CN111039371A - 一种天然有机复合型絮凝剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然有机复合型絮凝剂及其制备方法和应用。以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包括改性壳聚糖5wt％～25wt％，钢渣5wt％～40wt％，改性淀粉10wt％～25wt％，氧化钾5wt％～20wt％，碳酸钙5wt％～10wt％，陶瓷粉15wt％～20wt％，以及瓜尔胶类化合物10wt％～15wt％。本发明还提供了一种天然有机复合型絮凝剂的制备方法及其在污水混凝沉淀处理中的应用。本发明提供的天然有机复合型絮凝剂可以通过吸附、絮凝等作用将废水中的污染物进行有效去除，达到净化水体的目的。
Description
技术领域
本发明涉及污水絮凝处理技术领域。更具体地，涉及一种天然有机复合型絮凝剂及其制备方法和应用。
背景技术
絮凝是水处理中不可缺少的工序，而絮凝剂在絮凝过程中起着决定性的作用。通常絮凝剂包括无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合型絮凝剂。当前常用的无机絮凝剂有铝盐、铁盐等，常用的有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺、木质素类、壳聚糖类和淀粉类等。铝盐和聚丙烯酰胺的复合使用在絮凝中最为常见。然而，近年来的研究表明，铝盐对人体具有一定的毒性，容易导致阿尔兹海默症，聚丙烯酰胺的残留会产生丙烯酰胺单体，而后者具有生物神经毒性。铁盐的腐蚀性、有色性限制了它的适用范围。
近年来，天然有机高分子絮凝剂被广泛研发，以替代铝盐和聚丙烯酰胺，例如木质素、壳聚糖、淀粉等天然有机大分子物质的改性研究。这些天然有机絮凝剂经过改性后，通常拥有不弱于聚丙烯酰胺的絮凝能力，而且无生物毒性。但它们通常都具有极高的制造成本，推广的经济性不足，且吸附能力有限。
复合型絮凝剂可以有效的避免天然有机絮凝剂的缺点。通过特定的制作工艺，将有机天然絮凝剂与其他复配物结合，既可以降低絮凝剂的成本，又可以提高絮凝剂的适用性、吸附和絮凝能力。
基于以上的原因，本发明提出了一种天然有机复合型絮凝剂及其制备方法和应用，在保证甚至提高絮凝剂的污染物去除能力的同时，降低絮凝剂的制作成本。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种天然有机复合型絮凝剂。
本发明的第二个目的在于提供一种天然有机复合型絮凝剂的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种天然有机复合型絮凝剂的应用。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种天然有机复合型絮凝剂，以所述天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，所述天然有机复合型絮凝剂包括：
本发明所述的天然有机复合型絮凝剂中，改性壳聚糖是一种天然有机高分子絮凝剂，壳聚糖分子中有大量的酰胺基、羟基，具有良好的吸附、絮凝能力，原料完全取自于自然界，改性后的壳聚糖可溶于水，絮凝能力大大增强；
改性淀粉与改性壳聚糖拥有类似的功能，二者共同使用，可以大大提高药剂的适用范围，提高絮凝剂对不同污染物的有效性；
氧化钾可以调节污水的pH值，为絮凝剂的使用创造合适的酸碱度；
瓜尔胶类化合物是一种增稠剂，可以提高絮凝剂的絮凝能力；
钢渣具有较高的吸附能力，可以对废水中的污染物进行吸附；
碳酸钙可以提高絮体的紧实度，使絮体形成后不易被打碎；
陶瓷粉可以使絮体与水迅速分离并团聚，使絮体不易破碎，与碳酸钙配合使用，可以有效的形成紧实、不易碎且含水量低的絮体，并迅速沉降。
上述组分相互配合，协同作用，可用于多种废水，缺少任一组分或者任一组分的含量改变都会导致本发明在不同废水的治理方面有不同程度的减弱。
优选地，所述改性壳聚糖包括2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、羧甲基壳聚糖和黄原酸钠壳聚糖中的一种或多种。
优选地，所述改性淀粉为丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉。
优选地，所述钢渣为钢铁厂炼钢过程中产生的废渣。
优选地，所述瓜尔胶类化合物包括瓜尔胶和/或瓜尔胶共聚物。
优选地，所述改性壳聚糖的目数为不低于100目。
优选地，所述钢渣的目数为不低于400目。
优选地，所述改性淀粉的目数为不低于100目。
优选地，所述陶瓷粉的目数为不低于400目。
优选地，所述碳酸钙的目数为不低于400目。
优选地，所述瓜尔胶类化合物的目数为100目。
优选地，所述改性壳聚糖、钢渣、改性淀粉、陶瓷粉、碳酸钙和瓜尔胶类化合物的目数比为100:400:100:400:400:100，氧化钾的目数不做限制。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
将改性壳聚糖、钢渣、改性淀粉、氧化钾、碳酸钙、陶瓷粉和瓜尔胶类化合物混合均匀，得到所述天然有机复合型絮凝剂。
优选地，所述改性壳聚糖、钢渣、改性淀粉、氧化钾、碳酸钙、陶瓷粉和瓜尔胶类化合物的混合均匀度为98％以上。
在上述步骤中，混合为本领域的常规技术手段，混合过程中可以进行搅拌，搅拌的目的是使各组分混合得更加充分，防止局部出现结块；此外，应当理解的是，上述混合步骤是在室温下进行的；此外，混合过程中，各组分的加入顺序不做具体要求，本领域技术人员可以现场作业需要合理调整该些原料的加入顺序。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种上述天然有机复合型絮凝剂在污水混凝沉淀处理中的应用。
