申请日2013.03.25
公开(公告)日2013.06.12
IPC分类号C02F1/28; C02F1/58; B01J20/30; B01J20/06; B01J20/12; B01J20/20
摘要
本发明涉及一种环保型污水脱氮除磷净化剂及其制备方法，其特征在于：以所述净化剂总重量为基准，所述净化剂包含40～80重量%的生物黑炭、0～20重量%的水合氧化铁、0～20重量%的凹凸棒粘土、0～20重量%的水泥;所述净化剂制备方法包括如下步骤：(1)将各分量的生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土、水泥等物料以粉状混合均匀;(2)将按上述步骤(1)得到的混合物料加工成颗粒状。本发明提供的净化剂具有很大的比表面积，适用于多种水体净化，污水净化效果可靠、造价低廉、使用方便、环境友好，原料来源广，低成本，基本组成材料性质稳定，有利于循环经济模式的构建。
权利要求书
1.一种环保型污水脱氮除磷净化剂，其特征在于：以所述净化剂总重量为基准，所述净化剂包含40～80重量%的生物黑炭、0～20重量%的水合氧化铁、0～20重量%的凹凸棒粘土、0～20重量%的水泥。
2.根据权利要求1所述的环保型污水脱氮除磷净化剂，其特征在于：以所述净化剂总重量为基准，所述净化剂包含60～80%重量的生物黑炭、5～10%重量的水合氧化铁、5～10%重量的凹凸棒粘土、10～20%重量的水泥。
3.根据权利要求1所述的环保型污水脱氮除磷净化剂，其特征在于：所述净化剂呈颗粒状。
4.根据权利要求3所述的环保型污水脱氮除磷净化剂，其特征在于：所述的净化剂为直径2～5mm的球状颗粒。
5.一种权利要求1所述的环保型污水脱氮除磷净化剂的制造方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：
(1)将各分量的生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土、水泥等物料以粉状混合均匀;
(2)将按上述步骤(1)得到的混合物料加工成颗粒状。
6.根据权利要求5所述的环保型污水脱氮除磷净化剂的制造方法，其特征在于：上述步骤(2)所述的颗粒状混合物料是球状颗粒。
7.根据权利要求6所述的环保型污水脱氮除磷净化剂的制造方法，其特征在于：所述球状颗粒的直径为2～5mm。
说明书
一种环保型污水脱氮除磷净化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于污水净化领域，具体涉及一种具有脱氮除磷功能的环保型污水净化剂及其制备方法，该种净化剂无毒无害，具有很大的比表面积，成本低廉，适用于多种水体净化，污水净化效率高，净化水体后废弃物可以作为肥料资源化利用。
背景技术
随着经济、社会的快速发展，污水排放量逐年升高，工业、农业和居民生活所带来的水体污染问题越来越严重，污水治理成为时下热门话题。至今，污水净化方法可按其作用分为四大类，即物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。其中，在处理集中式高浓度废水时，利用理化方法净化水体是广泛采用的一种高效、简单的技术方法，但目前常用的人工介质材料都存在着各自的缺点或不足，不是污水净化效果不理想，就是成本高昂，或者本身具有一定污染或后续利用困难，因而在一定程度上成为污水处理技术发展的瓶颈。因此，寻求低成本、高效率、无污染的环境友好型水体净化材料将成为永恒的主题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种污水脱氮除磷效果好、生产成本低，且不会引起新环境问题的污水净化剂及其制备方法。
本发明提供的环保型污水脱氮除磷净化剂，其特征在于：以所述净化剂总重量为基准，所述净化剂包含40～80重量%的生物黑炭、0～20重量%的水合氧化铁、0～20重量%的凹凸棒粘土、0～20重量%的水泥。
优选的，所述污水净化剂按重量百分比包括生物黑炭60～80%、水合氧化铁5～10%、凹凸棒粘土5～10%、水泥10～20%。
为提高净化效果，根据处理污水对象的不同，所述净化剂还可酌情添加少量辅剂，如石膏(主要成分为CaSO4)、聚丙烯酰胺等。
所述的净化剂呈颗粒状，尤其是一种直径为2～5mm的球状颗粒。
本发明同时提供了一种上述环保型污水脱氮除磷净化剂的制造方法，其方法包括如下步骤：
(1)将各分量的生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土、水泥等物料以粉状混合均匀;
