專利名稱：一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的具有最大生態(tài)安全性能的絮凝劑及其復(fù)配方法，以及在味精等高濃度有機廢水治理中的應(yīng)用；此外，還可應(yīng)用于城市給水中。
背景技術(shù)：
味精廢水是一種高濃度的有機廢水，其COD高達(dá)10000-80000mg·L-1，且具有高銨態(tài)氮、高硫酸根、低pH值等特點，一直沒有一種很好的處理方法，是目前水處理難題之一。我國現(xiàn)有94家味精廠，1997年產(chǎn)量達(dá)63.1284萬噸，已超過世界產(chǎn)量的一半。然而，每生產(chǎn)1t味精將產(chǎn)生25-30m3的高濃度有機廢水。據(jù)統(tǒng)計，每年將產(chǎn)生上億噸以上的高濃度有機廢水。由于此種廢水處理難度大，處理成本高，導(dǎo)致有許多味精廠廢水直接排放，給我國水環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。從20世紀(jì)70年代，我國早已開展了針對味精廢水凈化處理的研究，但至今尚未有很大突破。其關(guān)鍵問題是味精廢水具有污水量大，富含NH4+-N、高COD、高SO42-、多種氨基酸和有機酸、低pH值等特點，使它很難得到降解，不容易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)前，常用的處理味精廢水的方法主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法。
1、物理法 我國味精廢水處理主要使用的物理方法有蒸發(fā)濃縮法和離心分離法。
2、化學(xué)法 化學(xué)法的處理對象主要是廢水中無機的和有機的溶解物質(zhì)或者膠體物質(zhì)。在味精廢水處理中，常用的主要有絮凝法、中和-化學(xué)沉淀法等。其中，絮凝法是一種廣泛使用的水處理技術(shù)，在給水、廢水處理中均發(fā)揮著十分重要的作用。絮凝劑的選擇很重要，目前常用絮凝劑分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩大類1)無機絮凝劑常用的有鐵鹽、鋁鹽絮凝劑。例如，深圳大學(xué)化學(xué)系采用堿式氯化鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵和氫氧化鈣等無機絮凝劑對谷氨酸發(fā)酵液的絮凝進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，單純的無機絮凝劑，即使配合助凝劑，絮凝效果也不理想，難以滿足實際應(yīng)用的要求。2)有機絮凝劑一般比無機絮凝劑處理效果要好，但不同種類的絮凝劑對操作條件的要求不同，絮凝效果也有所差異。例如，上海大學(xué)環(huán)境系采用羧甲基纖維素鈉、木質(zhì)素和聚丙烯酸鈉進(jìn)行絮凝實驗，三種絮凝劑在酸性條件下絮凝效果相對較好，但單獨使用羧甲基纖維素鈉或木質(zhì)素作為絮凝劑時預(yù)處理效果不佳，其COD去除率分別只有18.4％和23.5％，在生產(chǎn)實際中幾乎沒有使用的可能。盡管聚丙烯酸鈉的處理效果相對較好，但COD去除率也只有36.0％。
3、物理化學(xué)法 主要包含有吸附法、萃取法、膜析法、蒸餾、結(jié)晶等。其中，處理味精廢水常用的吸附劑有活性炭、生石灰、殼聚糖和改性膨潤土等。采用吸附法處理味精廢水，吸附劑價格昂貴，對進(jìn)水的預(yù)處理要求高，維護(hù)難度大，吸附劑的再生也是一個較難解決的問題。例如，王永杰等人采用殼聚糖處理味精廢水，結(jié)果表明，殼聚糖處理味精廢水最合適的pH值在7-11之間；殼聚糖對溫度變化不敏感，性質(zhì)穩(wěn)定，在5-35℃溫度范圍內(nèi)，殼聚糖絮凝沉降性能變化不大；殼聚糖的絮凝效果隨濃度的增加而提高。但因絮凝劑本身價位較高未能得到很好推廣。因此，該方法一般主要用來去除廢水中的微量污染物，達(dá)到深度凈化的目的。
4、生物法 目前用于味精廢水的主要生物處理法有厭氧生物處理法和好氧生物處理法。其中，厭氧生物處理法是在無氧的情況下，借助兼性厭氧菌和專性厭氧菌的作用，對廢水中的有機物進(jìn)行分解的生物處理法，其優(yōu)點在于能耗低，可回收生物能源(沼氣)，每去除單位重量底物產(chǎn)生的微生物(污泥)量少，具有較高的有機物負(fù)荷的潛力；而主要的缺點包括處理后出水的COD值較高，處理后出水的SO42-值較高，水力停留時間較長，產(chǎn)生臭氣，造成二次污染。好氧生物處理法一般不直接處理發(fā)酵廢液，只是作為整個處理流程的后續(xù)處理手段，使廢水最終達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，目前較常用的有SBR法。
