除去懸浮物、氮、磷及惡臭的水處理劑製法和水處理劑的製作方法
2023-11-02 23:07:57 1
專利名稱：除去懸浮物、氮、磷及惡臭的水處理劑製法和水處理劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及水處理劑，尤其是涉及一種利用天然礦物的、既能除去懸浮物、氮、磷及惡臭又能使二次汙染及泥漿懸浮最小化的粉末及液狀水處理劑。
背景技術：
隨著人口增加、產業發展及生活水平的提高，生活汙水、產業廢水、家蓄廢水等各種廢水的產量急劇增加。這種廢水流入到河流中，不僅再也不能用河水來作各種用水，而且被汙染的水質會給生物棲息造成嚴重破壞。
近來小型村莊下水道淨化問題作為一個社會問題頗受關注。村莊下水道是堤外地上沒有空地的水路型河川區間，是在大部分小河川中能看到的形態。這種結構下無法設置汙水分離設施或截流設備於堤外地，通常將它作為如同下水道的排水路來使用，從而水質汙染加以惡化。
這種水質汙染的主因有從家庭及建築物排出的生活下水、糞尿；從工廠及事業單位排出的產業廢水；從畜產設施排出的畜產廢水、家蓄糞尿；降雨時從農耕地、森林排出的水；從野營地、釣魚場、娛樂場等水上設施物排出的油、汙水、食物殘留物、各種垃圾；從農家或高爾夫場排出的農藥、肥料等。
尤其是這種廢水中含有的大量懸浮物、氮、磷等有機物質是促進藻類的繁殖和成長、促進河流或湖水的富營養化、產生惡臭等的破壞生態系的主因。而這種被破壞的生態系幾乎無法恢復，或者其恢復需要投入大量的時間和費用，因此有必要事前除去這種汙染的主因。
但是目前，處理已汙染的水時，必須具備除去懸浮物、氮、磷和惡臭的各種設施，由此造成的設備大型化，會產生大量的建設費用、土地買入費等投資費用和運轉費用。
此外，以往技術由於添加化學藥品，從而導致二次汙染。為除去二次汙染源，下水處理從業者需要進行事後處理，這樣在經濟上形成了較大的負擔。而且由於產生大量的淤泥，需要花費過多的處理費用，並需要分離微絮凝體。另外，利用微生物的方法存在非經濟性、非效率性等問題，也受外部條件的影響。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種粉末及液狀水處理劑的製造方法及由此生產的水處理劑，從而實現能夠同時除去懸浮物、氮、磷和惡臭而提高水處理效果，並使淤泥懸浮量最小化。
本發明的具有除去懸浮物、氮、磷及惡臭作用的粉末水處理劑製造方法，其特徵在於包括以下五個階段，對麥黃土、方解石、蛤殼、石灰石、長石質過濾砂、沸石、鍺、褐簾石、火巖石進行粉碎並研磨從而形成微小粉末的階段；在上述粉末中依次添加總粉末0.1～5wt％的K2SiF6、總粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的階段；在加熱爐中在600℃條件下煅燒5小時的階段；在60℃的條件下利用檸檬酸對已煅燒的粉末進行2小時酸處理的階段；將經酸處理的粉末研磨成微小粉末的階段。
本發明的另一特徵在於上述礦物的混合比率為麥黃土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤殼9-11wt％、石灰石9-11wt％、長石質過濾砂17-23wt％、沸石9-11wt％、鍺6-8wt％、褐簾石6-8wt％、火巖石5-7wt％。
本發明的另一特徵在於上述粉末水處理劑的組成成分為SiO2佔重量的45～55％，CaCO3佔重量的15～25％，Al2O3佔重量的15～25％，MgO佔重量的0.01～5％，Fe2O3佔重量的0.01～4％。
