水土改良剂及其组份的制备方法以及水土改良剂用于水质净化或土壤改良方法与流程

本发明涉及水处理领域中的一种净水剂，同时还涉及土壤改良领域中的一种土壤改良剂，具体涉及一种水土改良剂及其组份的制备方法以及水质净化或土壤改良方法。

背景技术：

一、水处理领域

随着近几年工业的迅速发展，水污染问题日益严重，水污染对人类的生存环境和身体健康造成越来越多的危害。采用净水剂对工业废水和城市生活废水等进行处理，是降低水污染、改善和保护水环境的重要手段。

由于各类废水(包含城市生活废水)体量大、成份复杂(特别是医药、农药和化工、印染、电镀等)不易处理，使净水剂的市场需求逐年增大，净水剂的品种也花样繁多。但这些净水剂仍有不少的问题：

1.原材料隐患

受到净水剂生产成本及应用成本等影响，多数净水剂的生产原料以经济适用为原则，导致净水剂的功能单一、使用范围受限，且受控的微量元素往往不达标(或接近极限值)。因此，当使用这些产品进行水处理时，会出现流程多、时间长、投放净水剂的品种以及配套所需的设备复杂、水中杂质此起彼伏、总体工艺相对繁琐的状况，需要几道工序才能完成净水过程。

2.固废物污染

几乎所有净水剂在净化水的过程中均会产生沉淀。并且，这些沉淀中除了包含净水剂自身的成份残留外，还包含了废水中已经被分解、降解的物质。目前，使用传统净水剂产生的沉淀被列为不可直接排放的物质，只有经过专门处理后才能按规定排放，或者只能排放到指定地点进行统一处理。所以，通常情况下处理废水的过程，实际上是将水中的污染物转化为固体污染物的过程，虽然完成了水质的净化，但必然会造成二次污染。

3.残余物污染

近年来，从国内外对水污染的调查与研究可知，人类发育异常、癌症发病率增高，与水中不同程度地残留的有毒、有害物质有关。一些影响人体内分泌系统的物质如酚、烷及有机农药等等，呈扩散性的污染水体，并通过饮用水或经食物链富集且危害于人体。使用对人体有潜在危害的原料制造净水剂，以及净水剂在净水的同时不可避免的残留于水中，是当前物化净水技术存在的普遍问题。比如，用聚丙烯酰胺处理饮用水可能会出现丙烯酰胺、用聚合氯化铝处理食品水可能会残留铝、用氯气消毒城市生活用水可能会有余氯等。

二、土壤改良领域

1.土壤改良

土壤改良是针对土壤的不良性状和障碍因素，采取相应的措施改善土壤性状、提高土壤肥力、增加作物产量以及改善人类生存土壤环境的过程。由于长期施用化肥、农药(杀虫剂)等导致土壤退化，或地块本身土壤贫瘠、干旱所致植物死亡而产生的沙漠化.石漠化、大量的土地荒漠、自然或因工业排放等人为因素造成的盐碱地等原因，需要治理土壤污染即土壤改良，以提高植物的成活率并使其健康生长。

2.改良方法

(1)施用改良剂，促进土壤形状或者结构变化，以提高肥力、固定表土、保护土壤耕层、防止水土流失；(2)脱盐技术、盐碱土.旱田的井灌技术、生物改良技术；(3)控制二氧化碳等废气排放，制止酸雨发展或对已经酸化的土壤进行改良来改善土壤肥力、增加其透水性、透气性；(4)采用免耕技术、深松技术来解决由于耕作不当造成的土壤板结、退化问题；(5)采取生物措施等将土壤中的重金属萃取出来或富集并搬运到植物指定部位等，使重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制、拮抗。

3.改良产品

(1)矿物类，主要有泥炭、褐煤、风化煤、石灰、石膏、蛭石、膨润土、沸石、珍珠岩和海泡石等；(2)天然、人工合成、半合成水溶性物质，天然的有秸秆类、多糖类物料、纤维素物料、木质素物料和树脂胶物质以及腐殖酸、沼渣等，人工的有碳酸钠、硝石灰、醋酸乙烯、马来酸类、聚乙烯醇类等；(3)有益微生物制剂类。

