[发明专利]一种凹凸棒石载体絮凝水处理剂及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种给排水药剂领域，具体涉及一种凹凸棒石载体絮凝水处理剂及生产方法。

背景技术

混凝沉淀工艺是给排水处理中最常见的一种物理化学方法，在除藻、饮用水净化和工业废水处理领域中得到广泛应用，能够有效去除废水中的SS、降低COD_cr、脱色、除臭等。2006年，我国城市家庭人均日用水量已经从1980年的不足80L提高到155L，城市供水总量达到500×10⁸t/a。以此数据估算，按吨水净水剂需求5-30ppm计算，保守估计我国净水剂的年需求量至少25万吨。2008年，我国工业废水排放总量为240亿吨，以50％的废水处理比例计算，其中30％采用混凝沉淀工艺，以吨水200ppm的水处理剂的用量计，年需要水处理剂72万吨。常用的给排水药剂以铝盐(聚合氯化铝和硫酸铝)和铁盐(聚合硫酸铁、三氯化铁和硫酸亚铁)为主。目前我国铝盐产量大约为30万吨，铁盐及其他水处理剂的产量为20万吨左右，尚有20多万吨缺口，因此市场前景非常广阔。考虑到铝离子的环境风险以及在处理高pH值工业废水方面的不足，从1986年之后美国和欧盟全面采用铁盐作为净水剂，澳洲等国2000年之后也禁止铝系净水剂处理饮用水。因此开发新型无铝类水处理剂成为我国给排水药剂领域的迫切需求。

自20世纪90年代以来，新一代混凝沉淀工艺——载体絮凝得到发展和应用。根据美国EPA的定义，载体絮凝是通过使用不断循环的介质颗粒和各种化学药剂强化絮体吸附从而改善水中悬浮物沉降性能的物化处理工艺。其特点是在混凝阶段投加不溶介质颗粒，利用介质的重力沉降及载体的吸附作用来加快矾花的生长及沉淀。与传统混凝沉淀工艺相比，载体絮凝技术具有占地面积小、工程造价低、耐冲击负荷等优点，已经成功用于全球100多个大型水厂和多个工业废水处理工程。目前，载体絮凝技术在应用中通常采用细沙等密度较大的不溶介质颗粒，与混凝剂和助凝剂依次投加，待矾花沉降分离后，通过洗砂设备将细沙再次分离出来循环利用。比如，威立雅的Actiflo工艺，采用石英砂、聚丙烯酰胺与污泥共混凝沉淀，显著提高矾花的沉降速度。然而，Actiflo工艺一方面使得设备较为复杂，要配备专门的洗砂装置，同时砂分离后矾花破碎，含水率高，也不利于污泥的处置。因此，有必要开发一种不用分离载体的一体化载体絮凝水处理剂。

硅藻土和凹凸棒石粘土是我国储量丰富的粘土资源，尤其是凹凸棒石粘土资源占全世界已探明凹凸棒石粘土储量的44％。硅藻精土是经过选矿，去除粘土、石英砂、碎屑矿物等杂质后得到的纯度92％以上的精制硅藻土。硅藻精土内含有纳米微孔，是天然的纳米微孔材料，能够吸收超过自身重量3-4倍的物质。硅藻精土能吸附水中的各类有毒有害物质，并借助硅藻精土的重力沉淀，使水很快得到净化，因此在给排水领域中得到应用。凹凸棒石(Attapulgite)，又称坡缕石(Palygorskite)或坡缕缟石，是一种具有丰富微观结构的含水富镁硅酸盐矿物。凹凸棒石的晶体呈针状、纤维状或纤维集合状，微观上具有直径20nm长度约200-2000nm的孔道，呈现一维纳米结构的特征，其孔道在400℃以下具有很好的稳定性，水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中，在宏观上表现出具有较大的比表面积和一定的吸附及离子交换特性。目前，凹凸棒石广泛用作吸附脱色剂、催化剂载体和抗菌剂载体等。相比硅藻土，凹凸棒石具有相似的微观结构和宏观物理性质，因此经过合理的改性和复配必然能在给排水领域得到应用。

中国专利CN200410041493.X公开了一种凹凸棒污水处理剂及生产方法，其技术方案的要点是用凹凸棒石粘土作为原料，经酸化处理后烘干，添加明矾和改性淀粉共同磨粉，成品为凹凸棒污水处理剂。从其技术路线来看，主要存在两个缺点：首先，依然采用铝盐明矾作为混凝剂，产品的环保性很差；其次采用改性淀粉作为原料，产品的成本较高。中国专利CN200310103431.2公开了一种废水净化剂及其制备方法和应用，其技术方案的特点是将凹凸棒土、含二氧化硅的无机填料及酸化的高价金属盐共混制得产品。从其技术路线来看，主要存在四个缺点：1.产品中含有三甲基十六烷基溴化铵，溴元素和铵离子均有一定的环境风险；2.产品中的凹凸棒土采用钠化工艺阳离子化，同时还含有硅质助滤剂，主要成分为含铝硅酸盐、陶瓷粉和玻璃粉，因此产品组成和加工工艺复杂，导致产品成本较高；3.高价金属盐采用铝盐、铁盐和镁盐的混合物，因此无法避免铝离子的环境风险。4.从实施例来看，产品的用量较大，达到5000mg/L，因此容易造成工程运行成本高，污泥处理量大。