從味精廢水處理的整體來看，不難發(fā)現(xiàn)，味精廢水處理正由單一的物理、化學(xué)和生物法，向多種方法綜合處理發(fā)展，如物理-化學(xué)-生物法、物理-生物法、化學(xué)-生物法等。在化學(xué)法中所用的絮凝劑正由低分子型向高分子型發(fā)展、由單一型向復(fù)合或復(fù)配型發(fā)展。目前研究熱點是針對味精污水處理成本高，易帶來二次污染，考慮到生態(tài)安全性和應(yīng)用性，需研制一種高效、經(jīng)濟、生態(tài)安全性能好的絮凝劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在味精廢水以及類似高濃度有機廢水處理中的新型生態(tài)安全復(fù)配絮凝劑及其復(fù)配方法和使用方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，它含有硅酸鹽類天然材料的一種或幾種，以上述含有硅酸鹽類天然材料為主體，以占含有硅酸鹽類天然材料重量的1％-5％的無機鐵鹽物質(zhì)為輔助成分。
所述含硅酸鹽類的天然材料，包括自然界廣泛分布的黑土、棕壤、紅壤和火山巖渣中的一種或幾種。
所述的無機鐵鹽物質(zhì)為聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵中的一種或幾種。
所述的生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，還包括占含硅酸鹽類的天然材料重量的10-20％的堿性物質(zhì)。
所述的堿性物質(zhì)是氫氧化鈣、氯化鈣、氫氧化鈉、石灰石和石膏中的一種或幾種。
一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑的制備方法，包括以下步驟1)選擇含有硅酸鹽類為主體的天然材料的一種或幾種進(jìn)行混合；2)將含有硅酸鹽類為主體的天然材料進(jìn)行篩選、干燥、碾磨成粒度為1-200目的顆粒，備用；3)選擇無機鐵鹽中的一種或幾種進(jìn)行混合；4)選擇堿性物質(zhì)中的一種或幾種進(jìn)行混合。
一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑的使用方法，先加入含有硅酸鹽類天然材料劇烈攪拌絮凝后，再加入無機鐵鹽進(jìn)行輔助絮凝沉淀，包括如下步驟1)先用所選擇的堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)味精污水的pH值于4-7之間；2)根據(jù)不同水質(zhì)，將含有硅酸鹽類天然材料按規(guī)定的數(shù)量以粉末狀直接添加，標(biāo)準(zhǔn)添加量以相當(dāng)于污水中化學(xué)需氧量的10-30％為基準(zhǔn)；3)在轉(zhuǎn)速為80-140轉(zhuǎn)/分鐘下快速攪拌1min-5min；4)根據(jù)不同水質(zhì)，加入所選的無機鐵鹽物質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)添加量以占含有硅酸鹽類天然材料重量的1％-5％為基準(zhǔn)；5)先在轉(zhuǎn)速為80-140轉(zhuǎn)/分鐘下快速攪拌1min-10min，后在轉(zhuǎn)速為40-80轉(zhuǎn)/分鐘下中速攪拌5min-10min，再在轉(zhuǎn)速為10-40轉(zhuǎn)/分鐘下慢速攪拌10min-30min，后靜置沉降15min-2h；6)處理后的廢水排入生化池，實現(xiàn)復(fù)配絮凝劑與水的固液分離。
本發(fā)明中，以含有硅酸鹽類為主體的天然材料，其中含有一定數(shù)量的有機質(zhì)及礦物質(zhì)，在pH為4-7范圍內(nèi)的污水中均有效發(fā)揮作用，通過交換、吸附、凝集、固定固化等反應(yīng)分離凈化污水中的污染物。存在于含有硅酸鹽類為主體的天然材料中的其他微量元素，隨著時間的推移會在污水中析出，并在溶解氧、酸根離子共同作用下使污水中的可溶性污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶于水的凝固體，使水質(zhì)得到凈化。以有硅酸鹽類為主體的天然材料可以為黑土、棕壤、紅壤和火山巖渣等，可單獨或混合使用。
