复合多糖生物絮凝剂的制备方法

专利名称：复合多糖生物絮凝剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及水处理剂的制备方法，特别是涉及复合多糖生物絮凝剂的制备方法。
背景技术：
水是人类生存、生活和生产不可缺少的宝贵资源，是农业的命脉、工业的动力和城 市的血液，为人类社会的繁荣与发展发挥着重要的支撑和保障作用。伴随着科技的进步和 经济的发展，人类对水的需求也逐渐增多，并不可避免的产生水环境污染问题。水资源短缺 与水污染严重造成的水危机，不但破坏生态平衡，导致水资源供需矛盾的进一步加剧，而且 会造成巨大的经济损失。可见，水危机不但严重困扰着国计民生，而且已经成为我国社会经 济发展的重要制约因素。目前我国水环境面临的问题分别是(一)主要污染物排放量远远 超过水环境容量。(二)江河湖泊普遍遭受污染。(三)生态用水缺乏，水环境恶化加剧。由于水环境问题很大一部分原因是由于生产、生活废水直接排放造成的，因此，生 产、生活废水处理及循环利用是治理水环境污染的重要措施，而在水处理技术领域，水处理 剂又是这个领域的重点。水处理剂通常指用于污水处理的化学药剂，该化学药剂用来消除及防止结垢、腐 蚀和菌藻滋生及进行水质净化，以达到节约用水和防止水源污染的目的。水处理剂包括凝 聚剂，用于去除原水中的机械杂质；阻垢剂用于防止结垢；缓蚀剂用于抑制腐蚀；杀菌剂用 于阻止有害微生物的滋生；清洗剂用于去除锈渣、老垢、油污等，其中，絮凝剂、凝聚剂占了 水处理剂总量的3/4，其中作为絮凝剂的聚丙烯酰胺(PAM)又占了絮凝剂、凝聚剂的1/2，其 余1/2为无机聚合物。然而，目前常用的水处理剂，例如无机铝盐及其聚合物以及聚丙烯酰胺单体的残 留，对人体健康和环境带来的危害已经愈来愈严重。因此，研发高效、无毒、无害、无二次污 染的水处理剂，不仅具有现实意义，而且具有长远的战略意义。在这方面，生物絮凝剂由于 它能自然降解，对人体和环境无任何危害，加上它分子中具有较长的主链和较多的活性基 因，因而受到全球科学工作者的青睐。但是，在我国生物絮凝剂还处在研发的初始阶段，至 今还未有成熟的产品上市，主要问题是第一、生产成本较高；第二、对某些污水絮凝效果 很好，但对另一些污水则处理效果并不满意。

发明内容
鉴于生物絮凝剂存在的上述问题，本发明提供一种复合多糖生物絮凝剂的制备方 法，包括以下步骤A10、将粘度为3000cpS lOOOOcps的多糖生物絮凝剂用碱溶液进行碱化处理，碱 化处理后该溶液中多糖生物絮凝剂的质量含量为4. 9% 9. 9%，碱的质量含量为0. 1. 0% ；A20、将无机铁盐溶液用氧化剂进行氧化，氧化后该溶液中铁含量为8.0 10. 0% ；
A30、将步骤A20获得的溶液逐步加入到步骤AlO获得的溶液中进行复合反应获得 复合多糖生物絮凝剂，该步骤中，两种溶液的配比为步骤AlO所得溶液中多糖生物絮凝剂 的质量与步骤A20所得溶液中铁含量的质量比为1 1 20，复合反应完成后所得溶液中 多糖生物絮凝剂的质量含量为0. 43 % 4. 7 %，铁含量为4. 7 % 8. 6 %。上述方法中，步骤AlO的具体处理过程为，将多糖生物絮凝剂调配成质量含量为 5 10%的溶液，搅拌并降温至20°C以下，然后加入质量百分比浓度为20% 25%的碱 溶液继续搅拌并保持温度20°C以下1小时，其中，多糖生物絮凝剂与碱溶液的质量比为 1 0. 02 0. 1。上述方法中，碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠溶液。上述方法中，搅拌速率为50 100转/分。上述方法中，步骤A20的具体处理过程为，先配制铁含量为10%的无机铁盐溶液， 再用浓硫酸调节pH至0. 8 1. 2，然后滴加浓度为30%的氧化剂溶液，继续搅拌30分钟， 无机铁盐溶液与氧化剂溶液的容积比为10 1，整个氧化过程应维持温度在30°C以下。上述方法中，氧化剂溶液的滴加速度为每分钟加入总容积的1/30 1/60。上述方法中，无机铁盐为硫酸亚铁或三氯化铁，氧化剂为过氧化氢或次氯酸钠。