一种污水复式处理剂及其制备方法和应用的制作方法

专利名称：一种污水复式处理剂及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理剂的改进，特别是一种污水复式处理剂及其制备方法和应用，属污水处理领域。
背景技术：
为保护受纳水体的生态安全和公共卫生安全，一些发达国家于20世纪后期，已经在污水处理中采用建设投资少，运行费用低，可以有效限磷、限菌的化学一级强化絮凝工艺(即CEPT法)。我国在2003年7月1日实施的国家标准GB18918-2002“城镇污水处理厂污染物排放标准”中，才第一次将总磷、粪大肠菌群数纳入基本控制项目之中，开始与国际接轨。
我国城镇污水处理厂过去大多采用二级生化处理工艺，虽然处理效果好，可以满足当时标准要求，但生化处理除磷能力低，不能同步除菌，难以满足国家标准GB18918-2002的要求。特别是采用生化处理工艺建厂投资大，运行费用高，致使我国城镇污水处理建厂难，维持稳定运行更难，过重的经济负担一直在拖水环境治理的后腿。为此，近年由国外最先兴起的强化絮凝工艺开始在我国推广。
强化絮凝工艺处理水平及运行成本高低，关键在使用的处理剂。纵观国内外采用强化絮凝工艺所用的处理剂多为低剂量的铁盐或铝盐与聚丙烯酰胺(PAM)复配使用，虽然除磷能力有很大提高，但仍有一些不足之处影响国家标准GB18918-2002的贯彻执行1.磷的去除率只有80％左右，原水总磷含量一旦偏高，就难以达到标准要求，更多的去除总磷对控制水体富营养化更加有利；2.除菌能力低，处理出水达不到再生回用的基本要求；3.处理剂生产消耗大量的资源，成本高，不利于污水处理产业化运营。