4.主要流程

在原水池中加入絮凝剂并进行一定的搅拌，静置一段时间后，取上清液添加适量的消毒剂，并进行一定的搅拌，静置一定时间后产生的成品达标后排放或循环利用；取沉淀添加适量的脱泥剂，并进行一定的搅拌，静置一段时间后进行废水处理有固废排放和干化固废外运。

5.主要缺陷

(1)在原有土地上覆盖异地好土，增加了运输成本和土方量，取土点土壤肥力下降；(2)天然改良剂效果单一，操作复杂，或不符合达标需要；(3)合成改良剂使用成本较高，中间产物有二次污染，或对生物、生态系统的影响不明；(4)其它改良剂使用成本高，难以普遍推广。

技术实现要素：

针对背景技术中水处理领域和土壤改良领域中存在的上述缺陷，提供一种同时具有净化水质功能和土壤改良剂功能的水土改良剂及其制备方法以及水土改良剂用于水质净化或土壤改良方法。

为实现上述技术效果，本发明采取的技术方案是：

一种水土改良剂，其特征在于，成份按重量比包括二氧化硅35～67份、高铁酸钾1～18份、海藻酸钠8～29份、1#物质10～21份,所述的1#物质成份按质量百分比为丙烯酸30％、去离子水48.56％、亚硫酸氢钠4.5％、过硫酸铵0.06％、氢氧化钠16.88％,粒度≥300目。

进一步，所述二氧化硅为食品级或医药级或饲料级、粒度≥300目。

进一步，所述高铁酸钾为食品级或者医药级，粒度≥400目。

进一步，所述海藻酸钠为食品级，粒度≥300目。

进一步，所述二氧化硅、高铁酸钾、海藻酸钠、1#物质均为工业级。

进一步地，所述的水土改良剂的1#物质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.按质量百分比称取丙烯酸30％、去离子水48.56％、亚硫酸氢钠4.5％、过硫酸铵0.06％、氢氧化钠16.88％；

b.将质量百分比为9.00％的去离子水置入反应釜，加热至64.75±0.25℃之间，加入亚硫酸氢钠搅拌至完全溶解；

c.在3小时内滴加全部的丙烯酸和过硫酸铵，之前，以3％去离子水溶解0.06％过硫酸铵，滴加时搅拌速度为120r/min；

d.滴加全部的丙烯酸和过硫酸铵后，继续搅拌3h；

e.将全部氢氧化钠用余下的去离子水配制成30％氢氧化钠溶液，并在搅拌的情况下加入反应釜使其pH为7.25±0.25；

f.搅拌烘干得1#物质粉末。

进一步地，所述的1#物质的制备方法中丙烯酸、去离子水、亚硫酸氢钠、过硫酸铵、氢氧化钠，均选用食品级，或，部分或者全部选用工业级。

所述1#物质的所有原料均选用食品级，除非：水土改良剂用于水质处理(含水处理过程中产生的固体再利用)不涉及食品水、饮用水和江河湖泊等大水体的水和土壤，以及用于土壤改良时不涉及粮食、瓜果蔬菜等食物种植、禽牧水产养殖的水和土壤；优选的，1#物质部分或者全部选用工业级原料者，在使用水土改良剂时必须符合国家标准规定的、触及的相关限值。

