申请日2009.06.19
公开(公告)日2010.12.29
IPC分类号C02F3/34; C02F3/32
摘要
本发明公开了一种污水净化剂，由聚羟基烷酸酯、硅藻土、腐殖酸、生物活性剂、无机金属盐以及其他物质组成，本发明还公开了利用该污水净化剂的污水净化方法。本发明由于使用可完全生物降解材料聚羟基烷酸酯为生物活性剂的缓释材料，该可完全生物降解材料缓慢降解并释放生物活性剂，实现生物活性剂的长期高效净化功能。并结合水生植物联合作用对实现污水磷、氮、多环芳烃、重金属的净化处理，具有较好的污水处理效果。
权利要求书
1.一种污水净化剂，主要由聚羟基烷酸酯、硅藻土、腐殖酸、生物活性剂、无机金属盐组成。
2.如权利要求1所述的污水净化剂，其特征在于：还包括生物降解速率调控剂，以重量计，各成分含量分别为，
聚羟基烷酸酯 1%-90%
降解速率调控剂 0%-60%
硅藻土 1%-60%
腐殖酸 1%-60%
生物活性剂 5%-80%
无机金属盐 0.1%-50%
其他物质 0%-50%。
3.如权利要求2所述的污水净化剂，其特征在于：以重量计，各成分含量分别为，
聚羟基烷酸酯 1%-30%
降解速率调控剂 0%-30%
硅藻土 1%-20%
腐殖酸 1%-20%
生物活性剂 20%-80%
无机金属盐 0.1%-10%
其他物质 1%-20%。
4.如权利要求2所述的污水净化剂，其特征在于：所述降解速率调控剂为聚己内酯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中一种或多种混合物。
5.如权利要求1所述的污水净化剂，其特征在于：所述腐殖酸为生化腐殖酸或矿物腐殖酸。
6.如权利要求1所述的污水净化剂，其特征在于：所述生物活性剂包含多种生物酶、细胞分裂素、非离子表面活性剂、氨基酸、微量元素、多糖、有机酸、毒性缓冲剂、天然荷尔蒙。
7.如权利要求所述的污水净化剂，其特征在于：所述无机金属盐为镁盐、钾盐、钙盐、锰盐中任意一种或多种混合物。
8.如权利要求1所述的污水净化剂，其特征在于：所述其他物质为滑石粉、碳酸钙、石灰、石膏、蒙脱土、高岭土、水镁石、木粉、秸秆、膨润土、粉煤灰、贝壳粉、甲壳粉中一种或多种混合物。
9.一种污水净化方法，其特征在于：(1)在污水中种植具有发达根系和净化能力的水生植物;(2)在污水中投入污水净化剂，二者结合对污水进行净化，所述污水净化剂，主要由聚羟基烷酸酯、硅藻土、腐殖酸、生物活性剂、无机金属盐以及其他物质组成。
10.如权利要求9所述的污水净化方法，其特征在于：所述水生植物为荷花、凤眼莲、慈茹、茭白、金鱼藻、满江红、水花生、菱角、菹草、伊乐藻、苦草、芦苇中一种或多种。
说明书
一种污水净化剂及污水净化方法
【技术领域】
本发明涉及一种污水净化剂，以及使用该污水净化剂的污水净化方法。
【背景技术】
随着现代城市化和工业化进程的加快，人类赖以生存的河流及水源的污染越来越严重，水体出现季节性或终年发黑发臭，据报道，我国经流城市的河段普遍受到不同程度的污染，如上海的苏州河、苏州的外城河、南京的秦淮河、广东的珠江、北京的永定河等以及无数的排水沟、池塘、海滨或河滨湿地、公园湿地等等都受到严重的污染，有的地方甚至威胁到人类饮用水源、水库等。水质的污染严重威胁到居民的生活质量和健康，限制了城市自身的发展，破坏了城市的美好形象。因此对污水的治理历经数十年努力，付出的代价也是相当惊人的。
