申请日2016.09.26
公开(公告)日2017.01.11
IPC分类号C02F1/00; C02F1/52; C02F1/56; C02F1/28; C02F1/44; B01D65/08; B01D61/14; C02F103/08
摘要
一种延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂及其制备方法，涉及缓释水处理剂技术领域。延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，由吸附剂内层、助凝剂包裹层和絮凝剂外层构成，内层吸附剂为粉末活性炭、硅藻土，包裹层助凝剂为聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵，外层絮凝剂为铁系、铝系絮凝剂。延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法：将粉末活性炭、硅藻土放入造粒机中进行圆周旋转;将稀释的助凝剂溶液加在旋转的粉末活性炭和硅藻土上进行包裹，形成颗粒;将絮凝剂加入包裹在颗粒的最外层，旋转，干燥。本发明集絮凝、助凝、吸附、动态膜功能于一体，逐层缓释结构，协同增效，降低膜污染阻力，延缓膜污染;制备工艺简单，操作方便，应用前景好。
权利要求书
1.一种延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其特征在于，延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂由吸附剂内层、助凝剂包裹层和絮凝剂外层构成，内层吸附剂为粉末活性炭、硅藻土中的一种或两种混合，包裹层助凝剂为聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种混合，外层絮凝剂为铁系、铝系絮凝剂中的一种或几种混合。
2.根据权利要求1所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其特征在于，内层吸附剂、包裹层助凝剂和外层絮凝剂的质量比为40-60∶10-15∶30-45。
3.根据权利要求1或2所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其特征在于，延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂形状为球形或类球形颗粒，颗粒直径为1-3mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其特征在于，内层吸附剂粉末活性炭、硅藻土的粒径为90-106μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其特征在于，铁系絮凝剂为氯化铁、硫酸铁、聚合氯化铁或聚合硫酸铁，铝系絮凝剂为氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝。
6.一种权利要求1-5任一项延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其特征在于，延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备工艺过程是，将粉末活性炭、硅藻土中的一种或两种混合放入造粒机中进行圆周旋转;将稀释的助凝剂溶液加在旋转的粉末活性炭和硅藻土上进行包裹，形成颗粒后继续旋转;将絮凝剂稀释后加在颗粒上，使絮凝剂包裹在颗粒的最外层，旋转，干燥，得到延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂。
7.根据权利要求6所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其特征在于，稀释的助凝剂溶液采用蠕动泵喷射在旋转的粉末活性炭和/或硅藻土上进行包裹，形成圆形颗粒后继续旋转;将絮凝剂稀释后通过蠕动泵喷射在圆形颗粒上，使絮凝剂包裹在圆形颗粒的最外层。
8.根据权利要求6或7所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其特征在于，稀释的助凝剂溶液采用蒸馏水进行稀释，助凝剂的质量百分比组成为40-60%。
9.根据权利要求6-8任一项所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其特征在于，絮凝剂稀释采用蒸馏水进行稀释，絮凝剂的质量百分比组成为40-60%。
10.根据权利要求6-9任一项所述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其特征在于，絮凝剂包裹在颗粒的最外层后，再旋转10-20min至稳定，然后在60-70℃条件下干燥0.5-2h，得到形状为球形或类球形，颗粒直径1-3mm的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂。
说明书
延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及缓释水处理剂技术领域，特别是涉及一种延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂及其制备方法。
背景技术