本發明的具有除去懸浮物、氮、磷及惡臭作用的液狀水處理劑製造方法，其特徵在於包括以下七個階段，對麥黃土、方解石、蛤殼、石灰石、長石質過濾砂、沸石、鍺、褐簾石、火巖石進行粉碎並研磨從而形成微小粉末的階段；在上述粉末中依次添加總粉末0.1～5wt％的K2SiF6、總粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的階段；在加熱爐中在600℃條件下煅燒5小時的階段；在60℃的條件下利用檸檬酸對已煅燒的粉末進行2小時酸處理的階段；將經酸處理的粉末研磨成微小粉末的階段；從已研磨的粉末中利用旋流器篩選出10μm以下粉末的階段；將已篩選的粉末添加到去離子水中進行高速旋轉攪拌的階段。
本發明的另一特徵在於上述礦物的混合比率為麥黃土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤殼9-11wt％、石灰石9-11wt％、長石質過濾砂17-23wt％、沸石9-11wt％、鍺6-8wt％、褐簾石6-8wt％、火巖石5-7wt％。
圖1為本發明的粉末水處理劑粒子的粒度分布圖；圖2為本發明的粉末水處理劑粒子的SEM圖片；圖3為本發明的粉末水處理劑粒子的動電勢測定曲線。
具體實施例方式
下面對本發明的粉末及液狀水處理劑的製造方法進行詳細說明。
首先，對麥黃土、方解石、蛤殼、石灰石、長石質過濾砂、沸石、鍺、褐簾石、火巖石進行粉碎並研磨從而形成微小粉末。在此過程中，採用礦石進行粉碎，並利用鋯球磨機將粉碎的礦物研磨成數百nm至數十μm。
考慮到經濟性、原材料供需問題、懸浮物、氮、磷、惡臭的同時除去效果以及大量試驗結果中得出的水處理效果，各礦物的混合比率優選是麥黃土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤殼9-11wt％、石灰石9-11wt％、長石質過濾砂17-23wt％、沸石9-11wt％、鍺6-8wt％、褐簾石6-8wt％、火巖石5-7wt％。麥飯石含量如超過23wt％，其粘度增加而難以在汙染的水中進行分散。但如果未達到17wt％，就會出現凝結效果不理想的問題。蛤殼及石灰石用於調整pH值，如果其量過多，pH值過高，而其量過小，pH值過低。如果添加的鉀、方解石、沸石、鍺、褐簾石、火巖石的量過少，則沒有對懸浮物、氮、磷、惡臭的除去效果，而如果添加的量過多，則只能除去部分懸浮物、氮、磷和惡臭。
其次，依次向上述粉末中添加K2SiF6、CaCl2、BaCl2。通常，使製劑的比表面積極大化的煅燒溫度是1,200℃，但這種熔爐不常見，對費用或能源方面也存在不利的因素。為克服這種問題，添加K2SiF6作為熔劑，這樣能在較低的溫度下進行煅燒。添加的量優選是總粉末重量的0.1-5％。如果其量不足0.1％，就沒有作為熔劑的效果，但如果超過5％，就不存在經濟性。粉末在汙染的水中分散時，為得到較好的分散效果，添加總粉末重量10-15％的CaCl2、BaCl2，從而使粉末粒子之間的排斥力極大化，防止粉末粒子在液體狀態下聚集。如果添加的量為10％以下，就會出現粒子間凝結而沉澱的現象，如果超過15％，相對於其費用，效果的提高不明顯。
然後，在加熱爐中在600℃條件下進行5小時的煅燒。待煅燒完成後用檸檬酸(C6H8O7)在60℃下進行2小時的酸處理，之後將其用蒸餾水洗滌並進行乾燥。通過煅燒工序，粒子的比表面積得到極大化，而且由於添加熔劑而降低了煅燒溫度，至少以600℃的溫度煅燒5小時也可達到預期的目的。進行酸處理的目的在於使煅燒後粗糙的粒子表面變得光滑，從而防止粒子間物理化學性能下降，並能除去部分工序進行過程中可能流入的有機物。利用例如檸檬酸等的一般弱酸是適合的，試驗結果表明，在60℃下進行2小時的酸處理後與水攪拌，這時在電導性上顯示出最佳的效率。
利用空氣噴射研磨方法對乾燥的粉末進行研磨使其形成微小粉末，就可形成本發明的粉末水處理劑。圖1為粉末水處理劑的粒子分布圖，從圖中可以看出它由非常微小的粒子組成。圖2為粉末水處理劑的SEM圖片，從圖片上可以知道粉末具有六角結構的形態，它們具有負電荷因而拉力強大，從而起到淤泥的安全化和抑制淤泥懸浮的作用。