另外，如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的天然有机复合型絮凝剂可以通过吸附、絮凝等作用将废水中的污染物进行有效去除，达到净化水体的目的。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法；所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得。
实施例1
本实施例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以该天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本实施例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
实施例2
本实施例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以该天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本实施例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
实施例3
本实施例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以该天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本实施例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
对比例1
本对比例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本对比例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将氯化钠、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将氯化钠粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
对比例2
本对比例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本对比例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将氯化钠、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、氯化钠粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
对比例3
本对比例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本对比例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、氯化钠和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、氯化钠粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
对比例4
本对比例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本对比例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、碳酸钙和氯化钠分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、氯化钠粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
对比例5
本对比例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本对比例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成400目粉末，将钢渣、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
对比例6
本对比例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本对比例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成400目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到90％时，得到天然有机复合型絮凝剂。
对比例7
本对比例提供了一种天然有机复合型絮凝剂，其中，以天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，该天然有机复合型絮凝剂包含：
本实施例还提供了上述天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其包括以下步骤：
1)室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶分别磨成100目粉末，将钢渣、碳酸钙和陶瓷粉分别磨成1000目粉末；
2)在室温下，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖粉末、钢渣粉末、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉粉末、氧化钾、碳酸钙粉末、陶瓷粉粉末和瓜尔胶粉末按比例投入混合器中进行搅拌，当混合均匀度达到98％以上时，得到天然有机复合型絮凝剂。
试验例1
本试验例提供了一种天然有机复合型絮凝剂在冶金行业浊环水处理中的应用，其包括以下步骤：
将实施例1制备得到的天然有机复合型絮凝剂、对比例1制备得到的天然有机复合型絮凝剂与某钢铁厂浊环废水分别于烧杯中混合搅拌，进行烧杯实验。