用于危险废物处理(含有毒、有害物质以及被列为危废物质的水质处理和土壤处理)时，所述海藻酸钠、高铁酸钾、二氧化硅和1#物质的原料选择可根据需求选用为工业级。

一种水土改良剂用于水质净化的方法，其特征在于，步骤包括：

a.所述水土改良剂按水体总量的0.03％～5％投入到水中并立即搅拌(其速度为120±10r/min)；

b.搅拌1～3min、停顿3～5min、再搅拌1～3min、静置3～20min；

c.上清液水质达净化要求后可达标排放或复用。

一种水土改良剂用于土壤改良的方法，其特征在于，步骤包括：

a.用灌溉或其他方法使得被处理土壤含水量在10％～65％，或，选择被处理土壤含水量在10％～65％之间；

b.将水土改良剂按土壤总量的0.03％～5％投入到被处理的土壤中并立即慢速拌和3～15min形成土壤团粒(粒径为3～12mm)；

c.种植草本植物铺设团粒厚度2～20cm，或，种植地下果实作物铺设团粒厚度10～40cm，或，种植木本植物根据种植穴铺设或铺设团粒厚度8～80cm；

d.经改良的土壤在6～48个月期间免予另外施肥(只需按原种植方法正常追肥即可)。

本发明的原理如下：

一、水质净化方面

⑴经改性后的、超细、带电的十六面体二氧化硅对水中高分子有机物、悬浮物等主动进行吸附，且在吸附过程中自身孔隙被水中杂质填充的同时替换出微量空气使水体的溶解氧增加。⑵水中重金属离子以及大体积物质则被二氧化硅以“包裹”、“附着”方式结合在一起絮凝、沉降。只有对“包裹”进行外部加热或施以化学方法才能将重金属离子分离出来，分离团粒中的重金属离子更为困难。⑶高铁酸钾能杀菌、消毒、降低化学需氧量和生化需氧量，超细粒的体积使其快速溶解并极速生效。⑷二氧化硅为水不溶物但对水中杂质有很好的吸附能力，其粒径的大小决定吸附时间为高铁酸钾反应之后。⑸由海藻酸钠和1#物质构成的絮凝组份能够快速沉降微粒物质，使水体起到“自滤”和上清液被净化的作用，通过设置海藻酸钠、1#物质的粒径使之在二氧化硅完全发挥吸附作用后再产生絮凝、沉降作用。⑹依据本发明所述方法制备所得的水土改良剂，以二氧化硅和高铁酸钾与海藻酸钠及1#物质进行复混，可对水中高分子有机物进行吸附而且还能快速杀菌消毒、快速絮凝沉降微粒物，起到净化水质的作用。

二、土壤改良方面

⑴二氧化硅本身为天然非金属矿物质，经改性后具有孔隙储藏空气、孔隙储存水份、自身松散超级细小等特点，是优良的储水剂(对板结的土壤而言是理想的分散剂)；⑵高铁酸钾具有杀菌消毒、降解重金属等作用。⑶海藻酸钠和1#物质按其重量以所述比例搭配使用，有增稠、保湿的功能，且对具有一定水份的泥土(淤泥、净水过程中产生的沉淀)等细粒物质在拌和条件下经超细二氧化硅的参与、混合能够形成适合植物生长以及可以用于改良土壤的团粒；⑷海藻酸钠和1#物质与二氧化硅在一起产生的共聚作用通过时间、空间和度，形成多维一体的蓄势物质，使本发明所述的水土改良剂具有分散板结土壤、使松散沙质土壤结团、土壤吸水与缓释水份、缓释营养等功用。

本发明的创新点在于：

1.在净水技术方面，简便易行、效率高、效果好。通过自带电荷、多面晶体、纳米粒度、高分子材料等复混组合，集“吸附、混凝、消毒、沉淀、自滤”于一体，对水中物质予以有效分离从而达到和实现快速、深度净化水质的目的。一次性添加所述改良剂即完成水质净化全过程，具有操作简单、使用方便、对设施设备要求不高的特点。而其它净水剂净化水的过程，需要絮凝剂及杀菌剂、脱水剂配合使用，且分别投加才能完成净水过程，对净水系统要求有三套以上完全独立的设备，总体工艺(含设施、设备)较为复杂。

2.净水过程无固废产生、无二次污染。任何净水剂在净化水的过程中都会产生沉淀。本发明所述水土改良剂从配方开始就按用途严格选用相应等级的原料，其净水过程产生的沉淀无毒、无害，为进一步将沉淀加工为再生土奠定了基础。

