一种高效生活污水处理絮凝剂及其制备方法和应用

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本发明属于污水处理，具体涉及一种高效生活污水处理絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着人均需水量不断增加，城市污水总排放量也随之增加。大多数生活污水中含有氮、磷等营养盐及病原物和有机物等污染物，部分生活污水中还含有重金属，如果不经过处理直接排入河流、湖泊，将严重污染生态环境，损害人体健康。

2、目前，生活污水处理方法主要有生化处理、活性炭处理、絮凝沉降、膜分离法、电解法和湿式催化氧化法等。其中生化处理后的水色度偏高，而活性炭深度处理、膜分离、电解和湿式催化氧化法的处理成本高，实际应用受到极大制约。相比较，絮凝沉降法具有经济、高效、操作简便等特点，而絮凝沉降法的核心是絮凝剂的选择。现有技术中，最常用的絮凝剂是聚合氯化铝(pac)和聚丙烯酰胺(pam)。但pac存在架桥能力弱、沉降速度慢、絮体松散易碎、出水浑浊、残余铝含量较高等缺点；而pam在低温时存在溶解时间长，投加量过大会导致水粘稠、流动性减弱、堵塞加药管道，同时pam质量的稳定性差；若将pac和pam单独使用，很难将污水中的有机物和无机物同时沉降下来，絮凝效果不佳，且会造成二次污染。

3、我国西北地区黄土资源极其丰富，但至今黄土资源尚未被全面开发和充分利用，造成了资源浪费。发明人在探索黄土资源化利用方案时，研发出一种混凝剂及其在水性涂料废水中的应用(cn113461126a)，以黄土为原料，制备fenton试剂、聚硫酸铝铁和多孔结构材料，复配改性壳聚糖得到的混凝剂。但是，前述方案存在黄土改性工艺复杂、混凝剂的制备成本高、稳定性差、而且，对生活污水的絮凝效果不理想等诸多问题。

4、苹果渣是苹果加工过程中的废弃物,约占苹果的25％。苹果渣目前尚无有效的利用途径与技术,一般被倾倒到农田，造成诸多问题：一方面，由于不受控制的发酵和250～300g/kg的化学耗氧量(cod)，而且数量巨大的苹果渣在自然生物降解时也需大量的生物耗氧量(bod)；另一方面,苹果渣含有大量的水分,且容易发酵,若随意处置,将会对空气与地下水造成严重污染。因此，安全有效地处理苹果渣,预防环境污染成为一个普遍性需要解决的问题。

5、因此，发明一种安全环保、絮凝效果好、生产成本低的絮凝剂是目前生活污水处理领域亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高效生活污水处理絮凝剂，其仅以黄土和苹果渣为原料，经改性、聚合、复配、熟化等过程，从而获得无机-有机高分子复合絮凝剂。该絮凝剂无毒无害，短时间内能同时有效沉降污水中的有机物和无机物，絮凝效果好。仅需少量絮凝剂即可达到优异的污水处理效果，对水体中浊度、色度、bod5、cod和粪大肠菌群的去除均有明显的优势。另外，絮凝体易生物降解，不会造成二次污染，可有效解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种高效生活污水处理絮凝剂，包括组分a和组分b；

3、所述组分a是仅以黄土作为硅源、铝源和铁源，采用碱熔、酸浸、聚合的工艺得到的无机高分子聚合物；在絮凝剂中起黏结聚集、吸附电中和、吸附架桥和卷扫网捕的作用；

4、所述组分b是通过改性苹果渣得到的有机高分子聚合物；在絮凝剂中起乳化和胶凝化作用，同时也为组分a提供载体，提高组分a的稳定性；

5、组分a和组分b经复配、熟化、干燥、研磨、过筛，形成所述絮凝剂。

6、在一优选的实施方式中，所述组分a和组分b按重量份计的比为(23～28):10。

7、在一优选的实施方式中，所述组分a的制备方法包括以下步骤：

8、s1、将黄土分散于纯水中，自然沉降，除去上层悬浮液和底层细砂粒和杂质，取中间的黄土泥浆进行离心、烘干、粉碎过筛，得到黄土粉；

9、s2、将黄土粉与na2co3均匀混合后，焙烧、研磨、酸浸、水稀释后抽滤，得到滤液i和滤渣；

10、s3、将滤渣碱浸、过滤，将得到的滤液ii经酸化、聚合后，再与滤液i混合，碱化、陈化，得到组分a。

11、在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述黄土为清洁的、含水率在5％以下的黄土。

12、在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述黄土与纯水按重量份计的比为1:(3.0～4.0)。

13、在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述自然沉降时间为5.0～7.0h。

14、在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述烘干可采用本领域技术人员所掌握的常规装置及条件，去除黄土泥浆中的水分即可，优选的，所述烘干条件为以80～100℃下烘干2.0～6.0h。

15、在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述过筛为100目筛，可使得到的黄土粉粉质细腻，利于后续改性。