本發(fā)明中加入的無機鐵鹽物質(zhì)可使味精污水中的有機物通過發(fā)揮其網(wǎng)捕和架橋等特性，加速污染物的凝集、固定和轉(zhuǎn)化，使水體中微小顆粒和污染物凝集形成絮凝體。
本發(fā)明中加入的堿性物質(zhì)，如氫氧化鈣、氯化鈣、氫氧化鈉、石灰石、石膏等一種或幾種，主要目的是可起到中和、凝集污水中的游離的酸性物質(zhì)，調(diào)節(jié)pH值的目的，同時還起到絮凝助劑的作用。
綜上所述，本復(fù)配絮凝劑的特征是由含有硅酸鹽類天然材料為主體、無機高分子鐵鹽物質(zhì)和一定量堿性物質(zhì)按照一定比例調(diào)配而成的復(fù)配型絮凝劑，用于味精污水以及相類似高濃度有機污水的治理。
本發(fā)明的有益效果是味精廢水以及相類似高濃度有機污水中加入這類復(fù)配絮凝劑后，能迅速凝集、分離污水中高濃度有機物質(zhì)，COD被有效去除，并且顯著降低污水處理成本，減少二次污染，獲得中性處理水。采用本發(fā)明中的制備技術(shù)降低了無機高分子鐵鹽絮凝劑的用量，降低了無機高分子鐵鹽絮凝劑對處理水的毒性，同時大大減少了對水處理設(shè)備的腐蝕性。污水處理工藝穩(wěn)定、簡捷，在污水處理過程中無二次污染，提高了處理后水質(zhì)的生態(tài)安全性。本發(fā)明是一種高效、經(jīng)濟、生態(tài)安全性好的新型復(fù)配絮凝劑，將在味精等污水處理中起到重要的作用。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種新型生態(tài)安全復(fù)配絮凝劑，含硅酸鹽類的天然材料，主要涉及自然界廣泛分布的黑土、棕壤、紅壤和火山巖渣等中的一種或幾種。
本發(fā)明提供了一種新型生態(tài)安全復(fù)配絮凝劑，上述含硅酸鹽類的天然材料為主體的1％-5％(重量百分?jǐn)?shù))無機鐵鹽一種或幾種作為輔助絮凝組分，根據(jù)待處理污水的水質(zhì)不同，采用不同比例和不同組分加入次序的配方。上述含硅酸鹽類的天然材料為主體的10-20％(重量百分?jǐn)?shù))的堿性物質(zhì)，如氫氧化鈣、氯化鈣、氫氧化鈉、石灰石和石膏等一種或幾種。
本發(fā)明提供了新型生態(tài)安全復(fù)配絮凝劑的制備方法，包括以下步驟1、選擇上述含有硅酸鹽類為主體的天然材料的一種或幾種進(jìn)行混合。
2、將含有硅酸鹽類為主體的天然材料進(jìn)行篩選、干燥、碾磨成粒度為1-200目的顆粒，備用。
3、選擇聚合氯化鐵和聚合硫酸鐵等無機鐵鹽中的一種或幾種進(jìn)行混合。
4、選擇堿性物質(zhì)氫氧化鈣、氯化鈣、氫氧化鈉、石灰石、石膏等一種或幾種進(jìn)行混合。
使用方法(1)先用所選擇的堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)味精污水的pH值于4-7之間。
(2)根據(jù)不同水質(zhì)，天然材料按規(guī)定的數(shù)量以粉末狀直接添加。標(biāo)準(zhǔn)添加量以相當(dāng)于污水中化學(xué)需氧量(COD)的10-30％(重量百分?jǐn)?shù))為基準(zhǔn)。
(3)快速攪拌(80-140轉(zhuǎn)/分鐘)1min-5min。
(4)根據(jù)不同水質(zhì)，加入所選的無機鐵鹽物質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)添加量以占含有硅酸鹽類天然材料重量的1％-5％為基準(zhǔn)。
(5)先快速攪拌(80-140轉(zhuǎn)/分鐘)1min-10min，后中速攪拌(40-80轉(zhuǎn)/分鐘)5min-10min，再慢速攪拌(10-40轉(zhuǎn)/分鐘)10min-30min，后靜置沉降15min-2h。
(6)處理后的廢水排入生化池，實現(xiàn)復(fù)配絮凝劑與水的固液分離。
實施例1本發(fā)明以黑土、聚合硫酸鐵、氯化鈣為原料。其中黑土為主要成分，聚合硫酸鐵為輔助絮凝劑，氯化鈣為pH值的調(diào)節(jié)劑及絮凝助劑。黑土與聚合硫酸鐵的質(zhì)量比為20∶1。
其制備方法為(1)用氯化鈣調(diào)節(jié)味精污水pH值到6.0左右。
(2)將已制備好的黑土以污水化學(xué)需氧量(COD)的30％為基準(zhǔn)加入到污水中，進(jìn)行快速攪拌5min左右(80-140轉(zhuǎn)/分鐘)。
