本发明涉及污物处理领域，具体涉及一种污物处理剂及其应用，尤其是一种用于处理垃圾、污水污泥和粪便排泄物的污物处理剂及其应用。
背景技术：
随着经济的发展，人口数量不断增长，日常垃圾、污水污泥、粪便排泄物等的排放量也急剧上升。在人口密集的城市地区，对污物的处理较为及时，但需要大量人力，并且垃圾站存在很多带液体的垃圾，这些垃圾存在难闻异味且不易处理，给环卫工人造成了很大的困难。而在人口稀疏的农村地区、偏远地区，或需要救援的受自然灾害地区，由于条件有限，对污物的处理并不及时，导致污物聚集处垃圾遍地、污水溢流、臭味四溢，还会释放出有硫化氢、氨气等有毒物质，对农村地区的居民或灾害地区的救援人员的生活造成了极大困难。
目前，污物处理剂往往仅由高吸水树脂和纸粉、淀粉、纤维素等粘合剂组成。为了提高污物处理剂的吸液率和吸水速率，在现有技术中，通常将污物处理剂制成表面积更大的颗粒状，同时还倾向于对已知的高吸水树脂进行改性处理，如共聚、共混、部分交联、表面交联等。但现有的污物处理剂仍存在以下问题:(1)以纤维素为粘合剂的颗粒状污物处理剂在吸水后极易崩解成粉末状，使得高吸水树脂的回收非常困难，造成大量的资源浪费；(2)主要关注于其吸水和除臭性能，但对于污物脱硫、除菌和无害化处理关注较少，效果也并不理想。
公告号cn102947231b的发明专利公开了一种颗粒状处理剂，其中含有熟石灰或石灰石、吸水树脂和纤维素类粘合剂。该处理剂在吸水后易崩解成粉末状，因此该专利将其置于袋子内进行小量的粪便处理，然而这种处理剂在垃圾站、下水道、化粪池等大型污物聚集处的吸水效果一般且不易回收，并不适用。
张良培等在研究表面交联对高吸水树脂吸水性能的影响发现，使用甲醛作为表面交联剂处理后得到的吸水树脂吸水速度快，吸水性能好，吸水后凝胶表面干爽，入水后易分散，不结团(张良培,张卫英,李晓等,表面交联对高吸水树脂吸水性能的影响,功能材料,2012,5(43):653-656)，因此，单独的经甲醛表面交联的吸水树脂在实际的污物处理中并不适用。
技术实现要素：
为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种污物处理剂，包括改性吸水树脂的第一组分，包括糊精、羧丙基甲基纤维素和聚乙烯醇的第二组分，以及包括硫酸亚铁和生石灰的第三组分，所述改性吸水树脂为表面交联剂处理后的丙烯酸型吸水树脂；所述第一组分、第二组分、第三组分的质量比为(3～4):(4～6):(0.5～1.5)。
进一步地，所述第一组分、第二组分、第三组分的质量比为4:5:(0.9～1)，优选4:5:1或4:5:0.9；优选的，处理剂中各组分粒径不超过70目，更优选的，处理剂中各组分粒径不小于100目。在该粒径下制得的污物处理剂，在提高了其吸水性能的同时，降低了处理剂在吸水后的粘结性，使其在保持较大吸水能力的基础上不易分散，有利于吸水树脂的回收。
在一种实施方式中，第一组分作为吸水剂，可以是经表面交联处理的丙烯酸型吸水树脂，在另一种实施方式中，第一组分还可以选择其他经过改性的丙烯酸型吸水树脂，也可以是其他类型的吸水树脂，如淀粉接枝丙烯酸盐类树脂、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等。
进一步地，所述第二组分中，糊精、羧丙基甲基纤维素和聚乙烯醇的质量比为(4～6):(2～4):1，优选6:3:1。其中，第二组分主要起到粘合各组分、防止吸水树脂在吸水后分散的作用。