超滤是应用广泛的膜法分离技术，超滤的孔径为0.002-0.200μm，超滤作为海水预处理工艺，可去除海水中的悬浮物、胶体和微生物，产水率大，出水水质稳定。但超滤膜组件会发生堵塞，膜污染导致膜通量下降，降低膜使用寿命，增加膜清洗频率，限制了超滤的广泛应用。动态膜是指投加预涂剂或者原液本身通过过滤作用在介质基膜表面形成的具有分离性能的滤饼层或膜。动态膜材料来源丰富，其中絮凝是减缓膜污染的常规预处理方法，可改善出水水质，絮凝所形成的絮体可在超滤膜表面形成一层松散的滤饼层，能阻挡小颗粒污染物进入膜孔造成不可逆污染，进而起到减缓膜污染的目的。
常规絮凝剂功能单一，且对于海水环境下的抗膜污染并不适用，具体表现在以下几方面：海水中的腐殖酸、富里酸、蛋白质等有机物会吸附在悬浮微粒表面，形成水化保护层，使悬浮微粒具有较强的分散稳定性，进而增加絮凝的难度;海水常年处于低浊状态，悬浮微粒的数量较少，形成的絮体细小，导致滤饼层结构密实，增大过滤阻力;此外，我国北方近海海域每年有长达5个月的冰封期，处于低温状态下的海水粘度较大，影响了絮凝剂的水解速度，絮体的生长速度较慢，增加了工艺处理时间。解决这一难题的有效途径是采用多种不同功能的水处理剂或复合水处理剂代替单一絮凝剂。
目前，已有采用多种不同功能的水处理剂或复合水处理剂来延缓膜污染的相关报道，如发明专利“一种硅藻土动态膜处理原水过程中进一步降低出水浊度的方法”(中国专利号：CN 102557197 B)中公开了一种延长动态膜工作周期的方法，该方法通过在过滤系统中分不同批次投加硅藻土和聚合氯化铝，在大孔不锈钢网表面形成一层复合动态膜，以降低出水浊度。该方法在硅藻土初期循环预涂后又投加聚合氯化铝附加剂，虽然可以改善硅藻土动态膜滤层结构，但聚合氯化铝形成的絮体滤饼层不够松散，不能很好的减少过滤阻力，而且分批投加药剂的时间难以准确控制，投药设备过程控制更加复杂，增加了运行成本。发明专利“一种抗膜污染的复合药剂”(中国专利号：CN 1321917 C)中公开了一种用于污水处理的抗膜污染复合药剂，包括粉末活性炭、聚合氯化铝、三氯化铁、氢氧化钙和聚丙酰胺，能改善膜生物反应器中混合液的过滤特性，维持较高的膜通量，减少膜污染，但这种复合药剂的各组分为简单的均匀混合，无法控制各组分的溶解进程，各组分难以充分发挥各自功效，无法达到最佳使用效果，且造成药剂的浪费与二次污染等技术问题。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，克服袭用技术存在的上述缺陷，而提供一种延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂及其制备方法。
延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，内层为粉末活性炭、硅藻土中的一种或两种混合，并由聚丙烯酰胺(PAM)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)中的一种或两种混合进行包覆，外层为铁系、铝系絮凝剂中的一种或几种混合。本发明所述水处理剂的形状为球形或接近球形，颗粒直径为1-3mm。
延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备过程为：将所占重量比40-60%的粉末活性炭、硅藻土中的一种或两种混合放入造粒机中进行圆周旋转，将所占重量比10-15%的聚丙烯酰胺(PAM)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)中的一种或两种混合用相同比例的蒸馏水稀释溶解，并通过蠕动泵将聚丙烯酰胺(PAM)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)中的一种或两种混合溶液喷射在旋转的粉末活性炭和硅藻土上进行包裹，形成圆形颗粒后继续旋转;将所占重量比30-45%的铝系、铁系絮凝剂中的一种或几种混合，用相同比例的蒸馏水稀释混匀后，通过蠕动泵将絮凝剂溶液喷射在小球上，将絮凝剂包裹在小球颗粒的最外层，成型后再旋转10-20min至稳定，然后60-70℃下干燥1h，获得逐层缓释水处理剂。
本发明所述水处理剂按照不同的时间序列发挥作用。外层的铁系、铝系絮凝剂首先溶解，通过压缩双电层进行电中和作用，捕获海水中的悬浮微粒、胶体、大分子有机物等，形成细而小的絮体;随后包裹层的聚丙烯酰胺(PAM)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)开始溶解，发挥助凝作用，不仅可增强电中和作用，还能提高吸附架桥能力，促进絮体长大;最后，内层吸附剂粉末活性炭、硅藻土开始发挥作用，其多孔性结构可吸附残余的有机物，并与絮体一起在超滤膜表面形成不同孔径的动态膜，降低膜污染阻力，减缓超滤膜的堵塞。
本案目的之一是提供一种具有集絮凝、助凝、吸附、动态膜功能于一体，逐层缓释结构，多种功效协同增效，降低膜污染阻力，延缓膜污染，应用前景良好，尤其能有效延缓低温海水超滤膜污染等特点的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂。
本发明延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂采取以下技术方案来实现的：
