专利名称：复合天然微孔材料污水处理剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对含有重金属离子和苯酚、胺等有机污染物污水的处理剂。
背景技术：
工业废水及城市生活污水的排放，造成了较为严重的环境污染，污水的治理已成为环境保护最重要的课题之一。现有的污水处理技术主要采用生物法、化学处理法、物理处理法。其中物理、化学法污水处理技术，虽然投资小、占地少、设备简单，但由于各种絮凝剂的添加，水层底部形成的浓液不能彻底分离取走，形成大量的污泥，最终排放时仍造成二次污染。且絮凝剂在污水处理过程中，只有絮凝作用，没有吸附作用，因此对有机物和氮的去除不理想。生物法(以活性污泥法较为常见)工艺较成熟，去除污水中的有机污染物及营养物质氮、磷等效果好，但COD去除率低、重金属离子去除效果差，且投资大、占地多、能耗高。同样产生大量污泥难于处理，仍易产生二次污染问题。另外还有活性污泥法的变种及改进方法，如普通曝气法、A-B法、A/O法、氧化沟法、SBR法等等，但建设与运行费用均较高，且均不能一次性回收污染物，污水的处理效果不佳，并且造成二次污染。造成上述缺点的主要原因，是现有的污水处理剂不能同时完成吸附、絮凝和过滤作用，过滤作用主要靠机械作用来完成；另外，现有的污水处理剂多为化工产品，材料比较昂贵，造成污水处理厂运营成本高，使得污水厂运营困难，一些污水处理厂处于停止状态。行之有效的方法是寻找适合污水处理的新型污水处理剂，这种污水处理剂，即可适应现有的污水处理工艺，又同时具备吸附、絮凝和过滤多重功能，并且应廉价易得。
本发明的目的在于提供一种具备吸附、絮凝、沉降、过滤多重功能的新型污水处理剂及其复合改性方法。这种污水处理剂是由天然微孔材料复合而成，材料来源广泛，成本低廉；可同时吸附有机污染物和金属离子；可适合现有的污水处理工艺，也可自成体系进行污水处理；因材料本身具有良好的过滤功能，污染物可压滤成饼，避免了产生大量污泥造成的二次污染。
发明内容
本发明针对现有污水处理工艺中，材料及工艺的运营成本高、同种工艺对重金属离子和苯酚、胺等到多种污染物较难同时高效去除、易造成二次污染等特点，选取了廉价且具有良好吸附性能的不同孔径天然微孔材料，作为吸附剂载体，并对微孔材料改性，制备出适合多种污水水质的污水处理剂，该污水处理剂可适合现有的污水处理工艺，也可自成体系进行污水处理，自成体系处理污水效果更好。
复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，包括重量百分比为50～70％的硅藻土，其粒度100nm～10μm；20～40％的沸石，其粒度40埃～1nm；0～15％的膨润土，其粒度10nm～50nm。
所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入重量百分比为0.10～0.30％的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；或者重量百分比为0.15～0.40％的四甲基溴化铵(TMAB)为或者CTAB和TMAB混合重量百分比为0.1～0.3％，二者比例为CTAB∶TMAB＝3∶2三种选择之一。
所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入SDS(十六烷基磺酸钠)和PAC(碱式氯化铝)混合重量百分比为1.0～5.0％，二者比例为SDS∶PAC＝1∶4。
所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入PFC(碱式氯化铁)为1.0～3.0％或者PAM(聚丙酰胺)为.001～0.005％，其百分比为重量百分比。
本发明根据上述三种天然微孔材料的特点(孔径及比表面积)来确定污水处理剂的组成，硅藻土微孔的孔径范围为100nm～10μm、比表面积为40～70m2/g，对小粒子的金属离子吸附性差，选择性吸附及各种污水水质的适应性较低，但过滤性能良好；膨润土(主要成份为蒙脱石)孔径范围为10nm～50nm，比表面积为100～180m2/g，处理细粒污染物较好，对金属离子及CN-吸附效果好，但有一定的粘性，过滤性较差；沸石孔径范围为40埃～1nm，比表面积为200～450m2/g，对重金属离子的选择性吸附及细菌的承载能力较强，比重较大。
对达到一定纯度的天然微孔材料，根据污水特性进行相应的改性与复合。
改性的目的，在于改善硅藻土孔内及表面的负电性；增加沸石、蒙脱石离子交换能力。
针对有机物含量较多的污水，进行CTMAB、TMAB改性。改性剂的组成含量，以天然微孔材料(三种微孔材料的复合)为100％计，其中CTAB为0.10～0.30％；或TMAB为0.15～0.40％；或二者组合，CTAB和TMAB混合总重量为0.1～0.3％，二者比例为CTAB∶TMAB＝3∶2。
针对重金属离子较多的污水，进行SDS+PAC改性复合，改性剂的组成含量，以天然微孔材料(两种或三种微孔材料的复合)为100％计，其中SDS和PAC总量为1.0～5.0％，二者比例为SDS∶PAC＝1∶4。
