矿物复合物材料及其在污水处理中的应用

矿物复合物材料及其在污水处理中的应用
【专利摘要】本发明公开了一种矿物复合物材料及其在污水处理中的应用。该矿物复合物材料由花岗岩、玄武岩、橄榄岩、粘土矿物、水、无机酸组成。各组分的重量份数为：花岗岩10～20份、玄武岩8～18份、橄榄岩8～18份、粘土矿物10～20份、水5～15份、无机酸0.5～8份。将所述各组分粉碎后混合；加入浓盐酸或者浓硫酸，使各组分溶解；加入水搅拌充分溶解；静置，过滤除去残渣，即制得所述矿物复合物材料。本发明所述的矿物复合物材料可用于去除污水中的氟元素、六价铬元素以及铅元素，还可降低污水中的TOC和BOD含量。
【专利说明】
矿物复合物材料及其在污水处理中的应用
技术领域
[0001] 本发明属于污水处理技术领域，具体涉及矿物复合物材料及其在污水处理中的应 用。
【背景技术】
[0002] 目前国内外治理污水的方法一般可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法。 物理处理法中，一般通过过滤和凝集剂，除去所浮游上来的悬浊物质，通常用到的凝集剂 有硫酸铝、聚盐铝、硫酸第一铁、硫酸第二铁、盐化第二铁等无机凝集剂和阳离子系、阴离子 系、非离子系的高分子凝集剂。然而，这些凝集剂虽然可以使悬浊物质凝集和沉淀，但是无 法除去溶解性污染物质。一般采用生物处理法例如活性污泥法、散水滤床法或厌氧性消化 法等微生物处理，去除溶解性污染物质。
[0003] 利用微生物除去溶解性污染物质时，必须要适度的调节PH、温度、氧浓度等各个条 件。还有，因为污染物质里含有的有机物自体是微生物生存所不可缺少的养分，所以必须要 有一定适度的量。量不能过多，太少微生物也不可以生存。并且，盐分和油分多的污水，微 生物是很难以生存的，所以前处理是非常必要的。
[0004] 为了维持各个条件，微生物的处理过程中，必须要设置调整槽、增氧槽、沉淀槽、污 泥返送系统、消化槽、反消化槽等各式各样的的设备。因此，所产生的问题是，不仅需要一个 宽广的地基，而且狭窄的土地和原有的工场地基内的设置是很困难的，并且设备投资、劳务 费、光热费等的成本都要有很大的花费。目前，污水处理的多数技术普遍存在设备复杂、成 本高等不利因素，难以推广应用。
[0005] 开发利用来源于地质体表面和矿山废弃物中价格低且容易加工的天然矿物材料 处理废水，设备简单、操作简便，且无二次污染，有的矿物材料还能再利用，在大规模污水处 理中成本低、效果好，正在引起国内外各界的关注。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的是，提供一种矿物复合物材料及其在污水处理中的应用，主要解决 现有的污水处理技术普遍存在设备复杂、成本高、存在二次污染等的技术问题。
[0007] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0008] -种矿物复合物材料，该矿物复合物材料由以下组分组成：花岗岩、玄武岩、橄榄 岩、粘土矿物、水、无机酸。
[0009] 优选地，所述矿物复合物材料由以下重量份数的组分组成：花岗岩10~20份、玄 武岩8~18份、橄榄岩8~18份、粘土矿物10~20份、水5~15份、无机酸0. 5~8份。
[0010] 优选地，所述矿物复合物材料由以下重量份数的组分组成：花岗岩15份、玄武岩 12. 5份、橄榄岩12. 5份、粘土矿物15份、水10份、无机酸4份。
[0011] 本发明的花岗岩，在地域上是一些分布比较广泛的岩石，也叫做御影石，是深成岩 的一种。主要成分是石英和长石。肉眼可以看到结晶的粒状组织。除了石英和长石外，还 含有少量的云母、皓石、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿、钛石等。
