一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法，包括如下步驟：將脫水鋁污泥風(fēng)干、研磨篩分、烘干，冷卻后，置于馬弗爐中，于300℃下將鋁污泥焙燒4h，得活化鋁污泥；按比例將粉末活性炭、活化鋁污泥和沸石粉末混合均勻，加入質(zhì)量濃度為2％?3％的NaOH 100mL，振蕩改性12h后，烘干，取出后自然沉化2h，加入皂土作為粘合劑造粒，并將所得的吸附劑顆粒置于在馬弗爐中，400℃焙燒4h，冷卻后，用去離子水沖洗吸附劑顆粒至中性，105℃烘干2h后，得吸附劑。本發(fā)明利用含活性炭鋁污泥和沸石制備同時(shí)吸附氮磷的吸附材料，既改善鋁污泥對(duì)于水體中氨氮的吸附效果，同時(shí)保留其良好的磷酸鹽吸附性能。
【專利說(shuō)明】
一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及吸附劑制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附 劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了控制水體富營(yíng)養(yǎng)化，利用吸附劑去除水體中的氮、磷因具有成本低、效率高、 操作簡(jiǎn)便等等優(yōu)點(diǎn)而受到青睞。近些年來(lái)，針對(duì)低成本具有吸磷能力的吸附材料如粉煤灰、 鋼渣、沸石等開(kāi)展了較多的研究。給水廠污泥（以下簡(jiǎn)稱鋁污泥）是以鋁鹽或鋁的聚合物作 為主要絮凝劑的給水處理過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，由于其含有大量非晶態(tài)的鋁而具有良好的 吸磷能力，國(guó)外對(duì)水廠污泥吸磷較早就開(kāi)展了研究，近幾年相關(guān)的研究在國(guó)內(nèi)也逐漸得到 關(guān)注。隨著水源水微污染的加劇，常規(guī)混凝沉淀過(guò)濾工藝加活性炭濾池已成為常用的處理 流程，活性炭池反沖洗水中活性炭顆粒也會(huì)進(jìn)入到水廠排泥水中，因此水廠廢棄污泥中除 了含有鋁鹽、鐵鹽等混凝劑成分及沉淀下來(lái)的含鈣、硅較多的濁度物質(zhì)外之外，還含有活性 炭等組分。這使得水廠污泥具有更加豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，進(jìn)而更有利于吸 附反應(yīng)的發(fā)生，活性炭的混入強(qiáng)化了單一鋁污泥的吸附性能，對(duì)水體中的磷和一些重金屬 離子有很好的吸附固定作用，但對(duì)于水體中的氨氮吸附效果欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方 法，利用含活性炭鋁污泥和沸石制備同時(shí)吸附氮磷的吸附材料，既改善鋁污泥對(duì)于水體中 氨氮的吸附效果，同時(shí)保留其良好的磷酸鹽吸附性能。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0005] -種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法，包括如下步驟：
[0006] S1、將脫水鋁污泥從給水處理廠取回，在室內(nèi)環(huán)境下自然風(fēng)干，經(jīng)研磨篩分，得到 標(biāo)準(zhǔn)篩目數(shù)10-18目的鋁污泥(粒徑為l-2mm);
[0007] S2、將所得的鋁污泥放入烘箱內(nèi)，105°C烘干，經(jīng)自然冷卻后，稱取一定質(zhì)量的原污 泥于坩堝中，置于馬弗爐中，于300°C下將鋁污泥焙燒4h，經(jīng)自然冷卻，得活化鋁污泥；
[0008] S3、稱取2g粉末活性炭、8g所得活化鋁污泥和10g沸石粉末，混合均勻后加入質(zhì)量 濃度為2%_3%的NaOH 100mL，在常溫25°C下低速120r/min振蕩改性12h后，置于烘箱中105 °C烘干48h，取出后自然沉化2h，加入3g皂土作為粘合劑造粒，篩分出粒徑l-2mm的吸附劑顆 粒；
[0009] S4、將所得的吸附劑顆粒置于在馬弗爐中，400 °C焙燒4h，冷卻后，用去離子水沖洗 吸附劑顆粒至中性，l〇5°C烘干2h后，得吸附劑。
[0010] 優(yōu)選地，所述皂土為化學(xué)純CP。
[0011] 優(yōu)選地，所述沸石粉末為天然斜發(fā)沸石，粒徑為0.5-1_。
[0012 ]優(yōu)選地，粉末活性炭、鋁污泥、沸石以及粘合劑混合改性的質(zhì)量配比為2:8:10:3。
