性：有强腐蚀性。
酸不溶物：≤0.3％。
燃烧爆炸特性：无。
毒性：无。
2、性能研究
(1)碱度测试对比
使用0.1000mol/L盐酸溶液对各碱性药剂进行滴定，以甲基橙为指示剂，测定各自消耗的盐酸体积。
表1各碱性药剂盐酸消耗体积对比
由表1可知，纳米级钙基活性复合碱的碱度对比片碱、纯碱、石灰乳有明显的优势，可以替代片碱、纯碱、石灰乳等药剂的pH调节作用。
(2)污泥沉降比
污泥沉降比(SV)是指将混匀的曝气池活性污泥混合液迅速倒进1000mL量筒中至满刻度，静置沉淀30min后，则沉淀污泥与所取混合液之体积比为污泥沉降比(％)，污泥沉降比试验采用1000mL玻璃量筒作为沉淀柱，内径62mm，外径67mm，高450mm。以污水中除磷处理工艺为例。
污泥分别取自药剂为石灰和药剂为纳米级钙基活性复合碱的中试装置混合池的混合液，投加药剂量为达到污水处理要求的投加量。当混合液污泥浓度低，则先在量筒中沉淀1次，得到浓缩的污泥。将上述浓缩后的污泥分别放置在不同的量筒中，保持两个量筒污泥量一致，注入中试装置的出水至1000mL刻度，曝气搅拌均匀后沉降，5min和30min分别读数，读数为V mL，SV＝(V ml/1L)×100％。平行三组实验，结果取平均值。沉降比SV30结果如表2所示。
表2 石灰与纳米级钙基复合碱处理磷废水的污泥沉降比
表2数据说明，在污泥形成初期，纳米级钙基复合碱所产生污泥沉降不明显，在污水除磷工艺中，尤其是高磷废水的除磷工艺中，使用纳米级钙基复合碱不易沉淀和挂壁，也有利于减少板结。而污泥沉降后期，纳米级钙基复合碱所产生污泥沉降比基本与石灰形成污泥沉降比相当，当污泥处于污泥池中进行沉降时能够很好的进行污泥富集，有利于后续的处理。
(3)处理效果对比
分别使用分别投加10mL纳米级钙基复合碱(实施例2)和70mL石灰乳(0.1g/mL)对500mL含磷废水进行处理，每种药剂平行处理三次。
含磷废水水质数据如表3所示。
表3 含磷废水水质数据表
表4 投加10mL纳米级钙基复合碱处理含磷废水结果
表5 投加0.1g/mL Ca(OH)2乳70mL处理含磷废水结果
表4与表5数据显示，在除磷效果相当的情况下，纳米钙基复合碱使用体积要远小于石灰乳的使用体积。
(4)泥量对比
分别使用分别投加10mL纳米级钙基复合碱(实施例2)和70mL石灰乳(0.1g/mL)对500mL含磷废水进行处理，每种药剂平行处理三次。
含磷废水水质数据如表3所示。
所得泥量如表6所示。
表6 石灰乳与纳米级钙基复合碱处理磷废水的污泥沉降比
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表6数据显示，在除磷效果相当的情况下，分别投加10mL纳米级钙基复合碱(实施例二)和70mL石灰乳(0.1g/mL)对500mL含磷废水处理，纳米级钙基复合碱产泥量要远少于石灰乳产泥量，减泥量在60％左右。
3、应用案例
某磷废水处理站日实际处理能力为10000t/d，采用化学处理法对磷废水进行处理，由废水收集池、除氟反应池、两级高效澄清池、两级中和池、监护池组成。主要采用石灰作为污水处理的药剂。
在实际处理过程中存在以下问题：原料成本高，且消耗的Ca(OH)2粉剂量大；清淤困难。采用大颗粒Ca(OH)2乳进行除磷除氟，所产生的磷酸钙比重大、沉淀速度快，沉淀后易板结。淤积较严重、对管道和设备腐蚀较严重；Ca(OH)2乳需要现场配制，现场工作强度很大，现场工作环境差，安全性无保障，对现场管理人员要求高；维护成本较高。Ca(OH)2乳采用管道输送易堵塞，维护成本较高；泥量大，后续处理成本较高。
在处理结果基本一致的情况下，纳米级钙基活性复合碱投加量只有Ca(OH)2乳投加量的五分之一。尤其是在总磷去除方面，纳米级钙基活性复合碱投加量虽然只有Ca(OH)2乳投加量的五分之一，但是去除效果优于或等同于投加五倍Ca(OH)2乳后的去除效果，处理效果优异。