這種粉末水處理劑的組成成分為SiO2佔重量的45～55％、CaCO3佔重量的15～25％、Al2O3佔重量的15～25％、MgO佔重量的0.01～5％、Fe2O3佔重量的0.01～4％。
另外，為製造液狀水處理劑，在上述酸處理之後，用空氣噴射研磨的方法將乾燥的粉末研磨為10μm以下的微小粉末。通過煅燒加工，粒子的比表面積得到極大化，從而具有良好的吸附能力，並通過空氣噴射研磨，粉末形成10μm以下的小粒子，使水中接觸面積極大化。
利用旋流器從研磨的粉末中篩選出10μm以下的小粒子。能夠確保製劑的分散穩定性的最佳粒度(理論值)為0.12μm以上，但是試驗結果中得出數μm至10μm以下也可確保分散穩定性。因此只使用10μm以下的粒子來製作液狀水處理劑，而10μm以上的粒子則重新進行粉碎。
最後，將已研磨的微小粉末放入到去離子水中，以300RPM以上的速度高速進行攪拌形成液狀水處理劑。去離子水的量是已研磨的微小粉末能夠充分溶解的程度，根據汙水、廢水的汙染程度可調整其濃度。通常，1噸去離子水中放入約10kg左右的粉末為宜。
本發明水處理劑的水處理作用是，本發明利用氨水脫氣法除去氮。氨水脫氣法的原理是，當NH4+離子和NH3的平衡方程式(方程式1)中pH值增加到7以上時，其平衡移向左側，從而NH4+離子轉化為NH3，這時攪動廢水使其向大氣中脫氣，以此提高pH值，石灰石及蛤殼起到這樣的作用。
方程式1NH3+H2ONH4++OH-本發明水處理劑中所含的豐富的鋁、鐵、鈣和鎂的成分得到離子化而轉化為鋁鹽(Al3+)、鐵鹽(Fe3+)、鈣鹽(Ca2+)、鎂鹽(Mg2+)。通過這種金屬離子，磷酸鹽以Al(PO4)、Fe(PO4)、Ca3(PO4)2的形態得到沉澱並除去，有機物粒子形態的有機膦也可得到凝結，各凝結劑的反應式如下。
方程式2Al3++PO43-→Al(PO4)方程式3Fe3++PO43-→Fe(PO4)方程式43Ca2++2PO43-→Ca3(PO4)2凝結反應是通過物理移動和化學吸附等這兩個連續的動力學過程中產生的現象。物理移動是將某一膠體粒子的表面移動到其他膠體粒子的表面上，通過Brown運動、溶液的剪切力、重力等作用發生。
兩個粒子之間的作用力與粒子之間的距離為成反比的函數關係，根據物理移動所形成的新力量的平衡，產生兩個粒子得到凝結的化學吸附反應。
這種物理移動和化學吸附反應由於在水中形成，粉末的粒子上就會產生膠體性懸浮物、富營養化物質及藻類的凝結反應。
本發明的粉末水處理劑通過天然原料的粉碎與煅燒，具有微孔，從而將膠體性懸浮物吸附除去。
此外，本發明的水處理劑中還含有一部分TiO2，這種TiO2作為光催化劑，得到陽光或螢光燈的照射之後呈現強大的脫臭功能，能夠除去氨、甲醛、氫化硫等引發惡臭的主因物質。
與現有的天然沸石相比較，本發明的水處理劑降低了SiO2含量，從而降低了鹽的置換用量，並添加蛤殼提高鹼性，從而使粒子表面的總電荷從0電荷轉變為約pH2，在較寬的pH範圍內陽離子交換能力良好。(參照圖3)實施例分別採用麥黃土3.6kg、方解石1.8kg、蛤殼1.8kg、石灰石1.8kg、長石質過濾砂3.6kg、沸石1.8kg、鍺1.26kg、褐簾石1.26kg、火巖石1.08kg，進行粉碎，再利用鋯球磨機研磨成數百nm至數十μm。在此添加K2SiF60.54kg，再放入CaCl2和BaCl21.9kg。之後在加熱爐中在600℃條件下進行5小時的煅燒，用檸檬酸在60℃條件下進行2小時的酸處理後將其用蒸餾水洗滌並進行乾燥，然後對其進行空氣噴射研磨形成粉末水處理劑。而且將研磨過的微小粒子添加到去離子水中，以300RPM的速度進行攪拌獲得液狀水處理劑。
利用由此形成的粉末及液狀水處理劑進行試驗可得出以下的試驗結果。
分別採用1L汙水，分別放入1mg的粉末及液狀水處理劑，10分鐘後進行試驗的結果。
表1
(注)根據水質汙染工程試驗法進行試驗得到的結果。
從上述結果中可以看出，使用粉末及液狀水處理劑均能改善水質。尤其是液狀水處理劑的效果特別顯著。
