用纳米复合材料预处理废水和再生水的方法技术

本发明专利技术提供了废水或再生水的单步骤预处理，其包括用纳米复合材料处理，所述纳米复合材料由诸如矿物粘土的锚定颗粒和聚合物，优选聚阳离子聚合物组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了废水或再生水的单步骤预处理，其包括用纳米复合材料处理，所述纳米复合材料由诸如矿物粘土的锚定颗粒和聚合物，优选聚阳离子聚合物组成。【专利说明】
本专利技术涉及具有高有机物负载量的废水或再生水的处理。具体地，它涉及使用纳米复合材料预处理废水或再生水的方法。
技术介绍
迫切需要加工由于大量有机和悬浮物质而不适合于排放到标准污水处理厂中的特殊的工业或农业废液(诸如橄榄油厂、制酒厂、养猪场、大豆或咖啡豆产业)。已知此类废液在不经任何处理的情况下排弃将会引起严重的环境问题。制酒厂是含有机物废水的主要产生者，每吨葡萄产生约1000-3000L，该含有机物废水的特征是有机材料和营养物含量高、酸度高，及季节性流水线生产变化大。有机质、悬浮固体和钠吸附比(SAR)的值非常高，这使得此种水不适合于排弃在常见污水系统中。有堵塞过滤装置倾向的胶体颗粒是此类废液的问题之一。在大多数情况下，废液的胶体稳定性(即，胶体的保持分散的倾向)是由于该颗粒非常小并且带负电荷，因此，相互斥力使该颗粒保持悬浮状态。在数种情况下，废水的预处理工艺涉及使用化学物使这些胶体中和、絮凝和沉淀。在大多数情况下，此类处理基于两个单独的阶段:(a)中和电荷(工业上称为“凝聚”的步骤)和(b)在数个相对小的颗粒之间架桥从而形成较大的聚集体，该聚集体由于它们的尺寸和密度而沉在器皿底部，从而得到澄清的废液(称为“絮凝”的步骤)。诱导大量悬浮物质絮凝的此种胶体悬浮液脱稳降低了悬浮固体总量(TSS)、浊度，及甚至化学需氧量(COD)的值。这进而提高后续水处理的效率，从而降低环境危害。粘土和有机粘土 (用有机阳离子处理的粘土矿物)已被广泛用于废液的预处理(Amuda和Amoo, 2007 ；Beall, 2003)。粘土矿物与有机化合物的组合有效去除了造纸厂废水中的胶体固体。数项研究使用阳离子或阴离子聚电解质、凝聚剂与聚电解质的组合，或甚至粘土矿物与有机季铵离子的组合(Mousavi等人，2006)去除橄榄油厂废水中的有机污染物。在所有情况下，都使得废液的胶体性质发生相当大的变化，包括浊度、TSS和COD及其他质量参数减小。US6, 447，686公开了用于处理废水的高速凝聚-絮凝和沉降方法。该方法基于包括依次连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉降槽的槽装配，其中混合槽包括基于粘土矿物的聚集剂。术语“纳米颗粒”通常用于至少在一个维度上具有IOOnm或更小的尺寸的组合材料。因而，大多数粘土矿物被认为是纳米颗粒。使用粘土作为构造块(building-block)组装在纳米范围内的有机物质可产生有用的混杂纳米结构化材料。由聚合物分子和天然或层状矿物样粘土组成的纳米复合材料可通过将粘土矿物与有机聚合物组合在一起从而使它们在分子水平上相互作用来制备和设计(Ruiz-Hitzky，2001)。在先前的研究中，我们证明了合适的纳米颗粒能够非常有效地去除与橄榄油厂或制酒厂废水的组分类似的酹类化合物(Rytwo等人,2007)。其他研究(Rytwo等人,2011a)陈述了基于有机粘土纳米颗粒与粗粘土的组合的非常有效的预处理，其通过两步骤工艺持续数个循环地改变制酒厂和泡菜工业废液的胶体稳定性，从而降低TSS和浊度:利用有机粘土进行的第一步骤和通过加入原粘土(raw clay)进行的第二步骤。一般来说，该工艺类似于现今工业使用的工艺:(a)工业中利用阳离子聚合物，或者利用硫酸铝或其他无机聚阳离子执行的凝聚步骤(在那种情况下，凝聚剂基于有机粘土)，及(b)工业中利用在数种情况下基于阳离子或阴离子聚丙烯酰胺衍生物的絮凝剂执行的絮凝步骤(在那种情况下，絮凝剂是原粘土矿物)。