实验结果表明：某钢铁厂浊环废水的原水中悬浮物的含量为391.1mg/L；本试验例分别按照0.1mg/L、0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L、0.5mg/L、0.7mg/L、1mg/L的投加量将实施例1和对比例1的絮凝剂分别投加到浊环水原水中，各搅拌10min，随后静置2min，进行试验。其出水悬浮物的浓度如表1所示。从表中可见，实施例1的絮凝剂在投加量为0.3mg/L后出水悬浮物浓度即已下降到20mg/L以下，而在0.5mg/L及以上后即稳定在10mg/L以下的悬浮物浓度；而对比例1的絮凝剂则因为缺少了壳聚糖而效果大打折扣，最好的处理结果仍然残留45.1mg/L的悬浮颗粒物浓度。结果证明本发明实施例1的絮凝剂有效的去除了废水中的悬浮颗粒物，而2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖发挥了至关重要的作用。
表1 浊环废水治理结果
试验例2
本试验例提供了一种天然有机复合型絮凝剂在含汞废水处理中的应用，其包括以下步骤：
将实施例2制备得到的天然有机复合型絮凝剂、对比例2制备得到的天然有机复合型絮凝剂与某化工厂含汞废水分别于烧杯中混合搅拌，进行烧杯实验。
实验结果表明：某化工厂含汞废水的原水中汞的含量为194.1mg/L；本应用例分别以1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、7mg/L、9mg/L的投加量，各搅拌20min，进行试验。其投加后残余汞的浓度如表2所示。可见，实施例2中的絮凝剂在投加量为7mg/L时，有效的去除了废水中的汞，水中残余汞的含量仅0.52mg/L；而对比例的絮凝剂，优于缺少了起到关键吸附作用的钢渣，对汞的去除能力大大减弱。
表2 含汞废水治理结果
试验例3
本试验例提供了一种天然有机复合型絮凝剂在在黑臭水体治理工程中的应用，其包括以下步骤：
将实施例3、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6和对比例7制备得到的天然有机复合型絮凝剂与某河道获取的黑臭河道污水分别于烧杯中混合搅拌，进行烧杯实验。
实验结果表明：本试验例以2mg/L的投加量，将实施例3、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6和对比例7中的絮凝剂加入到黑臭水体的污水中，随后分别搅拌2min，随后各自静置10min，进行试验。其投加效果如表3所示。可见，将本发明实施例3的絮凝剂应用于黑臭河道净化，水体中的COD、BOD、总磷、总氮等都得到了有效去除；对比例3对黑臭水体的处理效果接近实施例3，但是由于絮凝剂缺少了碳酸钙，导致产生的污泥紧实度不够，污泥比较松散，实际使用过程中易被打碎，增加沉降的时间及出水的浊度；对比例4的处理效果也较好，但是由于缺少了陶瓷粉，导致絮体的沉降速度；对比例5中，由于2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉、瓜尔胶研磨后的颗粒较大，致使絮凝剂的比表面积下降，絮凝剂的絮凝能力下降；对比例6中，由于絮凝剂的混合度较低，导致絮凝剂不能均匀在水中分布，从而导致絮凝能力下降；对比例7中，由于钢渣、碳酸钙、陶瓷粉的颗粒较大，比表面积下降，导致吸附能力下降，出水残留COD和BOD较高。
表3 黑臭水体治理结果
综上所述，本发明的一种天然有机复合型絮凝剂的各组分之间相互配合，协同作用，使其对污水中污染物的絮凝的作用效果最优；其中，缺少壳聚糖导致絮凝剂对悬浮物的沉降能力严重下降；缺少钢渣导致絮凝剂对污水中重金属离子的吸附能力严重下降；缺少碳酸钙或者陶瓷粉的情况下，都会导致絮体的质量下降，不利于澄清及污泥的处理处置。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种天然有机复合型絮凝剂，其特征在于，以所述天然有机复合型絮凝剂的总重量为100wt％计，所述天然有机复合型絮凝剂包括：
2.根据权利要求1所述的天然有机复合型絮凝剂，其特征在于，所述改性壳聚糖包括2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、羧甲基壳聚糖和黄原酸钠壳聚糖中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的天然有机复合型絮凝剂，其特征在于，所述改性淀粉为丙烯酰胺接枝共聚改性淀粉。
4.根据权利要求1所述的天然有机复合型絮凝剂，其特征在于，所述钢渣为钢铁厂炼钢过程中产生的废渣。
5.根据权利要求1所述的天然有机复合型絮凝剂，其特征在于，所述瓜尔胶类化合物包括瓜尔胶和/或瓜尔胶共聚物。
6.根据权利要求1所述的天然有机复合型絮凝剂，其特征在于，所述改性壳聚糖的目数为不低于100目；所述钢渣的目数为不低于400目；所述改性淀粉的目数为不低于100目；所述陶瓷粉的目数为不低于400目；所述碳酸钙的目数为不低于400目；所述瓜尔胶类化合物的目数为100目。
7.根据权利要求1所述的天然有机复合型絮凝剂，其特征在于，所述改性壳聚糖、钢渣、改性淀粉、陶瓷粉、碳酸钙和瓜尔胶类化合物的目数比为100:400:100:400:400:100。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将改性壳聚糖、钢渣、改性淀粉、氧化钾、碳酸钙、陶瓷粉和瓜尔胶类化合物混合均匀，得到所述天然有机复合型絮凝剂。
9.根据权利要求8所述的天然有机复合型絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述改性壳聚糖、钢渣、改性淀粉、氧化钾、碳酸钙、陶瓷粉和瓜尔胶类化合物的混合均匀度为98％以上。
10.一种如权利要求1～7任一项所述的天然有机复合型絮凝剂在污水混凝沉淀处理中的应用。
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