水体的发臭现象是水体中的有机物厌氧分解的结果，有机物在厌氧分解过程中消耗大量氧气，造成水体缺氧，使厌氧微生物大量繁殖并分解产生氨气、硫化氢等逸出水面，并且水体缺氧抑制了有益微生物、水生动植物的生长繁殖，使微生物的有氧作用大大减弱，同时导致水中铁、锰等重金属还原，与水中的硫形成硫化亚铁等使得水体呈现黑色。污水形成的原因一方面是工业废水、生活污水、暴雨径流带入的地面污染物造成水体有机污染物负荷过大，另一方面是水体中大量污染物沉淀并累积在底泥中，其污染物不能及时降解造成二次污染，并且底泥中污染物促进了放线菌和蓝藻类的繁殖，进一步加剧了水体的黑臭;此外工业排放的高温废水不但含有大量磷、氮、重金属，其温度对水体放线菌、藻类等的繁殖也有促进作用，水体富营养化后将呈现蓝色或绿色并有臭味，不但严重威胁水生动植物的生存，致癌的藻类毒素通过食物链也将影响人类健康。
对污水的净化有化学法、絮凝剂法、生物反应器法、过滤膜法等，但对环境影响最小、成本低、效率高、最被人们重视的还是植物与微生物净化法，目前国内外都对微生物净化进行大量的研究。比如接种微生物法、微生物固定化法、生物促进技术等。专利CN03117968提出利用多种微生物复合制剂对污水中的污染物进行深度降解，但是存在生态风险;专利CN02137442提出用沸石粉吸附微生物联合净化污水，所用的微生物为经过驯化的专用微生物;专利CN03114800.X提出利用悬浮填料床作为絮凝剂吸收培养微生物处理城市污水;专利CN03111808.9提出用通过提供微生物生长所需的营养盐作为生物激活剂实现微生物原位净化污水;专利CN02148674.3提出固定化微生物处理污水，将微生物固定在改性泡沫塑料上，再堆放在污水池中;专利CN02114538.5提出以塑料瓶为微生物载体，将培养的微生物塑料瓶堆放在过滤池中进行净化。
但上述污水净化方法有的需要庞大的处理设备，有的处理周期很长，而有的方法甚至会存在生态风险或对环境造成二次污染，均不能满足目前对污水处理的需要。
而生物活性剂原位净化处理污水法式近年比较先进的污水净化方法，但是目前的净化方法成本较高，应用不够广泛。
而经过本专利的发明人分析研究，发现使用可生物降解材料为生物活性剂的缓释材料，通过可生物降解材料在微生物作用下缓慢降解并释放生物活性剂，实现生物活性剂的长期高效净化功能，并结合水生植物联合作用对实现污水磷、氮、多环芳烃、重金属的净化处理具有较好的污水处理效果，因此本专利的发明对此展开了长期的潜心研究，取得了较大的技术进展。
【发明内容】
本发明鉴于上述发明构思，公开了一种污水净化剂，该污水净化剂净化持续时间长、净化效率高、无二次污染。
本发明还公开了一种利用上述污水净化剂的污水净化方法。
本发明的污水净化剂，主要由聚羟基烷酸酯、硅藻土、腐殖酸、生物活性剂、无机金属盐组成。
进一步的，还包括生物降解速率调控剂和其他物质，以重量计，各成分含量分别为，
聚羟基烷酸酯 1%-90%
降解速率调控剂 0%-60%
硅藻土 1%-60%
腐殖酸 1%-60%
生物活性剂 5%-80%
无机金属盐 0.1%-50%
其他物质 0%-50%。
更进一步地，以重量计，各成分含量分别为，
聚羟基烷酸酯 1%-30%
降解速率调控剂 0%-30%
硅藻土 1%-20%
腐殖酸 1%-20%
生物活性剂 20%-80%
无机金属盐 0.1%-10%
其他物质 1%-20%。
所述聚羟基烷酸酯为聚羟基烷酸酯均聚物或聚羟基烷酸酯共聚物，所述聚羟基烷酸酯均聚合物为聚3-羟基丁酸酯或聚4-羟基丁酸酯，所述聚羟基烷酸酯共聚物为聚3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯或聚羟基丁酸戊酸共聚酯或聚3-羟基丁酸3-羟基己酸酯。
所述降解速率调控剂为聚己内酯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉。
所述腐殖酸为生化腐殖酸或矿物腐殖酸。