技术实现思路
依据本专利技术已发现，通过使用由锚定颗粒和作为“凝聚絮凝剂(coagoflocculant) ”的聚合物构成的纳米复合材料,可在一个单一处理步骤中实现对具有高有机物负载量的废水的非常迅速且有效的预处理。本专利技术因而涉及预处理具有高有机物负载量的废水或再生水的一步方法，所述方法包括用由锚定颗粒和聚合物组成的纳米复合材料处理所述废水或再生水。锚定颗粒可为粘土矿物、非粘土类粘土矿物、硅藻土或粉状活性炭。在某些实施方案中，粘土矿物为可选自以下的页硅酸铝或页硅酸镁:海泡石、坡缕石、蒙阜石(smectite)、蒙脱土(montmorillonite)、锂蒙脱石、合成锂阜石(Iaponite)、膨润土、皂石(saponite)等。在某些实施方案中，粘土矿物为海泡石或膨润土。根据其他某些实施方案，锚定颗粒为非粘土矿物诸如沸石。根据其他某些实施方案，锚定颗粒由娃藻土(娃藻泥(diatomite)或娃藻石(kieselguhr))组成或者由粉状活性炭组成。 用于根据本专利技术使用的聚合物优选为聚电解质，更优选为聚阳离子聚合物。用在本文中的聚阳离子聚合物的实例包括但不限于:(i)直链水溶性聚合物诸如聚二烯丙基-二甲基氯化铵(本文聚-DADMAC或PDADMAC)和阳离子聚丙烯酰胺；(ii)在聚合物中具有季铵中心的聚季铵盐，诸如季铵化羟乙基纤维素乙氧基化物(聚季铵盐10)和聚(poly )(聚季铵盐10); (iii)阳离子生物聚合物诸如阳离子瓜尔胶和壳聚糖；及(iv)具有芳族环的聚合物诸如聚-4-乙烯基吡啶-苯乙烯共聚物和其他基于苯乙烯的阳离子共聚物。根据本专利技术的方法适合于预处理具有高有机物负载量的废水或再生水。废水可来自橄榄油厂、制酒厂、养猪场、牛舍、屠宰场、水果和蔬菜加工工业，或者大豆或咖啡豆工业，并且再生水可为沿海水(coastal water)或淡水诸如沿海滩涂、湖泊、河流或池塘。【专利附图】【附图说明】在图中和下文它们的描述中使用以下缩写。缩写:NC，PD_S9或聚-DADMAC-海泡石纳米复合材料；NV，聚-DADMAC-膨润土纳米复合材料；NH，壳聚糖-海泡石纳米复合材料；0MW，橄榄油厂废水；聚-DADMAC，聚烯丙基二甲基氯化铵；S9，海泡石；WE，制酒厂废液制酒厂废水图1A-1B分别示出海泡石的单块体(single block)和相连接的块体的示意结构，所述海泡石包含娃酸盐块(I)、结构缺陷(structural defect) (2)、沸石通道(3)、带电部位(charged site) (4)和中和部位(neutral site) (5)。2nm 度量尺(size bar)是作为相对尺寸给出的。图2A-2B示出适合于制酒厂废液的低电荷纳米复合材料(A)和适合于橄榄油厂废液的高电荷纳米复合材料(B)的示意结构。锻带表示带有分布各处的正电荷的聚合物链。图3是示出随着聚合物量mg/g粘土变化的纳米复合材料的电荷的图表。▲一聚-DADMAC-海泡石纳米复合材料；一聚-DADMAC-膨润土纳米复合材料；及?一壳聚糖-海泡石纳米复合材料。图4是示出在加入0.1%聚-DADMAC-海泡石纳米复合材料之后，随着聚合物/粘土比率变化的制酒厂废水的调和平均沉降速度的图表。图5是示出在加入0.1%聚-DADMAC-海泡石纳米复合材料之后，随着聚合物/粘土比率变化的橄榄油厂废水的调和平均沉降速度的图表。图6是示出在加入0.l%alum( )、0.1%聚-DADMAC-海泡石纳米复合材料(?)，及等价本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔拉·瑞图，
申请(专利权)人：加维什加利利生物应用有限公司，
类型：
国别省市：