上述方法中，步骤A30中，温度为20°C 60°C，搅拌速率为50 80转/分，反应 时间为2 4小时。本发明，采用先进的高效酶法合成技术和循环再生工艺，将中国发明专利 CN101392280A, 一种制备多糖生物絮凝剂的酶学方法直接转化为大规模工业化生产，使生 产成本大幅降低，达到国内外客户完全能接受的水平；并采用复配的方法，利用无机铁盐， 尤其是硫酸亚铁，价格便宜以及良好的电中和脱稳作用以及多糖生物絮凝剂优异的架桥、 网捕、卷扫作用，将两者复配，实现两者在化学上和功能上的结合、互补，而且随着产品絮凝 效果的提高，污水处理的实际运行费用以及设备投资也将显著降低，更重要的是这种复合 的产品是真正无毒、无害、无二次污染的生物环保产品。具体地说，本发明具有以下优点(1)、絮凝效率高由于本发明利用无机铁盐的优良电中和脱稳特性以及多糖生物 絮凝剂的强大的架桥、卷扫作用，使本专利产品在污水处理中显示出絮凝颗粒大而结实，絮 凝形成快，沉淀速度也快而且污泥压缩性能也比单独使用者为佳。大量分析数据显示，其除 浊、脱色、降COD的效果显著优于无机铁盐、铝盐以及它们的聚合物。此外，它对若干污水还具有显著除磷、除氮的作用(详见应用实例)。(2)、适用范围广泛本专利产品对城市生活污水、污染的河道污水、多种工业废 水，例如味精废水，尤其是印染废水，包括极难处理的活性染料废水以及自来水原水都具有 极其良好的絮凝效果。(3)、经济实用本专利技术所采用的多糖生物絮凝剂系采用高产的酶学方法和循 环再生工艺，并已进行大规范工业化生产，成本可显著降低，而产品中的硫酸亚铁本身价格 极为低廉。另方面由于高效，故它们的用量也较单独使用时显著减少。可见，本专利实现两 种复合物质在功能和成本方面的互补效应。(4)、无毒、无害、无二次污染本发明中，多糖生物絮凝剂采用无细菌的酶法生产 和超滤膜纯化，纯度极高，而且可自然降解；而硫酸亚铁实际用量比单独应用时显著降低， 而且复合后的铁已转化为更安全的生物铁。可见本专利产品在污水处理过程中，对水质、土壤环境和人体健康并无任何危害。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作出详细的说明。本发明中所使用的多糖生物絮凝剂粘度范围自3000cps到lOOOOcps，其制备方法 采用中国发明专利CN101392280A，一种制备多糖生物絮凝剂的酶学方法进行。实施例一A10、将多糖生物絮凝剂进行碱化处理。具体方法，在IOOOml的三口烧瓶中加入质量百分比含量为10%、粘度为3000cps 的多糖生物絮凝剂500ml (相当于50克干重的多糖生物絮凝剂，即溶质的含量为50克)，将 三口烧瓶置于20°C或以下的水浴锅中并用搅拌机以50 100转/分的速度进行搅拌，搅拌 均勻后缓慢滴加浓度为20%的NaOH溶液5ml (在15分钟左右滴完)再继续搅拌1小时备 用，此过程中，始终保持溶液温度在20°C或以下，所得到的溶液中多糖生物絮凝剂的质量含 量为9%，碱的质量含量为0. 8%，其中多糖生物絮凝剂的质量含量以及碱的质量含量可随 NaOH溶液的加入量而改变，即通过调整多糖生物絮凝剂与碱溶液的质量比为1 0.02 0. 1从而使多糖生物絮凝剂的质量含量为4. 9% 9. 9%，碱的质量含量为0. 1. 0% ；A20、将硫酸亚铁溶液进行氧化处理。具体方法是，另取一只IOOOml的三口烧瓶，加入FeSO4 ·7Η20 250克和纯水250ml， 置水浴锅中加热升温至30 40°C，以50转/分的速度搅拌使FeSO4 · 7H20充分溶解，再补 加纯水至总容积500ml，此时铁含量(IronContent)为10 %，进一步用少量浓硫酸调节pH 至0. 8 1. 2，然后以1 3ml/分的速度缓慢滴加浓度为30%的H2O2溶液50ml，并同时以 50 100转/分的速度进行搅拌，待滴完后再继续搅拌30分钟，上述氧化过程中反应温度 应控制在30°C以下。最终得到总容积为550ml的经过氧化的硫酸亚铁溶液，该溶液中的铁 含量为9. 0%。通过补加纯水的量的变化，可以对该溶液中的铁含量进行调整，调整范围是 8. 