(2)将按上述步骤(1)得到的混合物料加工成颗粒状。
优选的，上述步骤(2)的颗粒状混合物料是球状颗粒。
进一步的，所述球状颗粒的直径为2～5mm。
加工时，生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土以及水泥等物料均以粉状混合，若所用生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土以及水泥等物料的初始状态有不是粉状的，应先将其粉碎成粉状，再与其他成分混合。通常各成分的粉状颗粒应能通过60目以上的网筛。
本发明提供的净化剂中主要成分为生物黑炭，是利用化石燃料或生物体如农林业植物废弃物等在 450℃～550℃下不完全燃烧后产生的一种非纯净碳的混合物。此类物质质轻、多孔，性质稳定，不易降解，是一种新型碳汇产品，在全球的生物地球化学循环中起着重要的作用，且吸附性强，对多种有机污染物有很强的吸附及解吸作用，并可以产生迟滞作用，因而应用前景广阔。水合氧化铁主要用于强化对水体中磷酸根离子的吸附。凹凸棒粘土主要作为造粒粘结剂，兼有吸附功能，水泥或石膏、聚丙烯酰胺等辅剂主要作为粘结剂使用，也兼具强化特定水体的净化功能。
本发明提供的环保型污水脱氮除磷净化剂产品颗粒具有很大的比表面积，适用于多种水体净化，污水净化效果可靠、造价低廉、使用方便、环境友好，并且生物黑炭研究热在国内刚刚兴起，具有广阔的发展前景。其次，使用的污水净化介质原料来源广，低成本，基本组成材料性质稳定，环境安全性好，使用后可继续用作农林业生产的肥料，有利于循环经济模式的构建。特别是其中的生物黑炭不仅是优良的环境改良剂，还是一种新型碳汇产品，因而本发明的净化剂产品进入市场，将会展现出优越的市场特点。此外，根据本发明技术方案对多种类型污水进行过净化试验，净化效果比较理想，污染物去除率：CODcr≥50%，BOD≥85%，SS≥90%，NH3-N ≥20%，TN≥53%，TP≥85%。
具体实施方式
为使贵审查员及公众能进一步了解本发明的特征及其有益效果，特以实施例对本发明的具体实施方式详细描述如下：
本发明提供的环保型污水脱氮除磷净化剂以所述净化剂总重量为基准，包含40～80重量%的生物黑炭、0～20重量%的水合氧化铁以及0～20重量%的凹凸棒粘土、0～20重量%的水泥。根据处理对象的不同，其中可酌情选择加入少量的石膏、聚丙烯酰胺等辅剂，该种净化剂呈颗粒状，尤其是一种直径为2～5mm的球状颗粒。
上述环保型污水脱氮除磷净化剂的制造方法包括如下步骤：
(1)将各分量的生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土、水泥等物料以粉状混合均匀。将各成分混合均匀可提高人工介质的比表面积，增强污水净化效果。
(2)将按上述步骤(1)得到的混合物料加工成颗粒状。尤其优选加工成直径为2～5mm的球状颗粒，这样既能营造丰富异质性的氧化-还原微域环境，有利于水体中氮元素的净化，也可平衡水体净化效果和污水在介质中的滞留时间之间关系。
加工时，生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土以及水泥等物料均以粉状混合，若所用生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土以及水泥等物料的初始状态有不是粉状的，应先将其粉碎成粉状，再与其他成分混合。通常各成分的粉状颗粒应能通过60目以上的网筛。
实施例一：本实施例净化剂较为适合氮(N)、磷(P)污染较轻的水体使用。
1.以净化剂总重量为基准，本实施例净化剂包含80重量%的生物黑炭、20重量%的水泥。
2.制备方法：
将上述各分量的生物黑炭、水泥粉碎成粉状后混合均匀，再将其加工成直径为2～5mm的球状小颗粒。
实施例二：本实施例净化剂较为适合氮(N)、磷(P)污染相对较重的水体使用。
1.以净化剂总重量为基准，本实施例净化剂包含40重量%的生物黑炭、20重量%的水合氧化铁、20重量%的凹凸棒粘土、15重量%的水泥以及5重量%的石膏或者聚丙烯酰胺等辅剂中的一种或几种。
2.制备方法：
将上述各分量的生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土、水泥以及石膏、聚丙烯酰胺等辅剂粉碎成粉状后混合均匀，再将其加工成颗粒状2～5mm的球状小颗粒。