进一步地，所述第三组分中，硫酸亚铁和生石灰的质量比为2:7。其中，第三组分主要起到对污物进行脱硫、除菌和无害化处理的作用。
进一步地，所述表面交联剂选自甲醛、乙醛、戊二醛、碳酸钙和/或氯化钙中的一种，优选乙醛。
在一种实施方式中，表面交联的丙烯酸型吸水树脂优选采用以下方法制备：当甲醛、乙醛或戊二醛作为表面交联剂时，称取5g吸水树脂，均匀分散在500ml的烧杯底部，然后将盛有0.1g表面交联剂的称量瓶置于烧杯底部，并用保鲜膜密封烧杯，室温下共置12h后取出树脂并干燥；当碳酸钙或氯化钙作为表面交联剂时，可将碳酸钙或氯化钙溶于适当蒸馏水中后均匀地喷洒在吸水树脂表面，再进行干燥。
在一种实施方式中，上述丙烯酸型吸水树脂优选采用溶液聚合法制备获得，具体步骤如下：
将氢氧化钠用蒸馏水溶解配置成水溶液，待冷却后在冰浴的条件下，将丙烯酸缓慢滴加到氢氧化钠溶液中并搅拌散热，然后加入丙烯酰胺、egdma交联剂、醋酸乙烯酯、十二烷基磺酸钠等功能助剂，通氮搅拌20-30min，再加入的kps和的na2s2o3引发聚合，反应至体系凝胶化后继续熟化1-2h，出料，切成条状并置于50℃烘箱中干燥，然后粉碎、筛分，取40-100目树脂干燥。
进一步地，上述污物处理剂还包括沸石、粉煤灰、膨润土和石灰石。
在一种实施方式中，上述污物处理剂还包括：沸石0.1％-10％，粉煤灰0.05％-10％，膨润土0.1％-8％，石灰石0.2％-5％。上述组分可作为处理剂的余料填充剂，除增加处理剂的强度外，还具有吸附性，以实现除臭的效果。
进一步地，处理剂的剂型为片状。片状的剂型相比于颗粒状的剂型，组分微粒间的结合强度更高，吸水膨胀后不易分散。
进一步地，片状处理剂通过湿法造粒后压片制得，具体步骤包括：按质量比称取各组分原料并混合均匀，加入3-15重量份的95％乙醇混匀造粒，过20-25目筛，于40-50℃烘干至水分≤1％后压片。
进一步地，所述污物包括污水污泥、粪便排泄物、厨余垃圾、餐饮垃圾、生活垃圾、水产品垃圾、工业含水污物、化工液体污物。
另一方面，本发明还提供了上述污物处理剂的应用，所述应用选自以下应用i-iii中的任意一种：i、用于含水污物的快速脱水固态化处理；ii、用于垃圾、污水污泥和粪便排泄物的脱硫、除菌和无害化处理；iii、用于提高吸水树脂的回收率。
另一方面，本发明提供的污物处理剂，显示出了高效且彻底的吸水效果，可快速的吸收水分，使污染物快速脱水固态化，直至凝结成一体，便于铲除、清理和快速回收，可以适用于环卫、垃圾桶、垃圾站、垃圾车的液体处理，工业含水污染物的快速吸附、凝结处理，宠物、家禽或牲畜的粪便处理，农贸市场的水产品污物(如腐败的鱼、虾、海鲜等)或地面水渍处理，应急救援的化学污染液体的吸附与覆盖处理，各类化工厂的化工液体产品泄露的快速吸附处理等。
另一方面，本发明提供的污物处理剂，可以就地掩埋或焚烧，特别适于灾区的粪便、餐饮、生活垃圾液的就地掩埋处理，快速清洁等，能够在灾区就地掩埋，不无污染环境。
另一方面，本发明提供的污物处理剂，在降水量较少的地区还可以用于植物土壤的保水，例如，可以将本污物处理剂同小树一同埋在地下，避免水分蒸发流失过快。
通过本发明提供的污物处理剂能够带来如下有益效果：
1、本发明提供的污物处理剂，其组分配比相较于常用组分显示出了优异的污物干燥效果以及粘合性，覆盖的污物可快速脱水固态化，呈干结的固体，同时吸水后的污物处理剂不易崩解或分散，有利于处理剂在使用结束后吸水树脂的回收，减少资源浪费，降低了制造成本；