[0012] 本发明的玄武岩，在地域上是一些分布一般的岩石，也是火山岩的一种，含有 45%~52%的Si0 2，有着斑状组织，肉眼看是黑的颜色。成分主要含有有色矿物的辉石、橄 榄石和无色矿物的斜长石。
[0013] 本发明的橄榄石，是构成地幔上的一种岩石，也是深成岩的一种，它缺乏了 3102成 分，含有很多的橄榄石，也含有其它成分的斜方辉石、单斜辉石等。
[0014] 本发明的粘土矿物，是构成粘土的矿物质，主要成分是层状硅酸盐矿物，还含有粘 土粒径的方解石、苦灰石、长石类、石英、沸石类等的矿物。
[0015] 优选地，本发明中的无机酸采用浓硫酸或浓盐酸。所述浓盐酸是指36%~38%的 盐酸，所述浓硫酸是指大于或等于70%的硫酸溶液。
[0016] 作为另一种优选实施方式，本发明的无机酸也可以采用稀酸溶液，若采用稀酸溶 液，则该无机酸的pH值需要在0. 1-1之间。如果无机酸的pH值大于1，岩石以及粘土矿物 很难溶解出较多的矿物质。另外，向矿物岩石直接注入浓硫酸再用水稀释能够更有效率的 溶解出矿物质。
[0017] 本发明还提供了所述的矿物复合物材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0018] 步骤1，称取花岗岩、玄武岩、橄榄岩以及粘土矿物，粉碎后混合；
[0019] 步骤2,向前述粉碎后的混合物加入无机酸，使矿物中的成分溶解；
[0020] 步骤3,向前述加入无机酸后的混合物中加入水，搅拌使各矿物组分充分溶解； [0021 ] 步骤4,静置，过滤除去残渣，制备获得所述矿物复合物材料。
[0022] 优选地，上述制备方法中的无机酸采用浓硫酸或浓盐酸。所述浓盐酸是指36%~ 38 %的盐酸，所述浓硫酸是指大于或等于70 %的硫酸溶液。
[0023] 作为另一种优选实施方式，所采用的无机酸也可以采用稀酸溶液，若采用稀酸溶 液，则该无机酸的pH值需要在0. 1-1之间。
[0024] 优选地，所述步骤1中各组分粉碎成小于1cm的粒状。
[0025] 本发明还提供了所述的矿物复合物材料在污水处理中的应用。
[0026] 所述矿物复合物材料可用于去除污水中的氟元素、六价铬元素以及铅元素。
[0027] 另外，所述矿物复合物材料还能够用于降低污水中的T0C和B0D含量。
[0028] 本发明还提供了所述的矿物复合物材料对污水净化处理的方法，该方法为包括如 下步骤：
[0029] 步骤1，向污水中加入lOOppm~500ppm的矿物质溶液，搅拌；
[0030] 步骤2，向前述溶液中加入消石灰，以中和溶液中的酸；
[0031] 步骤3,前述酸中和后的溶液进入沉降槽中进行沉降、过滤分离沉降物。
[0032] 优选地，所述步骤3中可以通过加入高分子凝集剂促进溶液的凝集和沉降。
[0033] 所述向污水中加入lOOppm~500ppm的矿物质溶液，是表示1kg的污水中加入 100~500mg的矿物质溶液。
[0034] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0035] 1、本发明的矿物复合物材料是将多种岩石及粘土中的成分溶解出来的一种复合 矿物质溶液。该矿物复合物材料对污水进行净化处理时，不仅可以去除污水中的悬浊物质， 而且可以去除污水中的溶解性污染物质以及溶解性有机物和重金属。另外，本发明所提供 的污水净化处理方式设备简单、成本低、可在很狭小的空间范围进行操作，对环境也没任何 的污染负担。
[0036] 2、本发明的矿物复合物材料含有丰富的铁，钙，镁，钠，钾等矿物质。根据所采用的 矿物岩石种类的不同，相应的溶解液机能也不相同。例如，花岗岩是有生理活性作用的，玄 武岩是界面活性作用的，橄榄岩是对水质净化起着很大效果。在污水中添加本发明的矿物 质溶液，水中的溶解氧会变成活性氧，使污水中的溶解性有机物氧化后，通过含有的矿物质 之间相互的作用，就可以改变溶解性有机物的分子构造，析出不溶解性的盐类。因此，本发 明的矿物质溶液添加到污水中后，让悬浊物质凝集沉淀的同时，会使污水中的溶解性有机 物或不溶解性物质发生变化，也可使之凝集和沉淀。然后通过过滤，不仅可以除去污水中的 悬浊物质，也可除去污水中的溶解性有机物。