实施例三：本实施例净化剂较为适合氮(N)污染相对较重的水体使用。
1.以净化剂总重量为基准，本实施例净化剂包含60重量%的生物黑炭、5重量%的水合氧化铁、20重量%的凹凸棒粘土、10重量%的水泥，以及5重量%的聚丙烯酰胺。
2.制备方法：
将上述各分量的生物黑炭、水合氧化铁、凹凸棒粘土以及水泥、聚丙烯酰胺等粉碎成粉状后混合均匀，再将其加工成颗粒状2～5mm的球状小颗粒。
以下通过本发明净化剂在污水处理中的具体应用，对本发明的有益效果作进一步的说明。根据污水量和污水浓度问题，本净化剂的用量变化较大，一般实践中若监测时发现净化出水效果变差时需更新净化剂。通常本发明净化剂的用量为净化剂和污水的比例在1：20～50之间。
应用例一：(水体中N、P污染均较轻)
某城市生活污水的原水主要污染物背景值为：CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP分别为39.81mg/L、7.66mg/L、8.7mg/L、2.47mg/L、20.81mg/L、1.38mg/L。取100克本发明实施例一的净化剂产品，将其倒入5升污水的塑料桶中(净化剂：污水=1：50)，期间每隔3～4小时搅拌5～10分钟，静置12时后将混合液摇匀，并慢慢倒入一敞口布袋中过滤，布袋下方放置一敞口桶接受滤液。反复过滤3次后，测定敞口桶中滤液的对应指标值，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP分别为16.53mg/L、0.16mg/L、0.5mg/L、1.84mg/L、6.32mg/L、0.03mg/L。经计算，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP的去除率分别为：58.5%、97.9%、94.35%、25.5%、69.6%、97.8%。
应用例二：(N、P污染均较重水体)
某灰天鹅养殖场污水的原水主要污染物背景值为：CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP分别为8521mg/L、2735mg/L、3116mg/L、306mg/L、347mg/L、52mg/L。取1kg本发明实施例二的净化剂产品，将其倒入一装有20升污水的大塑料容器中(净化剂：污水=1：50)，期间每隔3～4小时搅拌5～10分钟。静置12小时后将混合液摇匀，并慢慢倒入一敞口布袋中过滤，布袋下方放置一敞口桶接受滤液。反复过滤3次后，测定敞口桶中滤液的对应指标值，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP分别为1278mg/L、219mg/L、312mg/L、52mg/L、69mg/L、6.8mg/L。经计算，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP的去除率分别为：85%、92%、90%、83%、80%、87%。
应用例三：(N污染较重水体)
某养殖猪场废水的主要污染物背景值为：CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP分别为16020.56mg/L、4508.26mg/L、5300.74mg/L、1200.17mg/L、1400.25mg/L、5.62mg/L。取1kg本发明实施例三的净化剂产品，将其置于20升污水的大塑料桶中(净化剂：污水=1：20)，期间每隔3～4小时搅拌5～10分钟。静置12小时后将混合液摇匀，并慢慢倒入一敞口布袋中过滤，布袋下方放置一敞口桶接受滤液。反复过滤3次后，测定敞口桶中再测定滤液的对应指标值，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP分别为2723.51mg/L、495.91mg/L、477.07mg/L、180.03mg/L、252.05mg/L、0.22mg/L。经计算，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP的去除率分别为：83%、89%、91%、85%、82%、96%。
以上对本发明实施例所提供的一种环保型污水脱氮除磷净化剂及其制备方法进行了详细介绍，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员，依据本发明技术方案的思想，在具体实施方式及应用范围内所作出的任何改变或等同替换均应包含在本发明的保护范围之内。