2、本发明提供的污物处理剂，其组分配比相较于常用组分显示出了优异脱硫、除菌以及污物无害化效果，适于在垃圾站、下水道、化粪池等大型污物聚集场所中使用，减少污物对自然环境和人体健康的危害。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在以下实施例中，各示例原料组分中的吸水树脂为丙烯酸型吸水树脂，并采用表面交联的方式对丙烯酸型吸水树脂进行改性，获得方法优选自制合成获得，具体合成方法及步骤见下文，合成中使用的各试剂均为分析纯；各示例原料组分中的其他组分均通过商业途径购得；脱硫、除菌以及无害化检测由山东省疾病预防控制中心协助检测。
在以下实施例中，各示例原料组分中的丙烯酸型吸水树脂优选采用溶液聚合法制备获得，具体步骤如下：
将22.25g氢氧化钠用110ml的蒸馏水溶解配置成水溶液，待冷却后在冰浴的条件下，将50g丙烯酸缓慢滴加到氢氧化钠溶液中并搅拌散热，然后加入2.5g丙烯酰胺、交联剂(egdma，0.15g)、醋酸乙烯酯(8g)、十二烷基磺酸钠(0.25g)等功能助剂，通氮搅拌20-30min，再加入20ml的kps(0.02g/ml)和20ml的na2s2o3(0.02g/ml)引发聚合，反应至体系凝胶化后继续熟化1-2h，出料，切成条状并置于50℃烘箱中干燥，然后粉碎、筛分，取40-100目树脂干燥。
在以下实施例中，表面交联的丙烯酸型吸水树脂优选采用以下方法制备：当甲醛、乙醛或戊二醛作为表面交联剂时，称取5g吸水树脂，均匀分散在500ml的烧杯底部，然后将盛有0.1g表面交联剂的称量瓶置于烧杯底部，并用保鲜膜密封烧杯，室温下共置12h后取出树脂并干燥；当碳酸钙或氯化钙作为表面交联剂时，可将碳酸钙或氯化钙溶于适当蒸馏水中后均匀地喷洒在吸水树脂表面，再进行干燥。
在以下实施例中，各示例最终获得的污物处理剂的剂型为片状。优选的，片状的污物处理剂通过湿法造粒后压片制得，具体步骤包括：按质量比称取各组分原料，粉碎并过70-100目筛，混合均匀，加入3-15重量份的95％乙醇混匀造粒，所得颗粒过20-25目筛，于40-50℃烘干至水分≤1％后压片。
将采用上述方法制备获得的污物处理剂制成每片重量为1g±5％的片剂，分别获得500片，并采用以下方法检测污物处理剂对含有厨余垃圾、污水污泥和粪便排泄物等污物的干燥率以及处理剂在吸液后的崩解程度：
取污物处理剂各20片，分别均匀地投掷于放置有500克污物的容器中，其中，污物含有厨余垃圾、污水污泥和粪便排泄物，12h后再次对污物称重，计算污物干燥率(干燥率(％)＝(500g-24h后污物质量)/500g×100％)，并根据吸液24h后未崩散的处理剂片数计算崩解程度(崩解程度(％)＝(20片-未崩解片数)/20片×100％)。
各示例中的具体组分含量以及对污物的干燥率和干燥后的崩解程度见表1，需要说明的是，以下各示例获得的污物处理剂除表1中所示的组分及含量外，余料为沸石、粉煤灰、膨润土和石灰石，优选的，余料的具体含量可以是沸石0.1％-10％，粉煤灰0.05％-10％，膨润土0.1％-8％，石灰石0.2％-5％，在表中不再赘述。
表1不同组分示例的污物干燥率和崩解程度