针对高悬浮物污水进行PFC+PAM复合改性，改性剂的组成含量，以天然微孔材料(两种或三种微孔材料的复合)为100％计，其中PFC为1.0～3.0％，PAM为0.001～0.005％。
针对处理含有多种污染物的污水，对具有不同孔径的硅藻土和沸石组成比例，作适当调整，其原则为离子性污染物多，沸石比例增高，污染物颗粒大硅藻土用量增大。
提供的复合天然微孔材料污水处理剂的制备方法，包括以下步骤(1)将重量百分比为50～70％硅藻土，20～40％的沸石，0～15％的膨润土，置于高速捏合机中，进行搅拌10～15分钟，其间加热至90～120℃；(2)按上述的复合天然微孔材料污水处理剂配制改性剂；(3)将配制好的改性剂加入到高速捏合机中，继续加热搅拌15～20分钟，其中CTAB、TMAB采用乙醇稀释；SDS用乙醇配制重量百分比浓度为40～45％的溶液；PAC、PFC、PAM采用干粉直接加入。
采用该污水处理剂处理污水的原理天然微孔材料污水处理剂，经加水预先搅拌后，加入到污水池中，在高速搅拌或吸污水的泵机叶片旋转下，分散于水体中，微孔污水处理剂表面的不平衡电位中和悬浮离子的带电性，使其相斥电位受到减弱，而与污水处理剂形成絮团或凝聚成大的絮花，由于材料巨大的比表面积、孔体积及较强的吸附力，能将污水中的微细物质吸附到微孔材料表面及孔隙内部。絮团颗粒借重力沉降作用迅速沉淀至池底，并与处理后的清洁水体分离，沉渣成饼状袋装取走。处理污水后获得的沉渣，可再利用或回收其中的微孔材料。
其基本作用为中和、絮凝、吸附、过滤等。
(1)中和作用 改性的天然微孔材料污水处理剂表面带有不平衡电位，在污水中能与带电污染物中和，打破原来的平衡电场，减弱带电污染物间的斥力，促使水中的带电污染物沉降聚拢，并附在微孔材料表面，借助重力沉降，与水体分离。
(2)絮凝作用 根据水质不同配制的天然微孔材料污水处理絮凝剂，在污水水体中能够较迅速地捕获污染物，以高效活性天然微孔污水处理剂为核心，形成牢固的絮凝团，借助高效活性天然微孔污水处理剂较大的比重沉降，与水体分离。
(3)吸附作用 高效活性天然微孔污水处理剂的纳米微孔结构，具有卓越的吸附能力，能把水体中的絮凝团、菌类、病毒和细微颗粒吸附到硅藻精土表面，形成较大的链式或团式结构，借助重力沉降分离。
(4)过滤作用 高效活性天然微孔污水处理剂在特定的装置设备中能形成一定厚度的渣层，污水必须经过该渣层才能排出，如同过滤啤酒一样，使污水中大的病毒、菌类、絮凝团、颗粒在此过程中被截获，随渣排出。
本发明的污水处理剂是由天然微孔材料进行加工研制的，材料廉价，污水处理运营成本低；天然微孔材料对水质具有良好的渗透性，污泥可压滤成饼，避免污泥的二次污染；不同孔径的天然微孔材料的组合对细菌、真菌、原生物等污染物的富聚作用，使污水处理剂在起过滤、絮凝作用的同时，可作为消化细菌等微生物的载体。对于处理难降解、难生化、含抗生素的污水治理效果显著。
具体实施例方式
实施例1称取2400g硅藻精土、1120g沸石(A型)、480g膨润精土，放入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续搅拌5分钟。分别称取6g和4g的CTAB和TMAB，倒入200ml烧杯中，加入无水乙醇20ml，溶解搅拌均匀后，加入到GRH-15高速捏合机中，再加热10分钟，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之一。
对含有苯酚、胺等为主的污水进行吸附处理，其中苯酚、胺的浓度均为50mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8％。污水处理剂与污水搅拌分散作用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为7-8，沉降过滤，分析上清液中苯酚、胺的含量。其中苯酚的去除率均为92％；胺去除率均为83％。
实施例2称取2000g硅藻精土、1400g沸石(A型)、600g膨润精土，放入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续搅拌5分钟。分别称取6g和4g的CTAB和TMAB，倒入200ml烧杯中，加入无水乙醇20ml，溶解搅拌均匀后，加入到GRH-15高速捏合机中，再加热10分钟，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之二。
对含有苯酚、胺等为主的污水进行吸附处理，其中苯酚、胺的浓度均为50mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8％。污水处理剂与污水搅拌分散作用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为7-8，沉降过滤，分析上清液中苯酚、胺的含量。其中苯酚的去除率均为90％；胺去除率均为85％。