[0013] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0014] (1)原料簡(jiǎn)單易得，價(jià)格低廉且操作方便，促進(jìn)水廠鋁污泥的資源化，同時(shí)為天然 沸石的應(yīng)用提供了新的思路；
[0015] (2)使用質(zhì)量濃度為2%的NaOH對(duì)混合物進(jìn)行堿改性，引入了 Na+，保留了沸石骨架 結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了"鋁代娃"的過(guò)程，提高了吸附劑對(duì)陽(yáng)離子的交換能力，在這里，具體表現(xiàn)為吸 附劑對(duì)水中銨根離子的能力，制得吸附劑比表面積更大，既保留了鋁污泥良好的吸附除磷 性能，同時(shí)利用了沸石良好的氨氮吸附性能。
[0016] (3)加入一定比例的皂土作為粘合劑造粒，使得吸附劑成型且具有一定的機(jī)械強(qiáng) 度，便于制得吸附劑作為填料或基質(zhì)用于人工濕地或是生物滯留系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中沸石配比對(duì)氨氮吸附效果的影響。
[0018] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中沸石配比對(duì)磷酸鹽吸附效果的影響。
[0019] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中NaOH濃度對(duì)氨氮吸附效果的影響。
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中NaOH濃度對(duì)磷酸鹽吸附效果的影響。
[0021] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中高溫改性溫度對(duì)氨氮吸附效果的影響。
[0022] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中高溫改性溫度對(duì)磷酸鹽吸附效果的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0024]以下實(shí)施例中，鋁污泥取自北京市某大型給水處理廠，其處理工藝采用混凝沉淀 砂濾池和活性炭濾池處理工藝，沉淀池排泥水、砂濾池和活性炭濾池反沖洗水經(jīng)過(guò)壓濾機(jī) 壓濾回用，其泥餅為鋁污泥。
[0025]采用粉末活性炭和皂土均來(lái)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)藥劑有限公司，皂土為化學(xué)純CP。采 用沸石為天然斜發(fā)沸石，產(chǎn)地為河南省，粒徑為〇. 5-1_，外觀顏色為淡粉色，具體的性能指 標(biāo)如下表1所示。
[0026]表1沸石主要性能指標(biāo)
[0028]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法，包括如 下步驟：
[0029] S1、將脫水鋁污泥從給水處理廠取回，在室內(nèi)環(huán)境下自然風(fēng)干，經(jīng)研磨篩分，得到 標(biāo)準(zhǔn)篩目數(shù)10-18目的鋁污泥(粒徑為l-2mm);
[0030] S2、將所得的鋁污泥放入烘箱內(nèi)，105°C烘干，經(jīng)自然冷卻后，稱取一定質(zhì)量的原污 泥于坩堝中，置于馬弗爐中，于300°C下將鋁污泥焙燒4h，經(jīng)自然冷卻，得活化鋁污泥；
[0031] S3、稱取2g粉末活性炭、8g所得活化鋁污泥和10g沸石粉末，混合均勻后加入質(zhì)量 濃度為2%_3%的NaOH 100mL，在常溫25°C下低速120r/min振蕩改性12h后，置于烘箱中105 °C烘干48h，取出后自然沉化2h，加入3g皂土作為粘合劑造粒，篩分出粒徑l-2mm的吸附劑顆 粒；
[0032] S4、將所得的吸附劑顆粒置于在馬弗爐中，400°C焙燒4h，冷卻后，用去離子水沖洗 吸附劑顆粒至中性，l〇5°C烘干2h后，得吸附劑。
[0033]其中，兩種混合材料選擇的是含活性炭鋁污泥和沸石，皂土為粘結(jié)劑，但單加入皂 土或者沸石或者膨潤(rùn)土等作為混合材料也可能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，因此皂土、膨潤(rùn)土混合改性即 為替代方案。改性劑選擇的是質(zhì)量濃度為2 %的NaOH，但選擇NaHC03、Na2C03也可能實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明，因此NaHC0 3、Na2C03堿改性為替代方案。
[0034] 實(shí)施例
[0035]不同改性方法的優(yōu)化試驗(yàn)