由表1的结果可知，实施例1-5提供的污物处理剂均表现出了突出的吸水效果，污物干燥率均在70％以上，具体表现为，使用处理剂覆盖处理12h后，污物多为干结的固体或膏状，呈高度固态化。但各实施例的在对污物进行处理后，表现出了较大的崩解程度，具体表现为大多数片剂的污物处理剂崩解成粉末状，吸水树脂难以回收再利用。
其中，实施例2显示出的污物干燥率最高，即用乙醛表面交联的吸水树脂显示出了优于其他实施例的吸水性，同时崩解程度相对于其他实施例较弱，因此将实施例2的组分配比作为优选的组分，并对其进行进一步地优化。如，向第二组分中再加入一种组分，研究第二组分对处理剂崩解程度的影响。其中，崩解程度的检测方法同上，具体加入的组分及含量见表2。
表2第二组分对崩解程度的影响
由表2的数据可知，在相同的配比下，处理剂的第二组分中不同原料组分的组合对其崩解程度影响较大。相较于未另加组分的实施例2，实施例6和实施例8明显降低了崩解程度，实施例7使得崩解程度增加，而实施例9的崩解程度没有改变。
其中实施例8的崩解程度为10％，说明其抗崩解性最好，具体表现为，在处理污物24h后的20片污物处理剂中仅有2片处理剂出现崩解的情况，说明聚乙烯醇相较于聚乙烯吡咯烷酮、交联聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇，可有效降低处理剂吸水后的崩解程度。因此，当吸水树脂为乙醛表面交联改性的吸水树脂，第二组分为糊精30％、羧丙基甲基纤维素15％、聚乙烯醇5％时，可提高污物处理剂的抗崩解效果，最终未崩解的污物处理剂均可以被回收再利用。
将实施例8作为最优配比，向其添加不同配比的第三组分，采用相同方法制成每片重量为1g±5％的片剂，分别获得100片，并检测其对粪便排泄物进行除臭脱硫(脱除硫化氢)和粪便无害化(蛔虫卵死亡率和粪大肠菌值)的处理效果。其中检测方法参考《gb/t14678-1993空气质量硫化氢、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的测定气相色谱法》检测硫化氢浓度，参考《gb7959-2012粪便无害化卫生要求》检测蛔虫卵死亡率和粪大肠菌值。各示例的组分含量以及检测结果如表3所示。
表3第三组分对粪便排泄物无害化处理的影响
由表3的结果可知，相比于对比例1-3，实施例10-11的处理剂第三组分及其配比显示出了优异的粪便无害化处理效果，特别是实施例10的硫化氢脱除率达到100％，而实施例10-11中均未检测到蛔虫卵，粪大肠菌值也符合粪便无害化的卫生要求。因此，选择实施例10作为最佳实施例。
综上所述，本发明提供的污物处理剂，其组分配比[第一组分(乙醛表面交联改性吸水树脂)、第二组分(糊精、羧丙基甲基纤维素和聚乙烯醇)、第三组分(硫酸亚铁和生石灰)的质量比为(3～4):(4～6):(0.5～1.5)]相较于常用组分显示出了优异的粘合效果和脱硫、除菌以及污物无害化效果，特别是第一组分：第二组分：第三组分＝4:5:0.9时，其防崩解效果和污物无害化处理的效果最好。
本发明提供的污物处理剂，在处理污物时干燥率高，覆盖处理后的污物可快速脱水固态化，呈干结的固体，同时处理剂在吸水后不易崩解或分散，有利于处理剂在使用结束后吸水树脂的回收，减少资源浪费，降低了制造成本，同时适于在垃圾站、下水道、化粪池等大型污物聚集场所中使用，减少污物对自然环境和人体健康的危害。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。