3.对含有一定水份的土壤(如稀泥、淤泥或净水时产生的沉淀等)投加所述改良剂并进行匀速拌和时，会出现水份干枯、泥质固化、最终形成团粒土的结果。这些团粒土在自然条件下可吸收水份(或释放已吸收的水份、释放养份)，且在非完全被水浸泡时可设置为1～4年的“呼吸期”(浸泡情况下团粒变成散状的时间为5～14天)，有宜于种植和土壤改良。由此，本发明弥补了其它净水沉淀不可立即再生使用而导致产生新的固废的缺陷。只要是原水不含有毒、有害物质，经本发明改良剂进行水质净化所产生的沉淀物，可通过投加水土改良剂就能够转化为具有保湿、缓释等功能的再生土，实现废水处理固废零排放。

4.在土壤改良方面，特别是在被污染的水渠、水库、江河、湖泊等治理方面，可将淤泥通过造粒后直接用于种植，从技术上填补了“富含厌氧菌无氧淤泥无法栽种经济作物”的空白。对于不含有毒、有害物质的淤泥、沉淀经改良后可达到国家规定的“粮食作物种植土”等相关标准。

总之，本发明的有益效果为：

1.本发明提供的水土改良剂为绿色环保高分子有机物，其中：二氧化硅为天然非金属矿物质、海藻酸钠为食品提取物、高铁酸钾和1#物质为高分子化合物。

2.本发明所述水土改良剂能够对净水过程中产生的沉淀进行驯化，使之成为再生土，即安全又环保，变废为宝，实现水质处理固废零排放的目标。

3.对于不含有毒、有害物质的水质、淤泥(含水处理产生的沉淀)，经本发明所述水土改良剂处理后可通过氧化、分解、包裹等方式对镉、铅、砷等重金属离子、有毒有害物质进行一定程度的去除或者降解。同时，还可对致病菌、大肠杆菌、伤寒杆菌及病毒等有灭杀作用(去除率85％以上的)。

4.本发明所述水土改良剂能够对淤泥进行造粒，从技术上填补了“富含厌氧菌无氧淤泥无法栽种经济作物”的空白。

附图说明

图1为本发明技术工艺流程简图；

图2为本发明水处理及土壤改良工艺流程图；

图3为本发明土壤改良工艺流程；

图4为现有技术水处理工艺流程；

图5为现有技术土壤改良工艺图。

具体实施方式

本发明提供一种除了能够净化水之外，同时还具备改良土壤且无残余物污染的水土改良剂及其组份的制备方法以及水质净化或土壤改良方法，下面结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：水土改良剂的制备所述水土改良剂的成份，按重量比包括二氧化硅35～67份、高铁酸钾1～18份、1#物质10～21份、海藻酸钠8～29份。所述1#物质的制备方法为：a.按质量百分比称取丙烯酸30％、去离子水48.56％、亚硫酸氢钠4.5％、过硫酸铵0.06％、氢氧化钠16.88％；b.将质量百分比为9.00％的去离子水置入反应釜，加热至64.75±0.25℃之间，加入亚硫酸氢钠搅拌至完全溶解；c.在3小时内滴加全部的丙烯酸和过硫酸铵,之前，以3％去离子水溶解0.06％过硫酸铵，滴加时搅拌速度为120r/min；d.滴加全部的丙烯酸和过硫酸铵后，继续搅拌3h；f.将全部氢氧化钠用余下的去离子水配制成30％溶液，并在搅拌的情况下加入反应釜使其pH为7.25±0.25；f.搅拌烘1#物质粉末；g.所述1#物质的所有原料均选用食品级。

除非：水土改良剂用于水质处理(含水处理过程中产生的固体再利用)不涉及食品水、饮用水和江河湖泊等大水体的水和土壤，以及用于土壤改良时不涉及粮食、瓜果蔬菜等食物种植、禽牧水产养殖的水和土壤；⑼1#物质部分或者全部选用工业级原料者，在使用水土改良剂时必须符合国家标准规定的、触及的相关限值。