[0037] 3、液体中的水，并不是水分子单独的集合体，而是分子间氢的结合。水中的分子 以分子团的形式存在，水分子相互间以氢键缔结而成，水分子缔合在一起，一般称为水分子 簇。平时所喝的水（如自来水、矿泉水），一般都是由13-26个以上的单分子组成的"大分 子团水簇"，活性较差。由3-6个水分子缔结而成的小分子团水。世卫组织提出优质饮用水 的七条标准中就有一条是："分子团小的水，溶解力和渗透力强"。本发明的矿物复合物材料 添加入水中后，和不添加情况相对比，水的分子团会变小，说明水活性变好、水质变优。
[0038] 4、本发明的矿物复合物材料进行污水净化处理时，与微生物处理方法相比，不需 要有严密的温度和氧量的管理，也不需要在微生物处理里所不可缺少的各种设备。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明中利用矿物复合物材料对污水进行净化处理的示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细说明。以下采用的试剂材料如未特 别说明，均为商业化产品。
[0041] 参见图1，该图展示了采用本发明的矿物复合物材料进行污水净化处理的示意图。 如图所示，反应槽1中盛装有污水，向污水中添加 lOOppm~500ppm的矿物质溶液，用搅拌 器6进行搅拌，充分反应，一般反应10~15分钟；反应后的污水溶液进入中和槽2,向中和 槽2中加入消石灰，用搅拌器6充分搅拌以中和溶液中的酸，所述消石灰的加入量根据溶液 中的酸量确定，使得溶液中的酸完全中和即可。中和酸后的污水溶液进入沉降槽3进行沉 降，在沉降槽3中还可加入高分子凝集剂、搅拌器6搅拌充分混合，然后静置，使溶液凝集和 沉降。沉降后的溶液进入过滤池4,进行分离过滤，过滤后的水体进入蓄水槽5,即完成污水 的净化处理过程。蓄水槽5中处理后的水可放流用于其它用途。
[0042] 实施例1
[0043] 1，矿物复合物材料的配制
[0044] 采集花岗岩，玄武岩，橄榄岩以及粘土矿物。将花岗岩、玄武岩、橄榄岩以及粘土矿 物粉碎后，调制成lcm的粒状。分别称取调制成粒状的花岗岩15kg、玄武岩12. 5kg、橄榄岩 12. 5kg、以及粘土矿物15kg ;然后注入4kg的99 %浓硫酸，岩石以及粘土矿物中含有的成分 被溶解出来；接着，再加入l〇kg的水进行反复的搅拌，使岩石及粘土中的成分充分溶解出 来。然后静置几日后，将沉淀的残渣从水溶液中过滤分离，即得到矿物复合物材料。
[0045] 上述配制的矿物复合物材料，用纯水稀释1000倍后，用ICP发光分析装置VISTA MP-X，根据ICP发光分析法，对矿物复合物材料中的金属成分进行定量分析。关于钾和铷 (Rb)，用原子吸光分析装置Z-5000,可根据原子吸光光度法进行分析。稀释后各金属元素浓 度如表1所示。
[0046] 表1，矿物复合物材料中的元素含量
[0047]
[0048] 2,水分子簇的半差值（半值宽度或半峰宽）
[0049] 在下水道水里添加 lOOppm上述配置的矿物复合物材料，添加前和添加后水分子 簇半差值用电子自旋共鸣测定装置测定后，添加前是132Hz，添加后74Hz。
[0050] 上述结果表明水体中添加本发明的矿物复合物材料后，水分子簇（也叫水分子 团）变小。世卫组织提出优质饮用水的七条标准中就有一条是："分子团小的水，溶解力和 渗透力强"。本发明的矿物复合物材料添加入水中后，和不添加情况相对比，水的分子团变 小，说明水活性变好、水质变优。
[0051 ] 3,矿物复合物材料对重金属的去除效果