发明内容
本发明的目的是提供一种去除污染物能力更强、除磷除菌更彻底、更为经济的污水复式处理剂及其制备方法和应用。
本发明的一个目的是提供这种污水复式处理剂。
这种污水复式处理剂，由铁盐和铝盐按一定比例制备的混凝、反应剂和碱性钙盐制备的助凝剂两部分组成，复配使用，其组成及重量配比如下(1)混凝、反应剂由下列重量份的原料制成FeSO4·7H2O 2-30份H2SO41.2-8份NaClO30.5-4份粉煤灰 8-24份HCl 12-55份母液用水 200-600份配制用水 600-1000份。
(2)助凝剂由下列重量份的原料制成电石渣 8-20份配制用水 600-1000份。
所述的电石渣也可选用石灰乳。
为降低处理成本、提高资源利用水平，实现以废治污，本发明的污水复式处理剂以工业生产中的废渣、废灰、废水、废酸为主要原料。
所述的FeSO4·7H2O为轧钢厂酸洗废水冷却后纯度为98％的FeSO4·7H2O结晶物；所述的H2SO4为化工生产中用过的无有害物的浓度为93％的H2SO4；所述的粉煤灰为火力发电厂的Al2O3含量在25％以上的粉煤灰；所述的HCl为化工生产中用过的无有害物的浓度为31％的HCl；所述的电石渣为Ca(OH)2含量在70％以上的电石渣；所述的石灰乳为Ca(OH)2含量在70％以上的石灰乳；所述的母液用水、配制用水均为自来水。
本发明的另一目的是提供这种污水复式处理剂的制备方法。
A、混凝、反应剂的制备方法包括下述步骤(1)将所述重量份的HCl置于可搅拌的容器A中，边搅拌边加入所述重量份的粉煤灰，搅拌均匀反应升温后，静置反应到常温，再加入5-9倍所述HCl和粉煤灰重量份的母液用水搅拌均匀，得铝盐母液备用；
(2)用1-3倍所述NaClO3重量份的母液用水溶解NaClO3，得NaClO3水溶液备用；(3)将2-3倍所述FeSO4·7H2O重量份的50℃母液用水置入可搅拌的容器B中，再将所述重量份的H2SO4缓缓加入，升温至80-90℃后，将1/2所述重量份的FeSO4·7H2O缓缓加入搅拌，再缓缓加入1/2(2)所得NaClO3水溶液，搅拌使FeSO4·7H2O开始溶解反应变色，待大部分FeSO4·7H2O溶解后，再将剩余的1/2所述重量份的FeSO4·7H2O和剩余的1/2(2)所得NaClO3水溶液，依次陆续缓缓加入继续搅拌反应，至溶液逐渐变成棕红色透明溶液时，再加入3-6倍所述FeSO4·7H2O、H2SO4和NaClO3重量份的母液用水搅拌均匀，得铁盐母液备用；(4)在搅拌中向(1)所得铝盐母液中加入铝盐母液和铁盐母液2-3倍重量份的配制用水，搅拌均匀得铝盐稀液后，在搅拌中再向铝盐稀液中加入(3)所得铁盐母液，搅拌均匀，得混凝、反应剂。
上述步骤中，其化学反应式为式1，式中n＞1的整数，其中，聚合氯化铝含量820-880mg/L。
式2，式中n＞1的整数，其中，全铁含量2.2-2.8×104mg/L。
所得混凝、反应剂中，聚合氯化铝及全铁混合含量为1-9g/L。
B、助凝剂的制备方法包括下述步骤(1)将所述重量份的水加入可搅拌的容器C中；(2)在搅拌中加入所述重量份的电石渣，搅拌均匀后得助凝剂。
所述的电石渣也可选用石灰乳。
本发明的又一目的是这种污水复式处理剂的应用。
本发明的污水复式处理剂的用途在于处理污水。
所述的污水包括城镇污水或工业污水。
所述的城镇污水指城镇居民生活污水，机关、学校、医院、商业服务机构及各种公共设施排水，以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水和初期雨水。
所述的工业污水包括造纸废水、玉米淀粉生产工艺水、轮胎生产热水站溢流水、锅炉除渣水、垃圾渗滤液等。
所述的造纸废水包括硫酸盐法针叶木浆废水、全麦草浆废水、化学棉浆废水、漂白末端洗水等。
本发明的污水复式处理剂主要原料是工业生产中的废渣、废灰、废水或副产品，取材容易，成本低(生产成本按目前市场价，每升混凝、反应剂仅在0.015～0.025元)；制备工艺简单，采用一般通用设备即可实施；无三废产生；有利于推广应用。
使用本发明污水复式处理剂处理污水时，先将混凝、反应剂定量加入污水中，使之与污染物进行充分的混合反应后，再将助凝剂定量加入与污染物进行再反应。一般2～3分钟大部分污染物即可从水中析出，再经液固分离即可达到水质净化的目的。具有污水处理工艺简单、流程短、所需设备成本低、占地面积小、投资少、运行费用低、去除率高等优点，具有广泛的推广价值，实施后必将产生显著的社会效益和经济效益。
具体实施例方式
下面结合给出的实施例和试验例对本发明作进一步描述，但本发明并不限于实施例，本专业普通技术人员所作的等效改变，均应在本发明保护范围之内。
实施1-5污水复式处理剂的制备实施例1-5所用各原料重量(kg)配比及所得处理剂(L)见表1。
制备方法以实施例3为例，其它实施例除原料用量不同外基本与实施例3相同。各实施例中，混凝、反应剂制备各工艺步骤所用原料、生成反应物以及混凝、反应剂所含有效组份详见表2，表中总母液用水为铝盐母液用水、50℃热水、溶解NaClO3用水和铁盐母液用水之和，总用水为总母液用水和配制用水之和。
实施例3制备方法如下(1)将16.6kg HCl置入搅拌反应器A中，边搅拌边加入10kg粉煤灰，搅拌均匀反应升温，升温停止后，停止搅拌静置降温到常温，再加入181kg的母液用水搅拌均匀，得铝盐母液200L备用。
(2)用5.4kg母液用水溶解2.1kg NaClO3，得NaClO3水溶液备用。
(3)将36kg 50℃的母液用水置于搅拌反应器B中，再将4.1kg H2SO4缓缓加入水中，搅拌升温到80～90℃后，将9kg FeSO4·7H2O缓缓加入搅拌，再将NaClO3水溶液的1/2缓缓加入，边加边搅拌待大部分FeSO4·7H2O溶解后，再将剩余的9kg FeSO4·7H2O和剩余的1/2NaClO3水溶液，依次陆续缓缓加入继续搅拌反应，至溶液逐渐变成棕红色透明溶液时，再加入95.5kg的母液用水搅拌均匀，得铁盐母液150L备用。
(4)在搅拌的铝盐母液中加入700kg配制用水，搅拌均匀得铝盐稀液后，再在搅拌中加入所得铁盐母液，搅拌均匀后，得1050L混凝、反应剂。
(5)将991kg水置入搅拌反应器C中，边搅拌边加入10kg电石渣，搅拌均匀后得1000L助凝剂。
各实施例中原料来源、要求及处理后的使用条件，见表3。
表1