所述生物活性剂包含多种生物酶、细胞分裂素、非离子表面活性剂、氨基酸、微量元素、多糖、有机酸、毒性缓冲剂、天然荷尔蒙。
所述无机金属盐为镁盐、钾盐、钙盐、锰盐中任意一种或多种混合物。
所述其他物质为滑石粉、碳酸钙、石灰、石膏、蒙脱土、高岭土、水镁石、木粉、秸秆、膨润土、粉煤灰、贝壳粉、甲壳粉中一种或多种混合物。
本发明公开的污水净化方法，其特征在于：(1)在污水中种植具有发达根系和精华能力的水生植物;(2)在污水中投入污水净化剂，二者结合对污水进行净化。所述污水净化剂，主要由聚羟基烷酸酯、硅藻土、腐殖酸、生物活性剂、无机金属盐以及其他物质组成。
所述水生植物为荷花、凤眼莲、慈茹、茭白、金鱼藻、满江红、水花生、菱角、菹草、伊乐藻、苦草、芦苇中一种或多种。
本发明采用可完全生物降解聚羟基烷酸酯及其共聚物材料与有机、无机营养物质、生物活性剂、降解速率调控剂等物质相结合，制备污水净化剂，利用可生物降解材料在污水中微生物作用下缓慢降解，一方面可提供微生物生长所需要的碳营养物质，扩大有益微生物的繁殖速率，促进微生物对水体污染物的分解消耗，另一方面通过缓慢释放有机、无机营养物质和生物活性剂，实现对水体营养物质的长期有效，均衡，促进微生物繁殖和植物持续快速生长，加快多环芳烃的生物活性、水溶性和重金属的离子化，便于微生物分解和植物吸收，同时可以避免营养物质和生物活性剂的流失与多次重复投加的缺陷，节约成本，提高利用效率。在污水中植入具有净化功能的水生植物不但可以加快水体的净化和生物多样性平衡，还可以美化环境，改善生态等。利用该微生物-植物污水净化技术可以实现对河流、湖泊、池塘、湿地、水库等污染水体的高效、经济、环保、持续的净化。
以下对本发明的各组分的功效及有益效果进行详细说明。
(1)本发明所述可生物降解聚羟基烷酸酯是微生物在不平衡生长条件下在细胞内积累的用于储存碳源和能量的颗粒物质，具有良好的生物活性和降解性能，在土壤和水体微生物的作用下可以缓慢降解并可作为水体微生物生长所需要的碳源营养物质。因此也可以作为水体微生物生长的培养载体，促进水体微生物的生长繁殖。
(2)本发明所用的降解速率调控剂是调节聚羟基烷酸酯及其共聚物在水体中的降解速率，所述调控剂本身也具有可生物降解性，但降解的速率有快有慢，本发明所用的生物降解速率调控剂包括但不限于聚己内酯、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉等，所述调控剂与聚羟基烷酸酯共同构成污水净化剂的载体。
(3)本发明所用硅藻土是常见的硅酸盐类，由于硅藻土的多孔结构不但具有良好的吸附性和固定性，可以进一步控制营养成分的释放，吸附水体中的富营养污染物，并可作为微生物繁殖的培养床，而且硅藻土中含有众多微量元素补充水体的营养平衡，此外硅藻土来源广泛，成本低廉。
(4)本发明所用腐殖酸是一种高分子有机弱酸混合物，含有多种官能团羧基、酚羟基、醇羟基等活性基团，可增强水体植物体内过氧化氢酶，多酚氧化酶的活性，刺激根系极端分生组织细胞的分裂与增长，增加根系量，根系伸长率，促进生长发育。腐殖酸中的酸性官能团如羧基和酚羟基对难容性微量元素和重金属具有鳌合能力，可以大大提高微量元素和重金属的生物有效性，以利于微生物和植物根部的吸收利用，且腐殖酸可以通过改良水体理化性状，中和水体酸碱性，调节PH值，改善植物的生长环境等，由于它的生物活性有利水体底泥中的有益微生物的繁殖和生长，刺激植物根部的发育，显著缩短多环芳烃开始生物降解的时间，对于多环芳烃的微生物分解、根系吸收和植物快速生长具有良好的作用。本发明使用的腐殖酸包括但不限于生化腐殖酸、矿物腐殖酸等，对生物活性剂起协同辅助作用。
