[发明专利]用于从废水中去除硫酸盐和金属的组合物和方法

说明书

本发明涉及用于从流体中去除污染物、特别是从工业废水中去除硫酸盐和/或金属的化合物、组合物和方法。本发明的化合物和组合物包含多糖和其他有机分子。这些絮凝剂是安全有效的，不需要特殊的处理程序。絮凝化合物包括葡聚糖、改性的葡聚糖以及葡聚糖共混物的生物聚合物，加其他有机和/或无机分子。通过将本发明的絮凝剂添加到废水中，可以安全、容易和有效地去除污染物诸如硫酸盐和有毒重金属。

相关应用的参考

本申请要求2015年12月9日提交的名称为“Biopolymers for Metal Focculation (用于金属絮凝的生物聚合物)”的美国临时申请号62/265,258以及2015年12月9日提交的名称为“Compositions and Methods for the Removal of Sulfurate from Waste Water(用于从废水中去除硫酸盐和金属的组合物和方法)”的美国临时申请号62/265,264的优先权，其二者的全部内容通过引用结合于此。

背景

1. 发明领域

本发明涉及用于从流体中去除污染物的生物聚合物制剂、化合物、组合物和方法，特别是用于通过生物絮凝从废水中去除硫酸盐和/或金属的化合物、组合物和方法。具体而言，本发明涉及多糖诸如包含酸基团的葡聚糖加腐植酸和无机化合物的絮凝剂(flocculant)和絮凝剂(flocculating agent)。

2. 背景描述

在工业过程中引入金属和其他化学品导致产生含有大量污染物诸如有毒重金属和其他不需要的化学品的大量流出物。包含这些污染物的排放量的增加对环境中的受纳水体具有许多负面影响。与有机化合物不同，这些污染物是不可降解的并且会在活的有机体中积累。锌和镍在这些金属中，其在工业中最经常用于生产不锈钢、金属合金、可充电电池、催化剂、硬币、铸件和冶金。Ca、Zn、Ba、Pb、Ni、Cr、Mn、Mg、Al、Fe、Cu等无机金属盐通过天然的方式和人类活动进入环境并造成环境污染。

流体诸如废水中关注的其他污染物包括硫酸盐(sulfate)和硫酸盐(sulfatesalt)及其衍生物。许多工业废水，特别是与采矿、矿物加工和城市污水有关的那些包含高浓度的硫酸盐。这些浓度通常超过250 mg/L的二次饮用水标准，并受到250至2000 mg/L的排放限制。使用Ba(OH)₂可以有效地进行化学沉淀。在实践中，由于钡盐的毒性，不使用该技术。最通常使用石灰Ca(OH)₂，其效果有限且产生大量污泥。在厌氧条件下的生物过程将硫酸盐转化成硫化物，硫化物继而可以作为硫化亚铁去除(沉淀)。尽管在生物硫酸盐还原工艺的应用而且在整个技术规模方面有着丰富的经验，但是没有充分解释所有方面。主要问题是硫化物的归宿；生产的硫化物在水中存在许多化学复杂性问题。

用絮凝剂(flocculant)(即絮凝剂(flocculating agent))絮凝是水处理技术中排除有机和无机污染物二者的主要阶段。絮凝剂是用于将胶体、细胞和悬浮固体团聚成较大尺寸颗粒(称为絮状物)的物质，可通过沉降和/或本领域技术人员已知的其他方法有效地从溶液中去除该絮状物。絮凝剂的重要应用是采矿和发酵工业的下游加工，以及饮用水和废水处理设施。絮凝剂可分为三类：有机絮凝剂，诸如聚丙烯酰胺衍生物；无机絮凝剂，诸如聚氯化铝和氯化铁；和天然存在的絮凝剂，诸如壳聚糖、海藻酸钠和生物絮凝剂。絮凝剂的选择对絮凝过程的性能有重大影响。

与其他絮凝剂相比生物絮凝剂是突出的，因为它们具有无害性、生物相容性、可生物降解性和环境友好的优点，与有机和无机絮凝剂不同，有机和无机絮凝剂具有毒性并且其降解中间体难以从环境中去除。此外，有机絮凝剂诸如聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺衍生物以及无机絮凝剂已对人体健康产生不利影响。一个突出的实例是铝盐，已经有人提出在人体中引起阿尔茨海默氏病。相反，与生物絮凝剂相关的巨大优势促使他们考虑作为替代方案，因此在全球科学和工业界产生巨大兴趣。