表2


使用本发明污水复式处理剂处理污水的方法首先向稳定流量的污水中加入混凝、反应剂充分混合反应后，再定量加入助凝剂，混合反应后2-3分钟即可完成结絮过程，最后经液固分离达到污水净化的目的。
定量污水要稳定流量。
处理剂要依污水中污染物质组分及含量，通过小试选择最佳用量。以城镇污水为例，原水CODCr150～500mg/L时，参考用量为混凝、反应剂 6-9L/M3污水；助凝剂 5-8L/M3污水(反应终点PH6.7-8)。
混合反应条件柔性搅拌。
混合反应时间混凝反应20～30秒；助凝反应25～40秒。
混合反应设备发明人推荐使用实用新型专利ZL200420011559.6号“水处理用柔性分段连续混合反应器#产品。该反应器外形为管状，包括壳体、壳体两端连接的盲板，在壳体上设进、出水管，壳体内设置带搅拌棒的导水螺旋。处理剂在混合反应器中按顺序按时间进行柔性混合反应。
本发明突出的除磷效果，是通过二次反应实现的，先加入的混凝、反应剂在水中产生大量水合物，并生成正价氢氧化铁，一方面与污水中带有负电荷的污染物进行电中和、脱稳、絮凝、沉淀。同时在PH7以下时，污水中的磷酸盐会与氢氧化铁反应生成溶于水的磷酸铁。助凝剂加入后，其氢氧化钙的钙离子又会置换铁离子生成不溶于水的磷酸钙，析出沉淀。
本发明突出的除菌效果，是利用处理剂中聚合硫酸铁对氨基酸类物质有较强的聚合桥联作用。粪大肠菌类的细胞壁的化学组份正是蛋白质类，多价铁可以通过对菌细胞壁将粪大肠菌群聚合，而当助凝剂加入后污水PH值调至6.7-8，达到蛋白质类聚合物的等电点时大量粪大肠菌群即随之从水中折出，达到去除的目的。
下面通过试验例进一步表明本发明污水复式处理剂的突出效果。
试验例1 城镇污水处理静态试验水样取自吉林市松江东路市政排污口城镇污水。
处理方法取200ml城镇污水，先加入实施例3所得1.8ml混凝、反应剂，缓慢搅拌20秒后加入助凝剂至PH7时为止，轻轻搅拌20秒，静置1小时取上清液分析。
分析单位吉林市环境保护监测站。
分析结果见表4。
表4

