CN1817803A - 一种生态安全型天然复配絮凝剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生态安全型天然复配絮凝剂，利用含硅酸盐类的天然材料，按一定比例和一定次序，与无机铁盐进行复配，可达到对味精废水进行有效的絮凝处理。其中，含硅酸盐类的天然材料涉及自然界广泛存在的黑土、棕壤、红壤和火山岩渣等，为该复配絮凝剂的主要成分，因而使其具有最大的生态安全性能。另一方面，为了增强复配絮凝剂的絮凝性能，加入一定比例的无机铁盐为辅助成分，并加入碱性物质进行酸碱调节。使用方法为：(1)先向味精废水中加碱性物质调节pH值；(2)加入含硅酸盐类的天然材料快速搅拌，进行絮凝复配；(3)在快速搅拌后，再加入适量无机铁盐进行辅助絮凝。采用本发明高效、经济、生态安全性好，对环境无二次污染。

Description

一种生态安全型天然复配絮凝剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种新型的具有最大生态安全性能的絮凝剂及其复配方法，以及在味精等高浓度有机废水治理中的应用；此外，还可应用于城市给水中。

背景技术

味精废水是一种高浓度的有机废水，其COD高达10000-80000mg·L^-1，且具有高铵态氮、高硫酸根、低pH值等特点，一直没有一种很好的处理方法，是目前水处理难题之一。我国现有94家味精厂，1997年产量达63.1284万吨，已超过世界产量的一半。然而，每生产1t味精将产生25-30m³的高浓度有机废水。据统计，每年将产生上亿吨以上的高浓度有机废水。由于此种废水处理难度大，处理成本高，导致有许多味精厂废水直接排放，给我国水环境带来严重污染。从20世纪70年代，我国早已开展了针对味精废水净化处理的研究，但至今尚未有很大突破。其关键问题是味精废水具有污水量大，富含NH₄ ⁺-N、高COD、高SO₄ ^2-、多种氨基酸和有机酸、低pH值等特点，使它很难得到降解，不容易达到排放标准。

当前，常用的处理味精废水的方法主要有：物理法、化学法、物理化学法、生物法。

1、物理法  我国味精废水处理主要使用的物理方法有蒸发浓缩法和离心分离法。

2、化学法  化学法的处理对象主要是废水中无机的和有机的溶解物质或者胶体物质。在味精废水处理中，常用的主要有：絮凝法、中和-化学沉淀法等。其中，絮凝法是一种广泛使用的水处理技术，在给水、废水处理中均发挥着十分重要的作用。絮凝剂的选择很重要，目前常用絮凝剂分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类：1)无机絮凝剂常用的有铁盐、铝盐絮凝剂。例如，深圳大学化学系采用碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁和氢氧化钙等无机絮凝剂对谷氨酸发酵液的絮凝进行了研究，结果表明，单纯的无机絮凝剂，即使配合助凝剂，絮凝效果也不理想，难以满足实际应用的要求。2)有机絮凝剂一般比无机絮凝剂处理效果要好，但不同种类的絮凝剂对操作条件的要求不同，絮凝效果也有所差异。例如，上海大学环境系采用羧甲基纤维素钠、木质素和聚丙烯酸钠进行絮凝实验，三种絮凝剂在酸性条件下絮凝效果相对较好，但单独使用羧甲基纤维素钠或木质素作为絮凝剂时预处理效果不佳，其COD去除率分别只有18.4％和23.5％，在生产实际中几乎没有使用的可能。尽管聚丙烯酸钠的处理效果相对较好，但COD去除率也只有36.0％。

3、物理化学法  主要包含有吸附法、萃取法、膜析法、蒸馏、结晶等。其中，处理味精废水常用的吸附剂有活性炭、生石灰、壳聚糖和改性膨润土等。采用吸附法处理味精废水，吸附剂价格昂贵，对进水的预处理要求高，维护难度大，吸附剂的再生也是一个较难解决的问题。例如，王永杰等人采用壳聚糖处理味精废水，结果表明，壳聚糖处理味精废水最合适的pH值在7-11之间；壳聚糖对温度变化不敏感，性质稳定，在5-35℃温度范围内，壳聚糖絮凝沉降性能变化不大；壳聚糖的絮凝效果随浓度的增加而提高。但因絮凝剂本身价位较高未能得到很好推广。因此，该方法一般主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。

4、生物法  目前用于味精废水的主要生物处理法有厌氧生物处理法和好氧生物处理法。其中，厌氧生物处理法是在无氧的情况下，借助兼性厌氧菌和专性厌氧菌的作用，对废水中的有机物进行分解的生物处理法，其优点在于：能耗低，可回收生物能源(沼气)，每去除单位重量底物产生的微生物(污泥)量少，具有较高的有机物负荷的潜力；而主要的缺点包括：处理后出水的COD值较高，处理后出水的SO₄ ^2-值较高，水力停留时间较长，产生臭气，造成二次污染。好氧生物处理法一般不直接处理发酵废液，只是作为整个处理流程的后续处理手段，使废水最终达到排放标准，目前较常用的有SBR法。