[0036] (1)混合改性(沸石配比）對(duì)吸附氮磷效果的影響
[0037] 使用原污泥，沸石配比為30 %、40 %、50 %、60 %、70 %的沸石鋁污泥和沸石，堿改 性和高溫改性具體步驟如四（2、3)所述，制得吸附劑進(jìn)行氮磷吸附試驗(yàn)，具體方法為分別稱 取上述吸附劑各lg，加入到裝有200mL初始磷濃度為20mg/L，初始氨氮濃度為50mg/L水樣的 250mL的具塞錐形瓶中。在120rpm，溫度為（25±1)°C條件下振蕩120h，每12h測(cè)量吸附剩余 氨氮和磷濃度，計(jì)算氨氮和磷酸鹽的去除率和吸附量，得到結(jié)果如圖1、2。
[0038] (2)堿改性NaOH濃度對(duì)吸附氮磷效果的影響
[0039] 使用原污泥和沸石，混合改性、堿改性和高溫改性具體步驟如四（2、3)所述，堿改 性 NaOH 的質(zhì)量濃度為15%、10%、5%、2%、1%、0.5%、0.2%、0.1%、0.05%、0.01%，制得 吸附劑進(jìn)行氮磷吸附試驗(yàn)，具體方法為分別稱取上述吸附劑各lg，加入到裝有200mL初始磷 濃度為20mg/L，初始氨氮濃度為50mg/L水樣的250mL的具塞錐形瓶中。在120rpm，溫度為（25 ±1)°C條件下振蕩120h，每12h測(cè)量吸附剩余氨氮和磷濃度，計(jì)算氨氮和磷酸鹽的去除率和 吸附量，得到結(jié)果如圖3、4。
[0040] (3)高溫改性溫度對(duì)吸附氮磷效果的影響
[0041] 使用原污泥和沸石，混合改性、堿改性和高溫改性具體步驟如四（2、3)所述，高溫 改性溫度為300°C，400°C、500°C、60(rC、80(rC，制得吸附劑進(jìn)行氮磷吸附試驗(yàn)，具體方法為 分別稱取上述吸附劑各lg，加入到裝有200mL初始磷濃度為20mg/L，初始氨氮濃度為50mg/L 水樣的250mL的具塞錐形瓶中。在120rpm，溫度為（25±1)°C條件下振蕩120h，每12h測(cè)量吸 附剩余氨氮和磷濃度，計(jì)算氨氮和磷酸鹽的去除率和吸附量，得到結(jié)果如圖5、6。
[0042]因此，綜合選擇最優(yōu)方案為50 %沸石鋁污泥混合，加入質(zhì)量濃度2 %Na0H堿改性， 400°C高溫改性4h，氨氮和磷酸鹽的平衡吸附量分別為7.811^/^、4.011^/^，去除率分別為 73.47%、98.17%，氨氮吸附量是原污泥的9.25倍、磷酸鹽吸附量和原污泥相同。
[0043] 綜上所述，利用含活性炭鋁污泥和沸石制備了同時(shí)吸附氮磷的吸附材料，既改善 鋁污泥對(duì)于水體中氨氮的吸附效果，同時(shí)保留其良好的磷酸鹽吸附性能。
[0044] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 將脫水鋁污泥從給水處理廠取回，在室內(nèi)環(huán)境下自然風(fēng)干，經(jīng)研磨篩分，得到標(biāo)準(zhǔn) 篩目數(shù)10-18目的鋁污泥； 52、 將所得的鋁污泥放入烘箱內(nèi)，105°C烘干，經(jīng)自然冷卻后，稱取一定質(zhì)量的原污泥于 坩堝中，置于馬弗爐中，于300°C下將鋁污泥焙燒4h，經(jīng)自然冷卻，得活化鋁污泥； 53、 稱取2g粉末活性炭、8g所得活化鋁污泥和10g沸石粉末，混合均勻后加入質(zhì)量濃度 為2%-3%的NaOH 100mL，在常溫25°C下低速120r/min振蕩改性12h后，置于烘箱中105°C烘 干48h，取出后自然沉化2h，加入3g皂土作為粘合劑造粒，篩分出粒徑l-2mm的吸附劑顆粒； 54、 將所得的吸附劑顆粒置于在馬弗爐中，400°C焙燒4h，冷卻后，用去離子水沖洗吸附 劑顆粒至中性，105 °C烘干2h后，得吸附劑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法，其特征 在于，所述阜土為化學(xué)純CP。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法，其特征 在于，所述沸石粉末為天然斜發(fā)沸石，粒徑為〇. 5-1_。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用水廠污泥制備同時(shí)脫氮除磷吸附劑的方法，其特征 在于，粉末活性炭、鋁污泥、沸石以及粘合劑混合改性的質(zhì)量配比為2:8:10:3。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK106076252SQ201610435425
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】仇付國(guó), 許俊挺, 付昆明, 孫瑤, 王珂
【申請(qǐng)人】北京建筑大學(xué)