结论1.CODcr去除率高于环境水化学国家重点实验室采用化学强化絮凝工艺在国内深圳、北京、上海、山东、云南等城市所作的实验报告中76％的最高去除率；2.除磷能力突出，去除率高达98.4％，未见国内外报导；3.降污除磷同步去除粪大肠菌群数比较彻底，可满足污水再生回用要求。
试验例2 城镇污水连续动态处理试验试验地点吉林市松花江边锦东花园排污口一侧。
处理能力2M3/小时。
处理时间2002年10月10日-10月27日，共18天。
水温6-7℃。
处理方法专门研究制造了一套占地仅3M2的污水处理连续实验装置，该装置由5个处置单元组成1.污水配送单元由1台污水用潜水泵和1个转子流量计组成；2.处理剂投加单元由2台计量泵和2个带空气搅拌的处理剂桶组成；3.混合反应单元由“水处理用柔性分段连续混合反应器”构成；4.液、固分离单元，由高效斜板澄清器和纤维过滤器组成；5.污泥处置单元由污泥脱水器构成。
污水用潜水泵由污水沟中提出经流量计定量(2M3/小时)送入“水处理用柔性分段连续混合反应器”中，与由计量泵先后定量(混凝、反应剂6-9L/M3；助凝剂4-7L/M3)送入的污水复式处理剂，先后进行混合反应(反应终点PH7)。完成反应的污水自流入高效斜板澄清器中下部，边结絮边分离，清水上升到顶部进入排水出口，经纤维过滤器过滤后排出，下沉固形物集于高效斜板澄清器底部的集泥斗中，定时排出由污泥脱水器脱水。
检测单位吉林市环境保护监测站。
处理结果见表5。
结论试验证明本发明污水复式处理剂具有以下特点1.除磷效果突出；2.同步消毒除菌能力强；3.有机污染物去除率较高；4.处理剂本身无毒无害，对污泥无不利影响；
5.占地小，投资少，运行成本低。
表5

试验例3 生活污水处理应用试验试用单位吉林市松花湖风景区电力培训中心。
试验装置按连续动态处理试验装置参数，设计制造由试验例2中5个处置单元组成的CDT型生活污水深度处理装置，实际应用。
处理能力50M3/天。
取样时间2004年8月10日。
处理剂用量混凝、反应剂 8L/M3；助凝剂5L/M3。
处理结果见表6。
表6

结论试验证明本发明污水复式处理剂处理出水可以达到GB18918-2002国家标准要求，对控制湖体富营养化、保护水环境生态安全有利，可满足风景区公共卫生安全要求。
试验例4 工业污水处理静态试验检测单位吉林市环境保护科学研究院分析化验室。
分析检测结果见表7。
表7

说明1、用本发明污水复式处理剂处理玉米淀粉生产工艺废水，提取固形物蛋白含量高达38-42％，可用作饲料添加剂，提高资源利用率，为企增效，处理后废水生化性大大提高，有利于后续生化处理。
2、垃圾渗滤液处理后，液体透明微黄、无臭味，有利于后续处理。
3、KP针叶木浆为硫酸盐法针叶木浆。
结论试验证明本发明污水复式处理剂处理各种工业污水均具有较好效果，特别是对玉米淀粉生产工艺水的处理，即可降低污染负荷又可提取水解蛋白，提高了资源利用率。
试验例5不同污水处理剂污水处理效果对比本发明污水复式处理剂与国内其它污水处理剂的处理效果(去除率)对比如表8。
表8

说明用硫酸铝+PAM处理剂处理效果取自对上海某大型强化絮凝水质净化厂处理效果的调研报告；用聚合硫酸铝+PAM处理剂处理效果取自中国科学院生态研究中心环境水化学国家重点实验室栾兆坤等的文章“适于城镇污水处理的强化絮凝工艺”，刊登在《中国给水排水》2002年第1期。
对比表明本发明的污水复式处理剂的效能高于国内现有污水处理剂。更突出的是实现了以废治污的循环经济要求，并且生产工艺简单，生产成本低，容易实施。为贯彻执行GB18918-2002国家标准，实现污水处理产业化经营，大面积改善我国生态环境提供了很好的条件，推广意义重大。
试验例6 本发明污水复式处理剂有效组份检测样品实施例3制备中所得的铝盐母液、铁盐母液。
检测单位中油吉林石化公司环境保护监测站。
分析检测结果见表9。
表9