从味精废水处理的整体来看，不难发现，味精废水处理正由单一的物理、化学和生物法，向多种方法综合处理发展，如物理-化学-生物法、物理-生物法、化学-生物法等。在化学法中所用的絮凝剂正由低分子型向高分子型发展、由单一型向复合或复配型发展。目前研究热点是针对味精污水处理成本高，易带来二次污染，考虑到生态安全性和应用性，需研制一种高效、经济、生态安全性能好的絮凝剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在味精废水以及类似高浓度有机废水处理中的新型生态安全复配絮凝剂及其复配方法和使用方法。

本发明的技术方案是：

一种生态安全型天然复配絮凝剂，它含有硅酸盐类天然材料的一种或几种，以上述含有硅酸盐类天然材料为主体，以占含有硅酸盐类天然材料重量的1％-5％的无机铁盐物质为辅助成分。

所述含硅酸盐类的天然材料，包括自然界广泛分布的黑土、棕壤、红壤和火山岩渣中的一种或几种。

所述的无机铁盐物质为聚合氯化铁、聚合硫酸铁中的一种或几种。

所述的生态安全型天然复配絮凝剂，还包括占含硅酸盐类的天然材料重量的10-20％的碱性物质。

所述的碱性物质是氢氧化钙、氯化钙、氢氧化钠、石灰石和石膏中的一种或几种。

一种生态安全型天然复配絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

1)选择含有硅酸盐类为主体的天然材料的一种或几种进行混合；

2)将含有硅酸盐类为主体的天然材料进行筛选、干燥、碾磨成粒度为1-200目的颗粒，备用；

3)选择无机铁盐中的一种或几种进行混合；

4)选择碱性物质中的一种或几种进行混合。

一种生态安全型天然复配絮凝剂的使用方法，先加入含有硅酸盐类天然材料剧烈搅拌絮凝后，再加入无机铁盐进行辅助絮凝沉淀，包括如下步骤：

1)先用所选择的碱性物质调节味精污水的pH值于4-7之间；

2)根据不同水质，将含有硅酸盐类天然材料按规定的数量以粉末状直接添加，标准添加量以相当于污水中化学需氧量的10-30％为基准；

3)在转速为80-140转/分钟下快速搅拌1min-5min；

4)根据不同水质，加入所选的无机铁盐物质，其标准添加量以占含有硅酸盐类天然材料重量的1％-5％为基准；

5)先在转速为80-140转/分钟下快速搅拌1min-10min，后在转速为40-80转/分钟下中速搅拌5min-10min，再在转速为10-40转/分钟下慢速搅拌10min-30min，后静置沉降15min-2h；

6)处理后的废水排入生化池，实现复配絮凝剂与水的固液分离。

本发明中，以含有硅酸盐类为主体的天然材料，其中含有一定数量的有机质及矿物质，在pH为4-7范围内的污水中均有效发挥作用，通过交换、吸附、凝集、固定固化等反应分离净化污水中的污染物。存在于含有硅酸盐类为主体的天然材料中的其他微量元素，随着时间的推移会在污水中析出，并在溶解氧、酸根离子共同作用下使污水中的可溶性污染物发生化学反应，生成难溶于水的凝固体，使水质得到净化。以有硅酸盐类为主体的天然材料可以为黑土、棕壤、红壤和火山岩渣等，可单独或混合使用。

本发明中加入的无机铁盐物质可使味精污水中的有机物通过发挥其网捕和架桥等特性，加速污染物的凝集、固定和转化，使水体中微小颗粒和污染物凝集形成絮凝体。

本发明中加入的碱性物质，如氢氧化钙、氯化钙、氢氧化钠、石灰石、石膏等一种或几种，主要目的是可起到中和、凝集污水中的游离的酸性物质，调节pH值的目的，同时还起到絮凝助剂的作用。

综上所述，本复配絮凝剂的特征是由含有硅酸盐类天然材料为主体、无机高分子铁盐物质和一定量碱性物质按照一定比例调配而成的复配型絮凝剂，用于味精污水以及相类似高浓度有机污水的治理。

本发明的有益效果是：

味精废水以及相类似高浓度有机污水中加入这类复配絮凝剂后，能迅速凝集、分离污水中高浓度有机物质，COD被有效去除，并且显著降低污水处理成本，减少二次污染，获得中性处理水。采用本发明中的制备技术降低了无机高分子铁盐絮凝剂的用量，降低了无机高分子铁盐絮凝剂对处理水的毒性，同时大大减少了对水处理设备的腐蚀性。污水处理工艺稳定、简捷，在污水处理过程中无二次污染，提高了处理后水质的生态安全性。本发明是一种高效、经济、生态安全性好的新型复配絮凝剂，将在味精等污水处理中起到重要的作用。