实施例3称取2000g硅藻精土、1400g沸石(A型)、600g膨润精土，放入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续搅拌5分钟。称取40g SDS倒入200ml烧杯中，加入无水乙醇80ml，溶解搅拌均匀后，加入到GRH-15高速捏合机中，再称取160g PAC，加入到GRH-15高速捏合机中，再搅拌10分钟后，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之三。
对含有苯酚、胺等为主的污水进行吸附处理，其中苯酚、胺的浓度均为50mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8％。污水处理剂与污水搅拌分散作用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为7-8，沉降过滤，分析上清液中苯酚、胺的含量。其中苯酚的去除率均为89％；胺去除率均为82％。
实施例4称取2400g硅藻精土、1600g沸石(A型)，放入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续搅拌5分钟。称取40g SDS倒入200ml烧杯中，加入无水乙醇80ml，溶解搅拌均匀后，加入到GRH-15高速捏合机中，再称取160g PAC，加入到GRH-15高速捏合机中，再搅拌10分钟后，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之四。
对含有重金属离子Pb2+、Cd2+、Zn2+和Cr3+等的污水进行吸附处理，其中重金属离子浓度均为20mg/l，污水处理剂的用量为污水重量的0.8％。污水处理剂与污水搅拌分散作用30分钟后，期间采用氢氧化钠调节pH为8-9，沉降过滤，分析上清液中重金属离子含量。其中Pb2+、Cd2+P的去除率均为90％；Zn2+的去除率均为93％；Cr3+的去除率均为86％。
实施例5称取2800g硅藻精土、1200g沸石(A型)，放入GRH-15高速捏合机中，加热搅拌10分钟，待物料的温度升至95℃后，继续搅拌5分钟。分别称取80g的PFC和为2.0g PAM，加入到GRH-15高速捏合机中，再加热10分钟，取出即为复合改性天然微孔材料污水处理剂之五。
对污水沟的生活污水进行处理。污水的主要成份COD为586mg/l、BOD为254.43mg/l、SS为960mg/l、TN为43.60mg/l、TP为9.58mg/l；处理过程同实施2，氢氧化钠调节pH为7-8.5。其中COD去除率95.4％；BOD的去除率92.6％；SS的去除率为100％；TN的去除率78.7％；TP的去除率90.8％。
权利要求
1.复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，包括重量百分比为50～70％的硅藻土，其粒度100nm～10μm；20～40％的沸石，其粒度40埃～1nm；0～15％的膨润土，其粒度10nm～50nm。
2.根据权利要求1所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入重量百分比为0.10～0.30％的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；或者重量百分比为0.15～0.40％的四甲基溴化铵(TMAB)为或者CTAB和TMAB混合重量百分比为0.1～0.3％，二者比例为CTAB∶TMAB＝3∶2三种选择之一。
3.根据权利要求1所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入SDS(十六烷基磺酸钠)和PAC(碱式氯化铝)混合重量百分比为1.0～5.0％，二者比例为SDS∶PAC＝1∶4。
4.根据权利要求1所述的复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，还可以加入PFC(碱式氯化铁)为1.0～3.0％或者PAM(聚丙酰胺)为.001～0.005％，其百分比为重量百分比。
全文摘要
复合天然微孔材料污水处理剂涉及一种对含有重金属离子和苯酚、胺等有机污染物污水的处理剂。本发明克服现有污水处理工艺中，材料及工艺的运营成本高、同种工艺对重金属离子和苯酚、胺等到多种污染物较难同时高效去除、易造成二次污染等特点。复合天然微孔材料污水处理剂，其特征在于，包括重量百分比为50～70％的硅藻土，其粒度100nm～10μm；20～40％的沸石，其粒度40埃～1nm；0～15％的膨润土，其粒度10nm～50nm。本发明选取了廉价且具有良好吸附性能的不同孔径天然微孔材料，作为吸附剂载体，并对微孔材料改性，制备出适合多种污水水质的污水处理剂。该污水处理剂可适合现有的污水处理工艺，也可自成体系进行污水处理，自成体系处理污水效果更好。
文档编号C02F1/28GK1587082SQ20041008029
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者杜玉成, 潘险峰, 张久兴, 刘燕琴 申请人:北京工业大学