在处理结果基本一致的情况下，纳米级钙基活性复合碱与Ca(OH)2乳所产生的泥量差异较为明显，使用Ca(OH)2乳后，所产生污泥泥量大、杂质多。使用纳米级钙基活性复合碱处理后污泥泥量少、含磷量高，能有效提升了该工艺的磷处理能力，并通过提升污泥中磷的含量，使污泥具有了回收利用的价值。测试结果显示纳米级钙基活性复合碱产生的泥量比Ca(OH)2乳所产生泥量的减量百分比达到了60％，减泥效果显著。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种纳米级钙基活性复合碱，其特征在于，其原材料按重量百分比计，包括如下组分：
水 45%-70%
钙基物质 10%-25%
减水剂 0.5%-3%
表面活性剂 2%-4%
活性组分 8%-20%
催化剂 3%-8%；
所述减水剂为木质素磺酸盐、聚羧酸、萘磺酸盐、芳香族氨基磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛树脂的至少一种；所述催化剂为氢氧化钠和碳酸钠的组合，所述氢氧化钠和碳酸钠的重量比为1：1~3；所述活性组分为活性白泥、硅藻土、活性碳的组合，其重量比为5:3:2；
所述减水剂重量：表面活性剂重量：活性组分重量：催化剂重量比值为1：1.3：5：2.6；
所述表面活性剂为双-三甲基氯化铵与十二烷基二甲基溴化铵的组合，其重量比例为1:1.5-1:1；
所述纳米级钙基活性复合碱的制备方法包括以下步骤：
（1）取含水率符合要求的钙基物质为原料，根据原料的粒度情况，进行破碎至使原料粒径均匀，得到1.8μm-2.5μm钙基物质原料粉末；
（2）取按配方称取钙基物质原料粉末与按配方称取的减水剂置于搅拌器中在常温下初步混匀，加入配方所要求量取的水进行消化反应，得到混合物A；
（3）将混合物A与按配方称取的表面活性剂、按配方称取的活性组分置于搅拌器中在常温下均匀混合，混合均匀后过孔径为3-5mm的筛网，得到悬浮液A；
（4）将悬浮液 A与按配方称取的催化剂均匀混合，混合均匀后过孔径为200目以上的筛网，得到悬浮液B；
（5）将悬浮液B继续进行充分搅拌，达到乳化状态即得到成品纳米级钙基活性复合碱。
2.根据权利要求1所述的纳米级钙基活性复合碱，其特征在于，所述钙基物质为氢氧化钙粉末和/或氧化钙粉末；所述钙基物质的粒径＜3.2μm。
3.权利要求1-2任一项所述的纳米级钙基活性复合碱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取含水率符合要求的钙基物质为原料，根据原料的粒度情况，进行破碎至使原料粒径均匀，得到1.8μm-2.5μm钙基物质原料粉末；
（2）取按配方称取钙基物质原料粉末与按配方称取的减水剂置于搅拌器中在常温下初步混匀，加入配方所要求量取的水进行消化反应，得到混合物A；
（3）将混合物A与按配方称取的表面活性剂、按配方称取的活性组分置于搅拌器中在常温下均匀混合，混合均匀后过孔径为3-5mm的筛网，得到悬浮液A；
（4）将悬浮液 A与按配方称取的催化剂均匀混合，混合均匀后过孔径为200目以上的筛网，得到悬浮液B；
（5）将悬浮液B继续进行充分搅拌，达到乳化状态即得到成品纳米级钙基活性复合碱。
4.根据权利要求3所述的纳米级钙基活性复合碱的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，消化反应过程中搅拌转速为10~30r/min，搅拌时间为15~25min；和/或，消化反应的温度为90~110℃；和/或，步骤（3）中，搅拌速率为20~40r/min，搅拌时间为15~25min；和/或，步骤（5）中，搅拌速率为150~200r/min，搅拌时间为25~35min。
5.权利要求1-2任一项所述的纳米级钙基活性复合碱在含氟废水除氟或在含磷废水除磷中的应用。
6.权利要求1-2任一项所述的纳米级钙基活性复合碱在烟气除硫中的应用。
7.权利要求1-2任一项所述的纳米级钙基活性复合碱在饲料级磷酸氢钙制备中的应用。
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