16、在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述黄土粉与na2co3按重量份计的比为(18～22):(3～7)。

17、在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述焙烧条件：在700～850℃的马弗炉中焙烧2.0～2.5h。

18、在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述研磨可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，优选的，所述研磨方式为冷却至室温后，研磨过100目筛。

19、在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述酸浸条件：将5.0～7.0mol/l盐酸与黄土粉按重量份计的比为(4.0～5.0):1混合后，在水浴环境中搅拌浸提1.5～3.0h；其中，水浴温度为80～90℃；搅拌转速为200～400r/min；

20、更优选的，所述酸浸条件：将6.0mol/l盐酸与黄土粉按重量份计的比为(4.0～5.0):1混合后，在80～90℃的水浴中以300r/min搅拌浸提2.0～2.5h。

21、在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述加水稀释步骤中，稀释用水与黄土粉按重量份计的比为(12.0～15.0):1。

22、在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述碱浸条件：将5.0～7.0mol/l naoh溶液与滤渣混匀后，在水浴环境中搅拌浸提1.0～2.5h；其中，naoh溶液与黄土粉按重量份计的比为(2.0～2.5):1，水浴温度为60～80℃；搅拌转速为200～400r/min；

23、更优选的，所述碱浸条件：将6.0mol/l naoh溶液与滤渣混匀后，在60～80℃水浴中以300r/min搅拌浸提1.5～2.0h。

24、在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述酸化条件：在滤液ii加入1.0mol/l盐酸溶液，调节ph至1.8～2.2。

25、在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述聚合条件：在室温下搅拌聚合2.0～2.5h，静置活化2.0～3.0h；其中，搅拌转速为200～400r/min，优选的，搅拌转速为300r/min。

26、在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述碱化条件：水浴环境中，在0.5h内缓慢滴加0.30mol/l naoh溶液使体系ph至5.8～6.2，并持续搅拌0.5～1.0h，使之不发生沉淀；其中，水浴温度为50～60℃，搅拌转速为200～400r/min；优选的，加入naoh溶液使体系ph至6.0，搅拌转速为300r/min。

27、在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述陈化条件：室温下静置陈化12.0～18.0h。

28、本发明中，通过上述工艺设计以及设置适宜的处理条件，能使黄土中的氧化硅、氧化铝和氧化铁充分转变为聚硅酸铝铁、聚硅酸、聚铝、聚铁等无机高分子聚合物，形成一种复合无机絮凝剂。从而无需再额外加入铁源、铝源，以减少使用化工助剂。

29、在一优选的实施方式中，所述组分b的制备方法包括以下步骤：

30、将苹果渣经过粉碎过筛、温水洗涤、酸浸、乙醇洗涤、烘干、研磨过筛后，得到组分b。

31、在一优选的实施方式中，所述苹果渣的制备方法为：将新鲜苹果洗净、切片、榨汁取渣，自然晾干或烘干后，粉碎过100目筛。

32、在一优选的实施方式中，所述苹果渣与黄土粉按重量份计的比为1:2。

33、在一优选的实施方式中，所述组分b的制备方法中，所述温水洗涤条件：用40～60℃纯水洗涤2～3次，每次用水与苹果渣按重量份计的比为5:1。

34、在一优选的实施方式中，所述组分b的制备方法中，所述酸浸条件：将5.0～7.0mol/l盐酸与苹果渣按重量份计的比为5:1，调节体系ph至1.5～2.0，在水浴环境中搅拌2.0～3.0h；其中，水浴温度为90～100℃；搅拌转速为200～400r/min；

35、更优选的，所酸浸条件：将6.0mol/l盐酸与苹果渣按重量份计的比为5:1，调节体系ph至1.5～2.0，在90～100℃水浴环境中，以300r/min搅拌2.0～3.0h。

36、在一优选的实施方式中，所述组分b的制备方法中，所述乙醇洗涤：反复用体积分数为80～95％乙醇洗涤至滤液呈中性；优选的，每次洗涤时乙醇用量与苹果渣按重量份计的比为2:1。

37、在一优选的实施方式中，所述组分b的制备方法中，所述烘干可采用本领域技术人员所掌握的常规装置及条件，优选的，所述烘干条件为：以40～60℃下烘干2.0～6.0h。

38、在一优选的实施方式中，所述组分b的制备方法中，所述研磨可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，优选的，研磨后过100目筛。

39、在本发明中，先用温水洗涤苹果渣除去表面的杂质，再经过盐酸浸提、乙醇沉降工艺，将苹果渣内部的果胶等高分子聚合物提取至表面，以增大与污染物的接触面，提升絮凝效果。将其与多孔形貌的改性黄土复配后，可协同增加对无机和有机污染物的絮凝能力，制备得到的絮凝剂离子度高、易溶于水、水解稳定性好，具有絮凝和消毒的双重性能，对生活污水中浊度、色度、bod5和cod等指标均有很好的去除效果。