(3)將聚合硫酸鐵加入。
(4)先快速攪拌(80-140轉(zhuǎn)/分鐘)3min，后中速攪拌(40-80轉(zhuǎn)/分鐘)10min，再慢速攪拌(10-40轉(zhuǎn)/分鐘)15min，后靜置沉降45min。
(5)靜沉45min后，取其上清液測定濁度。
采用本發(fā)明實施例1處理味精污水，其濁度去除率為95.12％。在相同條件下，單獨加入相同劑量的聚合硫酸鐵絮凝劑處理味精污水，其濁度去除率僅為84.39％。從以上比較實驗可以看出，采用本發(fā)明處理味精污水，濁度去除率高，絮凝劑用量少，污水處理成本大大降低，處理效果優(yōu)于現(xiàn)有各種市售絮凝劑。
實施例2與實例1不同之處在于原料以棕壤為主要成分，以聚合氯化鐵代替聚合硫酸鐵。
其制備方法為(1)用氯化鈣調(diào)節(jié)味精污水pH值到4.0左右。
(2)將已制備好的棕壤以污水化學(xué)需氧量(COD)的25％為基準(zhǔn)加入到污水中，進(jìn)行快速攪拌(5min左右)。
(3)將聚合氯化鐵加入。
(4)先快速攪拌(80-140轉(zhuǎn)/分鐘)3min，后中速攪拌(40-80轉(zhuǎn)份鐘)10min，再慢速攪拌(10-40轉(zhuǎn)/分鐘)15min，后靜置沉降45min。
(5)靜沉45min后，取其上清液測定濁度。
采用本發(fā)明實施例2處理味精污水，其濁度去除率為92.13％。在相同條件下，單獨加入相同劑量的聚合氯化鐵絮凝劑處理味精污水，其濁度去除率僅為80.09％。
實施例3與實例1不同之處在于原料以火山巖渣為主要成分，火山巖渣與聚合硫酸鐵的質(zhì)量比為25∶1。
其制備方法為(1)用氯化鈣調(diào)節(jié)味精污水pH值到7.0左右。
(2)將已制備好的火山巖渣以污水化學(xué)需氧量(COD)的25％為基準(zhǔn)加入到污水中，進(jìn)行快速攪拌(5min左右)。
(3)將聚合硫酸鐵加入。
(4)先快速攪拌(80-140轉(zhuǎn)/分鐘)3min，后中速攪拌(40-80轉(zhuǎn)/分鐘)10min，再慢速攪拌(10-40車轉(zhuǎn)/分鐘)15min，后靜置沉降45min。
(5)靜沉45min后，取其上清液測定濁度。
采用本發(fā)明實施例3處理味精污水，其濁度去除率為85.14％。在相同條件下，單獨加入相同劑量的聚合硫酸鐵絮凝劑處理味精污水，其濁度去除率僅為78.21％。
實施例4與實例1不同之處在于黑土與聚合硫酸鐵的質(zhì)量比為30∶1。
其制備方法為(1)用氯化鈣調(diào)節(jié)味精污水pH值到6.0左右。
(2)將已制備好的火山巖渣以污水化學(xué)需氧量(COD)的30％為基準(zhǔn)加入到污水中，進(jìn)行快速攪拌(5min左右)。
(3)將聚合硫酸鐵加入。
(4)先快速攪拌(80-140轉(zhuǎn)/分鐘)3min，后中速攪拌(40-80轉(zhuǎn)/分鐘)10min，再慢速攪拌(10-40轉(zhuǎn)/分鐘)15min，后靜置沉降45min。
(5)靜沉45min后，取其上清液測定濁度。
采用本發(fā)明實施例4處理味精污水，其濁度去除率為90.65％。在相同條件下，單獨加入相同劑量的聚合硫酸鐵絮凝劑處理味精污水，其濁度去除率僅為78.21％。
本發(fā)明利用含硅酸鹽類的天然材料，按一定比例和一定次序，與無機鐵鹽進(jìn)行復(fù)配，可達(dá)到對味精廢水進(jìn)行有效的絮凝處理。其中，含硅酸鹽類的天然材料涉及自然界廣泛存在的黑土、棕壤、紅壤和火山巖渣等，為該復(fù)配絮凝劑的主要成分，因而使其具有最大的生態(tài)安全性能。另一方面，為了增強復(fù)配絮凝劑的絮凝性能，加入一定比例的無機鐵鹽為輔助成分，并加入氫氧化鈣、氯化鈣、氫氧化鈉、石灰石和石膏等堿性物質(zhì)進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)。味精污水中加入本復(fù)配絮凝劑后，污水中高濃度有機物能迅速匯集分離，獲得中性水。采用本發(fā)明處理污水，使污水處理成本大大降低，污泥量少，沒有臭氣產(chǎn)生。與此同時，還顯著降低了無機鐵鹽絮凝劑對水處理設(shè)備的腐蝕性。處理后的污泥可進(jìn)行干燥提菌蛋白，回收利用。此種新型生態(tài)安全復(fù)配絮凝劑高效、經(jīng)濟、生態(tài)安全性好，對環(huán)境無二次污染。
權(quán)利要求