0 10. 0%。A30、复合反应。具体方法是，将步骤A20得到的氧化后的硫酸亚铁溶液550ml中逐步加入步骤AlO 获得的碱化后的多糖生物絮凝剂50ml，在室温25 30°C下以50 100转/分的速度连续 搅拌2小时，制得复合多糖生物絮凝剂600ml，其中铁含量为8. 3%，多糖生物絮凝剂的质量 含量为0. 83%。实施例二本实施例与实施例一的区别在于，以粘度为5000cps的多糖生物絮凝剂代替粘度 为3000cps的多糖生物絮凝剂，其他原料和操作方法均与实施例一相同。最终得到的复合 多糖生物絮凝剂600ml中铁的质量含量为8. 3%，多糖生物絮凝剂的质量含量为0. 83%。实施例三本实施例与实施例一的区别在于以粘度为lOOOOcps的多糖生物絮凝剂代替粘度 为3000cps的多糖生物絮凝剂，其他所需原料及操作方法均与实施例1相同。最终得到的复合多糖生物絮凝剂600ml中铁的质量含量为8.3%，多糖生物絮凝剂的质量含量为0. 83%。上述三种不同粘度的多糖生物絮凝剂与铁复合后的产品，同等质量对同一污水的絮凝效果并无显著差异，因此，在3000cps 10，OOOcps粘度范围内的多糖生物絮凝剂均可使用。实施例四本实施例与实施例一的区别在于，用次氯酸钠代替过氧化氢对硫酸亚铁进行氧 化，其他原料和方法均与实施例一相同。本实施例制备的产品与实施例一产品在质量和絮 凝效果方面均无明显差异，提示次氯酸钠在本发明技术中同样有效。实施例五实施例一中，多糖生物絮凝剂与铁的质量比为1 10，本例中将此比例改变为 1:1。具体过程为按实施例一方法制备的碱化多糖生物絮凝剂，取200ml该絮凝剂溶液加入到实施 例一制备的氧化后的硫酸亚铁溶液(质量含量9.0% ) 222ml中，在室温25 30°C下以 50 100转/分的速度连续搅拌2小时，得到422ml复合多糖生物絮凝剂，其中铁含量为 4. 7%，多糖生物絮凝剂质量含量为4. 7%。本实施例与实施例一相比较，多糖生物絮凝剂含 量明显增高，因而对难于絮凝或絮凝颗粒较小的污水处理更为合适。实施例六本实施例中，将多糖生物絮凝剂与铁的质量比改为1 20，具体过程如下按实施例1方法制备的碱化多糖生物絮凝剂，取50ml质量含量为10%的溶液加 于按实施例1制备的氧化后硫酸亚铁溶液(质量含量9.0% Ulllml中，在室温(25°C 30°C)连续搅拌(50 100转/分)2小时，所得产品总容积为1161ml。其中铁含量为8.6%， 多糖生物絮凝剂含量为0. 43%。本发明的复合多糖生物絮凝剂可应用于多种污水的混凝处理，现举例说明如下应用例一含铁复合多糖生物絮凝剂在河道污水处理中的应用。应用本发明的复合多糖生物絮凝剂对深圳河湾部分支流河道污水进行混凝沉淀。 方法系采用2R4-6混凝试验搅拌机(深圳市中润水工业技术发展有限公司制造)，在IL水 中加入实施例1制备的含铁复合多糖生物絮凝剂1 2ml及助凝剂(氧化钙)0. 1克，启动 操作程序，开始时快速(400转/分)，搅拌1 1. 5分钟，然后慢速(20 30转/分)搅拌 2分钟，之后静止30分钟；取上清液测定光吸收(OD)、浊度、化学需氧量(COD)以及总氮和 总磷。方法系根据国家环保总局编制的《水和废水监测分析方法》。所得结果如附表1。附表1、复合多糖生物絮凝剂对深圳市部分河道污水的絮凝效果。 除加入含铁复合多糖生物絮凝剂外，尚加入助凝剂(氧化钙)0. 1克。结果显示，本发明的复合生物絮凝剂对河道污水的脱色、除浊效果特别显著。其去 除率达90 % 99. 2 %，除磷效果也相当满意，去除率达74. 5 % 98. 2 %，此外，对除氮和降 COD也有一定作用。应用例二 复合多糖生物絮凝剂对城市生活污水的处理效果采用本发明的多糖生物絮凝剂对深圳市部分生活污水进行混凝沉淀试验。方法同 应用例一相同。结果如附表2:附表2、复合多糖生物絮凝剂对深圳市部分生活污水的絮凝效果 除加入含铁的复合多糖生物絮凝剂外，尚加入助凝剂(氧化钙)0. 1克。