1#物质、海藻酸钠为食品级、粒度≥300目。所述高铁酸钾为食品级或医药级、粒度≥400目。

所述水土改良剂的制备方法，其特征在于，高铁酸钾、海藻酸钠、1#物质采用干粉气流床粉碎、气流分级，粉碎温度≤70℃；二氧化硅、高铁酸钾、海藻酸钠、1#物质在常温、常压下，按80r/min～250r/min的速度混合，其混合时间≥25min。

所述水土改良剂分为三个组份：水土杀菌组份、分散吸附组份、絮凝增稠组份；在使用过程中第一时间水土杀菌组份进行杀菌消毒，第二时间分散吸附组份进行吸附包裹，第三时间絮凝增稠组份进行絮凝增稠。

实施例2：水质净化方法

所述水土改良剂用于水质净化的方法、步骤包括：⑴所述水土改良剂按水体总量的0.03％～5％投入到水中并立即搅拌(或曝气)；⑵搅拌1～3min、停顿3～5min、再搅拌1～3min、静置3～20min；⑶上清液水质达到净化要求，可达标排放或回收复用。

净化方法:一次性投加、搅拌即完成净水，继续向沉淀投加、拌和完成固废利用。

实施例3：土壤改良方法

所述水土改良剂用于土壤改良的方法、步骤包括：⑴用灌溉或其他方法使得被处理土壤含水量在10％～65％，或，选择被处理土壤含水量在10％～65％之间；⑵将水土改良剂按土壤总量的0.03％～5％投入到土壤中并立即慢速拌和3～15min出现团粒(粒径为3～12mm)；⑶种植草本植物铺设团粒厚度2～20cm、种植地下果实作物铺设团粒厚度10～40cm、种植木本植物可根据种植穴铺设或铺设团粒厚度8～80cm；⑷经改良的土壤在6～48个月期间可免予另外施肥(只需按原种植方法正常施肥即可)。

土壤改良剂品种多，需按土质选择、耕作、施肥才能体现改良效果。改良土壤为种植用土壤与加入水土改良剂的沉淀物混合。改良土壤中需添加部分肥料、保水剂及杀菌杀虫剂。

土壤改良方法：一次性投加、搅拌即完成土壤改良。

实施例4：使用实例

某自来水厂将总水量约为30,000m3的水库水净化后作为城市自来水，其中自来水1#生产线设计净化能力150m3/h。水库水为pH＝6.5、水体呈淡黄色、可见悬浮物、沙虫等，净化后须达到饮用水标准。

水质净化：⑴经测试，该水库水质使用本发明所述水土改良剂最佳用量为0.025％；⑵自来水产量为150m3/h，从理论计算可知，螺旋干粉投料机的转速将设定为22～35r/min(实际设置为30r/min，投加速度1.84g/s)；⑶所述水土改良剂通过螺旋干粉投料机进入水体后随水流自然混合，约30s水体出现絮状物、50s絮状物缓慢沉淀，10min后流进沉淀池、25min后流进清水池；⑷在清水池取样化验，各项指标均达到饮用水标准。

土壤改良：⑴将上述净水过程中产生的沉淀通过螺旋叠螺机进行污泥脱水，得到含水量为35％的泥块；⑵将本发明所述水土改良剂按泥块重量比1.5％添加到泥块中，使用托盘式造粒机旋转拌和5min后得到粒径为2～8mm的团粒土；⑶将团粒土取样化验，各项指标均达到再生土相关标准。

应当理解：公开上述内容是为了介绍本发明(不用于限定本发明)，任何人员在不脱离本发明的精神和范围，都可以利用本发明所揭示的内容及方法，对本发明的技术方案做出可能的变动(或修改)。因此，凡是未脱离本发明技术原理的方案，或者依据(或参照)本发明的实质做出的模仿、修改、掩饰，均属于本发明技术方案的保护范畴。