结论1、上述分析表明，本发明的处理剂有效组份符合国家标准要求；2、用工业废水、废灰、废渣可以制备成高效污水处理剂；3、达到了以废治污，降低污水处理成本，提高资源利用水平的目的，为开创我国污水治理新局面提供了有利条件。
权利要求
1.一种污水复式处理剂，其特征在于组成及重量配比如下(1)混凝、反应剂由下列重量份的原料制成FeSO4·7H2O 2-30份H2SO41.2-8份NaClO30.5-4份粉煤灰 8-24份HCl 12-55份母液用水200-600份配制用水600-1000份；(2)助凝剂由下列重量份的原料制成电石渣 8-20份配制用水600-1000份。
2.根据权利要求1所述的污水复式处理剂，其特征在于所述的电石渣也可选用石灰乳。
3.根据权利要求1或2所述的污水复式处理剂，其特征在于所述的FeSO4·7H2O为轧钢厂酸洗废水冷却后纯度为98％的FeSO4·7H2O结晶物；H2SO4为化工生产中用过的无有害物的浓度为93％的H2SO4；粉煤灰为火力发电厂的Al2O3含量在25％以上的粉煤灰；HCl为化工生产中用过的无有害物的浓度为31％的HCl；电石渣为Ca(OH)2含量在70％以上的电石渣；石灰乳为Ca(OH)2含量在70％以上的石灰乳；母液用水、配制用水为自来水。
4.权利要求1所述的一种污水复式处理剂的制备方法，其特征在于A、混凝、反应剂的制备方法包括下述步骤(1)将所述重量份的HCl置于可搅拌的容器A中，边搅拌边加入所述重量份的粉煤灰，搅拌均匀反应升温后，静置反应到常温，再加入5-9倍所述HCl和粉煤灰重量份的母液用水搅拌均匀，得铝盐母液备用；(2)用1-3倍所述NaClO3重量份的母液用水溶解NaClO3，得NaClO3水溶液备用；(3)将2-3倍所述FeSO4·7H2O重量份的50℃母液用水置入可搅拌的容器B中，再将所述重量份的H2SO4缓缓加入，升温至80-90℃后，将1/2所述重量份的FeSO4·7H2O缓缓加入搅拌，再缓缓加入1/2(2)所得NaClO3水溶液，搅拌使FeSO4·7H2O开始溶解反应变色，待大部分FeSO4·7H2O溶解后，再将剩余的1/2所述重量份的FeSO4·7H2O和剩余的1/2(2)所得NaClO3水溶液，依次陆续缓缓加入继续搅拌反应，至溶液逐渐变成棕红色透明溶液时，再加入3-6倍所述FeSO4·7H2O、H2SO4和NaClO3重量份的母液用水搅拌均匀，得铁盐母液备用；(4)在搅拌中向(1)所得铝盐母液中加入铝盐母液和铁盐母液2-3倍重量份的配制用水，搅拌均匀得铝盐稀液后，在搅拌中再向铝盐稀液中加入(3)所得铁盐母液，搅拌均匀即得；B、助凝剂的制备方法包括下述步骤(1)将所述重量份的水加入可搅拌的容器C中；(2)在搅拌中加入所述重量份的电石渣，搅拌均匀后即得。
5.根据权利要求4所述的一种污水复式处理剂的制备方法，其特征在于所述的电石渣也可选用石灰乳。
6.权利要求1所述的一种污水复式处理剂的用途，其特征在于处理污水。
7.根据权利要求6所述的一种污水复式处理剂的用途，其特征在于污水包括城镇污水或工业污水。
8.根据权利要求7所述的一种污水复式处理剂的用途，其特征在于城镇污水指城镇居民生活污水，机关、学校、医院、商业服务机构及各种公共设施排水，以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水和初期雨水。
9.根据权利要求7所述的一种污水复式处理剂的用途，其特征在于工业污水包括造纸废水、玉米淀粉生产工艺水、轮胎生产热水站溢流水、锅炉除渣水、垃圾渗滤液。
全文摘要
本发明的污水复式处理剂，由混凝、反应剂和助凝剂两部分组成，复配使用。混凝、反应剂由下列重量份的原料制成FeSO
文档编号C02F1/52GK1778702SQ200510017189
公开日2006年5月31日 申请日期2005年10月10日 优先权日2005年10月10日
发明者赵青海, 陈新 申请人:赵青海, 陈新