1.一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，其特征在于它含有硅酸鹽類天然材料的一種或幾種，以上述含有硅酸鹽類天然材料為主體，以占含有硅酸鹽類天然材料重量的1％-5％的無機鐵鹽物質(zhì)為輔助成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，其特征在于所述含硅酸鹽類的天然材料，包括自然界廣泛分布的黑土、棕壤、紅壤和火山巖渣中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，其特征在于所述的無機鐵鹽物質(zhì)為聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，其特征在于還包括占含硅酸鹽類的天然材料重量的10-20％的堿性物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，其特征在于所述的堿性物質(zhì)是氫氧化鈣、氯化鈣、氫氧化鈉、石灰石和石膏中的一種或幾種。
6.一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)選擇含有硅酸鹽類為主體的天然材料的一種或幾種進(jìn)行混合；2)將含有硅酸鹽類為主體的天然材料進(jìn)行篩選、干燥、碾磨成粒度為1-200目的顆粒，備用；3)選擇無機鐵鹽中的一種或幾種進(jìn)行混合；4)選擇堿性物質(zhì)中的一種或幾種進(jìn)行混合。
7.一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑的使用方法，其特征在于先加入含有硅酸鹽類天然材料劇烈攪拌絮凝后，再加入無機鐵鹽進(jìn)行輔助絮凝沉淀，包括如下步驟1)先用所選擇的堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)味精污水的pH值于4-7之間；2)根據(jù)不同水質(zhì)，將含有硅酸鹽類天然材料按規(guī)定的數(shù)量以粉末狀直接添加，標(biāo)準(zhǔn)添加量以相當(dāng)于污水中化學(xué)需氧量的10-30％為基準(zhǔn)；3)在轉(zhuǎn)速為80-140轉(zhuǎn)/分鐘下快速攪拌1min-5min；4)根據(jù)不同水質(zhì)，加入所選的無機鐵鹽物質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)添加量以占含有硅酸鹽類天然材料重量的1％-5％為基準(zhǔn)；5)先在轉(zhuǎn)速為80-140轉(zhuǎn)/分鐘下快速攪拌1min-10min，后在轉(zhuǎn)速為40-80轉(zhuǎn)/分鐘下中速攪拌5min-10min，再在轉(zhuǎn)速為10-40轉(zhuǎn)/分鐘下慢速攪拌10min-30min，后靜置沉降15min-2h；6)處理后的廢水排入生化池，實現(xiàn)復(fù)配絮凝劑與水的固液分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生態(tài)安全型天然復(fù)配絮凝劑，利用含硅酸鹽類的天然材料，按一定比例和一定次序，與無機鐵鹽進(jìn)行復(fù)配，可達(dá)到對味精廢水進(jìn)行有效的絮凝處理。其中，含硅酸鹽類的天然材料涉及自然界廣泛存在的黑土、棕壤、紅壤和火山巖渣等，為該復(fù)配絮凝劑的主要成分，因而使其具有最大的生態(tài)安全性能。另一方面，為了增強復(fù)配絮凝劑的絮凝性能，加入一定比例的無機鐵鹽為輔助成分，并加入堿性物質(zhì)進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)。使用方法為(1)先向味精廢水中加堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH值；(2)加入含硅酸鹽類的天然材料快速攪拌，進(jìn)行絮凝復(fù)配；(3)在快速攪拌后，再加入適量無機鐵鹽進(jìn)行輔助絮凝。采用本發(fā)明高效、經(jīng)濟、生態(tài)安全性好，對環(huán)境無二次污染。
文檔編號C02F1/52GK1817803SQ200510045869
公開日2006年8月16日 申請日期2005年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月7日
發(fā)明者劉睿, 周啟星, 張?zhí)m英 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所, 吉林大學(xué)