一种延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其特征在于，延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂由吸附剂内层、助凝剂包裹层和絮凝剂外层构成，内层吸附剂为粉末活性炭、硅藻土中的一种或两种混合，包裹层助凝剂为聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种混合，外层絮凝剂为铁系、铝系絮凝剂中的一种或几种混合。
本案延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂还可以采用以下技术措施来进一步实现：
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其中，内层吸附剂、包裹层助凝剂和外层絮凝剂的质量比为40-60∶10-15∶30-45。
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其中，延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂形状为球形或类球形颗粒，颗粒直径为1-3mm。
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其中，内层吸附剂粉末活性炭、硅藻土的粒径为90-106μm。
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂，其中，铁系絮凝剂为氯化铁、硫酸铁、聚合氯化铁或聚合硫酸铁，铝系絮凝剂为氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝。
本案目的之二是提供一种具有工艺简单，操作方便，产品集絮凝、助凝、吸附、动态膜功能于一体，逐层缓释结构，多种功效协同增效，降低膜污染阻力，延缓膜污染，应用前景良好等特点的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法。
本发明延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法是采取以下技术方案来实现的：
延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其特征在于，延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备工艺过程是，将粉末活性炭、硅藻土中的一种或两种混合放入造粒机中进行圆周旋转;将稀释的助凝剂溶液加在旋转的粉末活性炭和硅藻土上进行包裹，形成颗粒后继续旋转;将絮凝剂稀释后加在颗粒上，使絮凝剂包裹在颗粒的最外层，旋转，干燥，得到延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂。
本案延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法还可以采用以下技术措施来进一步实现：
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其中，稀释的助凝剂溶液采用蠕动泵喷射在旋转的粉末活性炭和/或硅藻土上进行包裹，形成圆形颗粒后继续旋转;将絮凝剂稀释后通过蠕动泵喷射在圆形颗粒上，使絮凝剂包裹在圆形颗粒的最外层。
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其中，稀释的助凝剂溶液采用蒸馏水进行稀释，助凝剂的质量百分比组成为40-60%。
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其中，絮凝剂稀释采用蒸馏水进行稀释，絮凝剂的质量百分比组成为40-60%。
前述的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂的制备方法，其中，絮凝剂包裹在颗粒的最外层后，再旋转10-20min至稳定，然后在60-70℃条件下干燥0.5-2h，得到形状为球形或类球形，颗粒直径1-3mm的延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明延缓海水膜污染的逐层缓释水处理剂及其制备方法，至少有如下的优点：
1、目前通常采用投加絮凝剂或吸附剂来延缓膜污染，功能较为单一，延缓膜污染的效果有限。本发明是集絮凝、助凝、吸附、动态膜功能于一体的水处理剂，无机絮凝剂发挥压缩双电层作用捕获悬浮微粒、胶体等形成絮体;PAM、PDMDAAC有机絮凝剂发挥了吸附架桥的作用，促进了絮体的长大;粉末活性炭、硅藻土等发挥吸附作用去除海水中的有机物。多种功效共同发挥，降低膜污染阻力，延缓膜污染。
2、鉴于海水的低温低浊特性，常规絮凝剂处理海水效果并不理想，产生的絮体小而细，导致生成的絮体动态膜结构密实，增大过滤阻力。
本发明形成的絮体大而松散，透水性较强，与粉末活性炭、硅藻土共同组成的动态膜，具有不同孔径的多重结构，改善了动态膜结构，更加有效的减缓超滤膜的堵塞。本发明的水处理剂适用于海水环境，尤其能有效延缓低温海水超滤膜污染。
3、目前多种药剂的使用，为了达到各自的功效，通常需要按照溶解时间分批次投加，过程较为繁琐。本发明的水处理剂为逐层缓释结构，通过药剂的结构调整各组分的溶解时序，各组分按一定时间序列发挥各自功效，确保了各组分发挥作用的独立性与溶解时间的连贯性，协同增效，同时改善了药剂的投加方式，简化了投药过程。
本发明对比现有技术有显著的贡献和进步，确实是具有新颖性、创造性、实用性的好技术。