[0052] 向重金属的溶液中，添加上述配制的lOOppm的矿物复合物材料，搅拌后用过滤器 过滤。处理前和处理后的重金属浓度分析结果参见表2。
[0053] 表2矿物复合物材料处理前后的重金属含量分析
[0054]
[0055] 从表2可以看出：所述矿物复合物材料可有效去除污水中的氟元素、六价铬元素 以及铅元素。
[0056] 4,矿物复合物材料对溶解性有机物的去除效果
[0057] 向污水中添加 lOOppm的矿物复合物材料，搅拌后用过滤器过滤。处理后的T0C和 B0D值有很大的降低。该结果表明，本发明的矿物复合物材料对污水中溶解性有机物有良好 的去除效果。
[0058] 本发明的矿物复合物材料，不仅可以去除污水中的污染物质，也可以对染色废水 中着色溶液进行脱色以及具有厕所和垃圾等的除臭、杀菌作用。
[0059] 本发明的矿物复合物材料中各组分之间的重量配比可在一定范围内变化，均可实 现相应的技术效果。例如，以下配比范围均可行：花岗岩10~20份、玄武岩8~18份、橄 榄岩8~18份、粘土矿物10~20份、水5~15份、无机酸0. 5~8份。
[0060] 上述仅为本发明的部分优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领 域中的技术人员来说，在本发明技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改，所作的任 何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
【主权项】
1. 一种矿物复合物材料，其特征在于，该矿物复合物材料由以下组分组成：花岗岩、玄 武岩、橄榄岩、粘土矿物、水、无机酸。2. 如权利要求1所述的矿物复合物材料，其特征在于，所述矿物复合物材料由以下重 量份数的组分组成：花岗岩10~20份、玄武岩8~18份、橄榄岩8~18份、粘土矿物10~ 20份、水5~15份、无机酸1~8份。3. 如权利要求1所述的矿物复合物材料，其特征在于，所述矿物复合物材料由以下重 量份数的组分组成：花岗岩15份、玄武岩12. 5份、橄榄岩12. 5份、粘土矿物15份、水10份、 无机酸4份。4. 如权利要求1-3任一项所述的矿物复合物材料，其特征在于：所述无机酸为浓硫酸 或浓盐酸。5. 权利要求1-3任一项所述的矿物复合物材料的制备方法，该方法包括如下步骤： 步骤1，称取花岗岩、玄武岩、橄榄岩以及粘土矿物，粉碎后混合； 步骤2,向前述粉碎后的混合物加入无机酸，使矿物中的成分溶解； 步骤3,向前述加入无机酸后的混合物中加入水，搅拌使各矿物组分充分溶解； 步骤4,静置，过滤除去残渣，制备获得所述矿物复合物材料。6. 权利要求1-3任一项所述的矿物复合物材料在污水处理中的应用。7. 权利要求6所述的矿物复合物材料在污水处理中的应用，其特征在于：所述矿物复 合物材料用于去除污水中的氟元素、六价铬元素以及铅元素。8. 权利要求6所述的矿物复合物材料在污水处理中的应用，其特征在于：所述矿物复 合物材料用于降低污水中的TOC和BOD含量。9. 权利要求1-3任一项所述的矿物复合物材料对污水净化处理的方法，该方法为包括 如下步骤： 步骤1，向污水中加入lOOppm~500ppm的矿物质溶液，搅拌； 步骤2,向前述溶液中加入消石灰，以中和溶液中的酸； 步骤3,前述酸中和后的溶液进入沉降槽中进行沉降、过滤分离沉降物。10. 权利要求9所述的矿物复合物材料对污水净化处理的方法，其特征在于：所述步骤 3中通过加入高分子凝集剂促进溶液的凝集和沉降。
【文档编号】C02F1/58GK105984925SQ201510070145
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月10日
【发明人】吴书文, 泽井正和
【申请人】吴书文