而且當使用本發明的粉末及液狀水處理劑時，附帶有脫臭作用，其試驗結果如圖2所示。
表2
(注)1.空白不放試料的狀態下進行測定。
2.試驗方法KIFA-FI-1004
從結果中可以看出除去惡臭的效果也相當不錯。
而且當使用本發明的粉末水處理劑時附帶有靜菌作用，其試驗結果如表3所示。
表3
(注)1.空白不放試料的狀態下進行測定2.試驗方法KIFA-FI-1002使用本發明的水處理劑，不僅能夠同時除去懸浮物、氮、磷及惡臭，而且利用天然礦物使二次汙染最小化，並能凝結汙染物質使其沉澱，從而最大限度地抑制淤泥的懸浮。
權利要求
1.一種用於除去懸浮物、氮、磷及惡臭的粉末水處理劑製造方法，其特徵在於包括以下五個階段，對麥黃土、方解石、蛤殼、石灰石、長石質過濾砂、沸石、鍺、褐簾石、火巖石進行粉碎並研磨從而形成微小粉末的階段；在上述粉末中依次添加總粉末0.1～5wt％的K2SiF6、總粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的階段；在加熱爐中在600℃條件下煅燒5小時的階段；在60℃的條件下利用檸檬酸對已煅燒的粉末進行2小時酸處理的階段；將經酸處理的粉末研磨成微小粉末的階段。
2.根據權利要求1所述的用於除去懸浮物、氮、磷及惡臭的粉末水處理劑製造方法，其特徵在於上述礦物的混合比率為麥黃土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤殼9-11wt％、石灰石9-11wt％、長石質過濾砂17-23wt％、沸石9-11wt％、鍺6-8wt％、褐簾石6-8wt％、火巖石5-7wt％。
3.一種根據權利要求1或2所述方法製造的用於除去懸浮物、氮、磷及惡臭的粉末水處理劑。
4.根據權利要求3所述的用於除去懸浮物、氮、磷及惡臭的粉末水處理劑，其特徵在於上述粉末水處理劑的組成成分為SiO2佔重量的45～55％，CaCO3佔重量的15～25％，Al2O3佔重量的15～25％，MgO佔重量的0.01～5％，Fe2O3佔重量的0.01～4％。
5.一種用於除去懸浮物、氮、磷及惡臭作用的液狀水處理劑製造方法，其特徵在於包括以下七個階段，對麥黃土、方解石、蛤殼、石灰石、長石質過濾砂、沸石、鍺、褐簾石、火巖石進行粉碎並研磨從而形成微小粉末的階段；在上述粉末中依次添加總粉末0.1～5wt％的K2SiF6、總粉末10～15wt％的CaCl2和BaCl2的階段；在加熱爐中在600℃條件下煅燒5小時的階段；在60℃的條件下利用檸檬酸對已煅燒的粉末進行2小時酸處理的階段；將經酸處理的粉末研磨成微小粉末的階段；從已研磨的粉末中利用旋流器篩選出10μm以下粉末的階段；將已篩選的粉末添加到去離子水中進行高速旋轉攪拌的階段。
6.根據權利要求5所述的用於除去懸浮物、氮、磷及惡臭的液狀水處理劑製造方法，其特徵在於上述礦物的混合比率為麥黃土17-23wt％、方解石9-11wt％、蛤殼9-11wt％、石灰石9-11wt％、長石質過濾砂17-23wt％、沸石9-11wt％、鍺6-8wt％、褐簾石6-8wt％、火巖石5-7wt％。
7.一種根據權利要求6或7所述方法製造的用於除去懸浮物、氮、磷及惡臭的液狀水處理劑。
全文摘要
本發明涉及水處理劑，尤其是涉及利用天然礦物的、既能除去懸浮物、氮、磷及惡臭又能使二次汙染及泥漿懸浮最小化的粉末及液狀水處理劑。本發明的具有除去懸浮物、氮、磷及惡臭作用的液狀水處理劑製造方法，包括以下七個階段，對麥黃土、方解石、蛤殼、石灰石、長石質過濾砂、沸石、鍺、褐簾石、火巖石進行粉碎並研磨從而形成微小粉末；在上述粉末中依次添加總粉末0.1～5wt％的K
文檔編號C02F5/00GK101045587SQ20071008951
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月27日 優先權日2006年3月28日
發明者李春錫, 方大山 申請人:(株)韓國Gcm