具体实施方式

本发明提供了一种新型生态安全复配絮凝剂，含硅酸盐类的天然材料，主要涉及自然界广泛分布的黑土、棕壤、红壤和火山岩渣等中的一种或几种。

本发明提供了一种新型生态安全复配絮凝剂，上述含硅酸盐类的天然材料为主体的1％-5％(重量百分数)无机铁盐一种或几种作为辅助絮凝组分，根据待处理污水的水质不同，采用不同比例和不同组分加入次序的配方。上述含硅酸盐类的天然材料为主体的10-20％(重量百分数)的碱性物质，如氢氧化钙、氯化钙、氢氧化钠、石灰石和石膏等一种或几种。

本发明提供了新型生态安全复配絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

1、选择上述含有硅酸盐类为主体的天然材料的一种或几种进行混合。

2、将含有硅酸盐类为主体的天然材料进行筛选、干燥、碾磨成粒度为1-200目的颗粒，备用。

3、选择聚合氯化铁和聚合硫酸铁等无机铁盐中的一种或几种进行混合。

4、选择碱性物质：氢氧化钙、氯化钙、氢氧化钠、石灰石、石膏等一种或几种进行混合。

使用方法：

(1)先用所选择的碱性物质调节味精污水的pH值于4-7之间。

(2)根据不同水质，天然材料按规定的数量以粉末状直接添加。标准添加量以相当于污水中化学需氧量(COD)的10-30％(重量百分数)为基准。

(3)快速搅拌(80-140转/分钟)1min-5min。

(4)根据不同水质，加入所选的无机铁盐物质，其标准添加量以占含有硅酸盐类天然材料重量的1％-5％为基准。

(5)先快速搅拌(80-140转/分钟)1min-10min，后中速搅拌(40-80转/分钟)5min-10min，再慢速搅拌(10-40转/分钟)10min-30min，后静置沉降15min-2h。

(6)处理后的废水排入生化池，实现复配絮凝剂与水的固液分离。

实施例1

本发明以黑土、聚合硫酸铁、氯化钙为原料。其中黑土为主要成分，聚合硫酸铁为辅助絮凝剂，氯化钙为pH值的调节剂及絮凝助剂。黑土与聚合硫酸铁的质量比为20∶1。

其制备方法为：

(1)用氯化钙调节味精污水pH值到6.0左右。

(2)将已制备好的黑土以污水化学需氧量(COD)的30％为基准加入到污水中，进行快速搅拌5min左右(80-140转/分钟)。

(3)将聚合硫酸铁加入。

(4)先快速搅拌(80-140转/分钟)3min，后中速搅拌(40-80转/分钟)10min，再慢速搅拌(10-40转/分钟)15min，后静置沉降45min。

(5)静沉45min后，取其上清液测定浊度。

采用本发明实施例1处理味精污水，其浊度去除率为95.12％。在相同条件下，单独加入相同剂量的聚合硫酸铁絮凝剂处理味精污水，其浊度去除率仅为84.39％。从以上比较实验可以看出，采用本发明处理味精污水，浊度去除率高，絮凝剂用量少，污水处理成本大大降低，处理效果优于现有各种市售絮凝剂。

实施例2

与实例1不同之处在于：原料以棕壤为主要成分，以聚合氯化铁代替聚合硫酸铁。

其制备方法为：

(1)用氯化钙调节味精污水pH值到4.0左右。

(2)将已制备好的棕壤以污水化学需氧量(COD)的25％为基准加入到污水中，进行快速搅拌(5min左右)。

(3)将聚合氯化铁加入。

(4)先快速搅拌(80-140转/分钟)3min，后中速搅拌(40-80转份钟)10min，再慢速搅拌(10-40转/分钟)15min，后静置沉降45min。

(5)静沉45min后，取其上清液测定浊度。

采用本发明实施例2处理味精污水，其浊度去除率为92.13％。在相同条件下，单独加入相同剂量的聚合氯化铁絮凝剂处理味精污水，其浊度去除率仅为80.09％。

实施例3

与实例1不同之处在于：原料以火山岩渣为主要成分，火山岩渣与聚合硫酸铁的质量比为25∶1。

其制备方法为：

(1)用氯化钙调节味精污水pH值到7.0左右。

(2)将已制备好的火山岩渣以污水化学需氧量(COD)的25％为基准加入到污水中，进行快速搅拌(5min左右)。

(3)将聚合硫酸铁加入。

(4)先快速搅拌(80-140转/分钟)3min，后中速搅拌(40-80转/分钟)10min，再慢速搅拌(10-40车转/分钟)15min，后静置沉降45min。