附表2进一步显示本发明的多糖生物絮凝剂对城市生活污水具有与河道污水同 样的絮凝效果。应用例三复合多糖生物絮凝剂在某些工业废水处理中的应用。采用本发明的复合多糖生物絮凝剂对某些工业废水，例如综合工业废水、印染废 水、皮革废水进行混凝沉淀。结果如附表3:表3、复合多糖生物絮凝剂对某些工业废水的絮凝效果 除加入含铁的复合多糖生物絮凝剂外，尚加入助凝剂(氧化钙)0. 1 0. 2克。附表3显示，本复合多糖生物絮凝剂对所述几种工业废水的处理效果都比较满
辰、ο本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结 构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤A10、将粘度为3000cps～10000cps的多糖生物絮凝剂用碱溶液进行碱化处理，碱化处理后该溶液中多糖生物絮凝剂的质量含量为4.9％～9.9％，碱的质量含量为0.1％～1.0％；A20、将无机铁盐溶液用氧化剂进行氧化，氧化后该溶液中铁含量为8.0～10.0％；A30、将步骤A20获得的溶液逐步加入到步骤A10获得的溶液中进行复合反应获得复合多糖生物絮凝剂，该步骤中，两种溶液的配比为步骤A10所得溶液中多糖生物絮凝剂的质量与步骤A20所得溶液中铁含量的质量比为1∶1～20，复合反应完成后所得溶液中多糖生物絮凝剂的质量含量为0.43％～4.7％，铁含量为4.7％～8.6％。
2.如权利要求1所述的复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤AlO的具体 处理过程为，将多糖生物絮凝剂调配成质量含量为5 10%的溶液，搅拌并降温至20°C或 以下，然后加入质量百分比浓度为20% 25%的碱溶液继续搅拌并保持温度20°C或以下1 小时，其中，多糖生物絮凝剂与碱溶液的质量比1 0.02 0.1。
3.如权利要求2所述的复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于碱溶液为氢氧化 钠、氢氧化钾或碳酸钠溶液。
4.如权利要求2所述的复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于搅拌速率为50 100转/分。
5.如权利要求1所述的复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤A20的具体 处理过程为，先配制铁含量为10%的无机铁盐溶液，再用浓硫酸调节PH至0. 8 1. 2，然后 滴加浓度为30%的氧化剂溶液，继续搅拌30分钟，无机铁盐溶液与氧化剂溶液的容积比为 10 1，整个氧化过程应维持温度在30°C以下。
6.如权利要求1所述的复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于氧化剂溶液的滴 加速度为每分钟加入总容积的1/30 1/60。
7.如权利要求5所述的复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于无机铁盐为硫酸 亚铁或三氯化铁，氧化剂为过氧化氢或次氯酸钠。
8.如权利要求1所述的复合多糖生物絮凝剂的制备方法，其特征在于步骤A30中，温度 为20°C 60°C，搅拌速率为50 80转/分，反应时间为2 4小时。
全文摘要
本发明公开了一种复合多糖生物絮凝剂的制备方法，包括以下步骤A10、将粘度为3000cps～10000cps的多糖生物絮凝剂用碱溶液进行碱化处理；A20、将无机铁盐溶液用氧化剂进行氧化，氧化后该溶液中铁含量为8.0～10.0％；A30、将步骤A20获得的溶液逐步加入到步骤A10获得的溶液中进行复合反应获得复合多糖生物絮凝剂复合反应完成后所得溶液中多糖生物絮凝剂的质量含量为0.43％～4.7％，铁含量为4.7％～8.6％。本发明，无毒、无害、无二次污染，絮凝效率高、适用范围广、经济实用。
文档编号C02F1/56GK101838041SQ20101019258
公开日2010年9月22日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者庄汉忠 申请人:庄茅