(5)本发明所用的生物活性剂可以以多种生物酶为主的生物活性剂，也可以包含大量营养物质(多种生物酶、细胞分裂素、非离子表面活性剂、氨基酸、微量元素、多糖、有机酸、毒性缓冲剂、天然荷尔蒙等)，可以促进土著微生物的新陈代谢，加快生化反应的进行，促进细胞的分裂，缩短细胞代谢周期，所含生物酶能加大微生物的酶活性，提高水体中脱氢酶、脲酶、磷酸酶和纤维素酶的激活效率，促进水体中氮、磷、多环芳烃有机物的转化和降解;所含的有机酸可以提供微生物所需的营养，也能鳌合金属离子，屏蔽毒性，使各种土著微生物在较恶劣的环境中快速并大量生长，形成良好结构的菌胶团，提高降解有机污染物的能力。
(6)本发明所用无机金属盐包括但不限于镁盐、钾盐、钙盐、锰盐等，其作用在于提供一定的补充微量元素促进微生物和植物根系的生长，并且作为多环芳烃降解时的电子受体及氧化剂促进生物活性剂和微生物对多环芳烃有机物的降解作用。
(7)本发明所用的其他物质包括但不限于滑石粉、碳酸钙、石灰、石膏、蒙脱土、高岭土、水镁石、木粉、秸秆、膨润土、粉煤灰、贝壳粉、甲壳粉等，作为缓释微球的填充物。
(8)为了达到更好的净化处理并美观自然环境，在合适的水体中移植具有发达根系和净化能力的水生植物，包括并不限于荷花、凤眼莲、慈茹、茭白、金鱼藻、满江红、水花生、菱角、菹草、伊乐藻、苦草、芦苇等，其作用在于通过植物自身的新陈代谢，加快水体污染物的消耗吸收，植物根系可以为微生物的繁殖提供基础，并刺激分泌微生物活性酶，有利于水体多环芳烃和富营养化物质的净化。植物的种植可以引入多样性的生态系统，促进污染水体的自净化能力，同时美化环境。
【具体实施方式】
下面将结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
将由2份聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸酯(共聚单体4-羟基丁酸含量为10%)、1份聚己内酯、10份活性剂、2份硅藻土、2份腐殖酸、2.5份水镁石、0.5份KNO3制备成0.5mm到3mm不等直径微球。将所制备的污水净化缓释剂以0.5Kg/m3投加到工业区排水沟污水中，100天后水体中生物净化剂的有效浓度仍然在3ml/m3以上，水体黑臭现象明显消除，水体透明度由原来的10cm提高到80cm，净化效果显著。
实施例2：
将5份聚羟基丁酸戊酸共聚酯(共聚单体3-羟基戊酸含量为8%)、1.2份聚乙烯醇、5份活性剂、2份硅藻土、3份腐殖酸、3份粉煤灰、0.5份淀粉、0.3份MgCl2制备成0.5mm到3mm不等直径微球。将所制备的污水净化缓释剂以1Kg/m3投加到严重富营养化的黑臭池塘污水中，并配合种植菱角和金鱼藻，45天后金鱼藻繁殖茂盛，水体黑臭现象基本消除，水体透明度由原来的15cm提高到75cm，净化效果良好。
实施例3：
将聚3-羟基丁酸3-羟基己酸酯(共聚单体3-羟基己酸含量为5%)3份、0.5份聚丁二酸丁二醇酯、10份活性剂、3份硅藻土、1.5份腐殖酸、1.5份甲壳粉、0.5份CaCl2制备成0.5mm到3mm不等直径微球。将所制备的污水净化缓释剂以0.8Kg/m3投加到受生活污水和工业污水污染的富含多环芳烃和氮、磷营养物质的公园湿地，配合移植伊乐藻和菹草，120天后水体中生物净化剂的有效浓度仍然在3ml/m3以上，水体黑臭现象基本消失，伊乐藻和菹草繁殖茂盛，并出现众多水生动物等，净化良好。
综上所述，尽管本发明通过具体实施方式对本发明进行了详细描述，但本领域一般技术人员应该明白的是，上述实施例仅仅是对本发明的优选实施例的描述，而非对本发明保护范围的限制，本领域一般技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化，均在本发明的保护范围之内。