(5)静沉45min后，取其上清液测定浊度。

采用本发明实施例3处理味精污水，其浊度去除率为85.14％。在相同条件下，单独加入相同剂量的聚合硫酸铁絮凝剂处理味精污水，其浊度去除率仅为78.21％。

实施例4

与实例1不同之处在于：黑土与聚合硫酸铁的质量比为30∶1。

其制备方法为：

(1)用氯化钙调节味精污水pH值到6.0左右。

(2)将已制备好的火山岩渣以污水化学需氧量(COD)的30％为基准加入到污水中，进行快速搅拌(5min左右)。

(3)将聚合硫酸铁加入。

(4)先快速搅拌(80-140转/分钟)3min，后中速搅拌(40-80转/分钟)10min，再慢速搅拌(10-40转/分钟)15min，后静置沉降45min。

(5)静沉45min后，取其上清液测定浊度。

采用本发明实施例4处理味精污水，其浊度去除率为90.65％。在相同条件下，单独加入相同剂量的聚合硫酸铁絮凝剂处理味精污水，其浊度去除率仅为78.21％。

本发明利用含硅酸盐类的天然材料，按一定比例和一定次序，与无机铁盐进行复配，可达到对味精废水进行有效的絮凝处理。其中，含硅酸盐类的天然材料涉及自然界广泛存在的黑土、棕壤、红壤和火山岩渣等，为该复配絮凝剂的主要成分，因而使其具有最大的生态安全性能。另一方面，为了增强复配絮凝剂的絮凝性能，加入一定比例的无机铁盐为辅助成分，并加入氢氧化钙、氯化钙、氢氧化钠、石灰石和石膏等碱性物质进行酸碱调节。味精污水中加入本复配絮凝剂后，污水中高浓度有机物能迅速汇集分离，获得中性水。采用本发明处理污水，使污水处理成本大大降低，污泥量少，没有臭气产生。与此同时，还显著降低了无机铁盐絮凝剂对水处理设备的腐蚀性。处理后的污泥可进行干燥提菌蛋白，回收利用。此种新型生态安全复配絮凝剂高效、经济、生态安全性好，对环境无二次污染。

Claims (7)

1、一种生态安全型天然复配絮凝剂，其特征在于：它含有硅酸盐类天然材料的一种或几种，以上述含有硅酸盐类天然材料为主体，以占含有硅酸盐类天然材料重量的1％-5％的无机铁盐物质为辅助成分。

2、根据权利要求1所述的生态安全型天然复配絮凝剂，其特征在于：所述含硅酸盐类的天然材料，包括自然界广泛分布的黑土、棕壤、红壤和火山岩渣中的一种或几种。

3、根据权利要求1所述的生态安全型天然复配絮凝剂，其特征在于：所述的无机铁盐物质为聚合氯化铁、聚合硫酸铁中的一种或几种。

4、根据权利要求1所述的生态安全型天然复配絮凝剂，其特征在于：还包括占含硅酸盐类的天然材料重量的10-20％的碱性物质。

5、根据权利要求4所述的生态安全型天然复配絮凝剂，其特征在于：所述的碱性物质是氢氧化钙、氯化钙、氢氧化钠、石灰石和石膏中的一种或几种。

6、一种生态安全型天然复配絮凝剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)选择含有硅酸盐类为主体的天然材料的一种或几种进行混合；

2)将含有硅酸盐类为主体的天然材料进行筛选、干燥、碾磨成粒度为1-200目的颗粒，备用；

3)选择无机铁盐中的一种或几种进行混合；

4)选择碱性物质中的一种或几种进行混合。

7、一种生态安全型天然复配絮凝剂的使用方法，其特征在于先加入含有硅酸盐类天然材料剧烈搅拌絮凝后，再加入无机铁盐进行辅助絮凝沉淀，包括如下步骤：

1)先用所选择的碱性物质调节味精污水的pH值于4-7之间；

2)根据不同水质，将含有硅酸盐类天然材料按规定的数量以粉末状直接添加，标准添加量以相当于污水中化学需氧量的10-30％为基准；

3)在转速为80-140转/分钟下快速搅拌1min-5min；

4)根据不同水质，加入所选的无机铁盐物质，其标准添加量以占含有硅酸盐类天然材料重量的1％-5％为基准；

5)先在转速为80-140转/分钟下快速搅拌1min-10min，后在转速为40-80转/分钟下中速搅拌5min-10min，再在转速为10-40转/分钟下慢速搅拌10min-30min，后静置沉降15min-2h；

6)处理后的废水排入生化池，实现复配絮凝剂与水的固液分离。