40、本发明的另一目的在于提供一种高效生活污水处理絮凝剂的制备方法，整体制备方法简单、对设备和能耗的依赖较少，尤其适合大规模工业化生产。

41、为实现上述目的，本发明提供一种高效生活污水处理絮凝剂的制备方法，将组分a和组分b混合，用盐酸或naoh溶液调节体系ph为3.5～4.5，加热搅拌、静置熟化，烘干、研磨，即得所述絮凝剂。

42、在一优选的实施方式中，所述盐酸或naoh溶液的浓度为1.0mol/l。

43、在一优选的实施方式中，所述调节体系ph为4.0。

44、在一优选的实施方式中，所述加热搅拌条件为：在70～80℃下以200～400r/min搅拌2.5～3.5h。

45、在一优选的实施方式中，所述静置熟化时间为24.0～36.0h。

46、在一优选的实施方式中，所述烘干可采用本领域技术人员所掌握的常规装置及条件，优选的，所述烘干条件为：以40～60℃下烘干2.0～6.0h。

47、在一优选的实施方式中，所述研磨可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，优选的，研磨后过150目筛。

48、本发明的另一目的在于提供一种所述的高效生活污水处理絮凝剂在生活污水处理领域的应用。本发明以黄土为硅源、铝源和铁源，通过改性制备无机高分子聚合物；以苹果渣为生物高分子材料源，通过改性制备天然有机高分子聚合物；将无机高分子聚合物与天然有机高分子聚合物复配、熟化，制得用于处理生活污水的絮凝剂。其制备工艺安全环保，得到的絮凝剂兼顾助凝、吸附、沉降速度快、絮体稳定性好和易生物降解的优点。使用方式简单易操作，絮凝效率高且成本低廉。

49、为实现上述目的，本发明提供一种所述的高效生活污水处理絮凝剂在生活污水处理领域的应用方法，包括以下步骤：

50、在ph为4.0～10.0范围内的生活污水中，按每立方污水加入36.0～45.0g的所述絮凝剂，室温条件下，搅拌、静置、过滤后，水质即可满足《地表水环境质量标准》(gb 3838-2002)v类标准要求。

51、在一优选的实施方式中，所述搅拌转速为100～200r/min，搅拌时间为0.1～0.5h。

52、在一优选的实施方式中，所述静置时间为2.0～12.0h。

53、在一优选的实施方式中，所述过滤后的滤渣可回收利用或生物降解。具体而言，因为制备该絮凝剂所用原料为无毒无害、易生物降解的天然黄土和苹果渣，故得到的絮凝物滤渣可用于生产沼气和沼肥，或在常温常压环境下，絮凝物滤渣1～6个月内即可经自然生物降解作用而转变为无害物质回归自然。

54、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

55、(1)本发明提供的高效生活污水处理絮凝剂主要成分包括：聚硅酸铝铁、聚硅酸、铝盐、铁盐等无机高分子聚合物和含有羧酸、多酚、氨基酸等功能团的天然有机高分子聚合物。此絮凝剂综合了聚硅酸铝铁和聚硅酸良好的粘结聚集、助凝、吸附及架桥等效能，铝盐絮凝剂的絮体大、脱色性能好，铁盐絮凝剂的絮体密实、沉降速度快，天然有机高分子聚合物的吸附架桥作用强、絮体稳定、易生物降解等特点。将上述无机高分子聚合物和天然有机高分子聚合物复配制得的复合絮凝剂，能发挥协同增效作用，对生活污水中的多种成分(包括重金属离子)有针对性地进行吸附和絮凝，有效增强了絮凝性和通用性。

56、(2)本发明创新了黄土的改性方法，使改性工艺更简化、黄土有效成分的利用率更高、制备的无机高分子聚合物成分更丰富、去除污染物的种类更多、絮凝效果更好。且无需额外加入铝源和铁源，以适宜的改性方法和与改性苹果渣的复配使用，从而达到优异的絮凝效果，精简工艺配方、降低生产成本。

57、(3)本发明对苹果渣的改性方法进行了改进，用盐酸替代甲醛-盐酸，降低了二次污染，增加了乙醇沉胶工艺，避免了苹果渣中有效成分的流失，拓宽了去除污染物的种类，同时显著提升了絮凝效果。

58、(4)本发明原料天然环保、资源丰富、价格低廉，产品制备工艺简单，生产成本低、易于工业化生产，产品使用简便、应用范围广、使用条件宽、投加量少、絮凝效果好，沉渣可回收利用或生物降解。不但能有效利用闲置的黄土和废弃的苹果渣资源，更能有效减少其它化工助剂的使用量，同时增强了沉渣的生物降解性。沉渣的化学组成接近天然本底值，降低了絮凝剂对环境的二次污染。尤其对生活污水中浊度、色度、bod5、cod和粪大肠菌群的去除有明显的优势，可达到1+1＞2的絮凝效果。

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