一种活化给水厂废弃泥除磷吸附剂的制备方法
【专利摘要】本发明属环保行业水处理【技术领域】，涉及一种活化给水厂废弃泥除磷吸附剂的制备方法，其特征在于给水厂废弃泥经干化、破碎、研磨成≤2mm的颗粒，用马弗炉进行热活化处理，温度控制在300～400℃，时间为4～6h，将热活化后的给水厂废弃泥于干燥器内冷却至室温，混匀得到活化给水厂废弃泥除磷吸附剂成品。本发明采用热活化方式对给水厂废弃泥进行改性，显著增强了吸附剂对磷的吸附能力，该方法具有操作简单、成本低廉和安全高效等特点；本发明优化了给水厂废弃泥的资源化利用途径，使其发挥环境和经济双重效益，制得的除磷吸附剂在水体磷污染治理领域具有广泛的适用性。
【专利说明】一种活化给水厂废弃泥除磷吸附剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种活化给水厂废弃泥除磷吸附剂的制备方法，属于废弃物资源化利用和水污染控制处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]水体富营养化是我国目前亟待解决的环境污染问题，磷是引起水体富营养化的关键物质之一。因此，有效控制水体磷污染是缓解水体富营养化的首选措施。常用的除磷技术包括生物法除磷、化学法除磷和吸附法除磷，其中吸附法除磷由于其工艺简单、经济可行且可回收磷等特点备受关注，该方法的关键在于磷吸附剂的选择，因此开发一种经济、高效、稳定的磷吸附材料具有重要意义。
[0003]近年来，许多学者已经尝试采用一些改性的大然材料或固体废弃物作为磷吸附剂去除水体中的磷，例如添加交联剂、改性剂和吸附助剂等改性的磷吸附剂，专利CN101992068A，公开了一种氮磷吸附剂，是将凹凸棒土与醇溶液混合，加入一定比例的烯类单体、辅助原料、引发剂和交联剂，于60?90°C进行交联反应，干燥而得；专利CN101683607A，公开了 一种复合改性的蒙脱土吸附剂的制备方法，是将蒙脱土与聚合羟基铝和聚乙烯醇溶液加热反应，水洗干燥后在氮气下煅烧，用硫酸回流而得；专利CN102553515A公开了一种以净水污泥为原料制备除磷吸附剂的方法，是将净水污泥与浓硫酸按一定比例混合造粒，烘干后置于硝酸铈中浸泡一段时间，而后于400°C的马弗炉煅烧所得。专利CN1669632A，公开了活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法，是将粉煤灰与碱性活化剂混合于600?1000°C焙烧，待冷却后与酸性改性剂加热反应而得；专利CN102658097A，公开了高效除磷多孔性颗粒吸附剂的制备方法，是将白云石与蒙脱石的混合物与可溶性淀粉、Al2(SO4)3和水以一定比例混合造粒而得；专利CN1748857A，公开了新型磷酸根吸附剂的制备方法，是将无机矿土与氯氧化物水溶液混合，用碱性物质调节pH为9?12，再经微波烘烧而得；专利CN101791534A，公开了一种除磷吸附剂及其制备方法，是将沸石或煤渣与氯化铁溶液混合，并用氢氧化钠调节pH为6.5?8，水洗干燥而得；专利CN101913675A，公开了一种改性废弃蛋壳去除水中磷的方法，是将蛋壳与铁盐、氢氧化钠以一定比例混合、搅拌，于100?105°C烘干而得；专利CN102500337A，公开了一种以铁盐改性牡蝴壳的除磷吸附剂、其制备方法及应用，是将牡蝴壳粉与铁盐溶液混合，并用碱性物质调节PH，水洗干燥而得；专利CN102380350A，公开了一种羟基磷灰石改性蛋壳吸附剂材料去除和回收废水中磷酸盐的方法，是将蛋壳粉末与可溶性磷酸盐溶液混合，采用碱性物质调节PH为9，水洗干燥而得；专利CN102614854A，公开了一种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，是将粉末活性炭经盐酸浸泡、水洗干燥，再注入强氧化性酸溶液浸溃、水洗干燥，随后与无机铁盐溶液混合、烘干、水洗而得；加酸熟化改性的磷吸附剂，如专利CN1981921A，公开了高活性赤泥吸附剂及其制备方法，是将赤泥与酸溶液以一定比例混合，于65?95°C温度下进行加热反应，水洗烘干而得；专利CN101376094A，公开了改性粉煤灰磷吸附剂的制备方法及其应用，是将粉煤灰与浓硫酸利水按一定比重混合，于20?300°C温度下进行熟化反应而得；高温煅烧改性的磷吸附剂，如专利CN102489245A，公开了一种改性浮石吸附材料及其制备方法与应用，是将赤泥加入硝酸溶液浸溃，过滤烘干并于1000?12000°C焙烧而得；专利CN102631890A，公开了一种改性粉煤灰吸附剂的制备方法，是将粉煤灰与吸附助剂碳酸钠按一定质量比混合，于100?500°C的马弗炉中焙烧而得；专利CN101653722A，公开了凹凸棒石粘土除磷吸附剂的制备方法及其应用，是将凹凸棒石粉末于300?500°C的马弗炉中焙烧而得；专利CN102068969A，公开了改性蛭石除磷吸附剂的制备及其应用的方法，是将蛭石粉末于700°C的马弗炉中焙烧而得。
[0004]从上述发明专利可以看出，由借助酸碱、铁铝盐等化学药剂的改性到高温焙烧改性，磷吸附剂的改性方法逐渐趋于简单化，并且选择改性的磷吸附剂主要是固体废弃物。给水厂废弃泥是给水处理过程的安全副产物，与污水处理厂剩余污泥不同，给水厂废弃泥是一种相对清洁的废弃物，主要由铁铝絮凝剂水解产生的氢氧化物聚合体和原水中杂质组成。由于铁铝氢氧化物对磷具有很好的固定能力，因此给水厂废弃泥可以作为一种制备高效磷吸附剂的原材料。以给水厂废弃泥为基础的高效磷吸附剂的制备，将有利于实现“以废治废”的目标，对我国节能减排及发展循环经济具有重要作用。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种以给水厂废弃泥为原料制备高效、稳定的除磷吸附剂的方法。
[0006]本发明通过热活化去除给水厂废弃泥中大部分有机质和其他与磷存在竞争作用的杂质，以达到提高给水处理厂废弃污泥磷吸附能力的目的，具体技术方案如下:
[0007]I)原给水厂废弃泥经干化、破碎、研磨成粒径< 2_的颗粒；
[0008]2)将所得颗粒置于马弗炉中进行热活化，温度控制在300?400°C条件下，时间为4 ?6h0 ；
[0009]3)将热活化后的给水厂废弃泥取出，置于干燥器中冷却至室温；磨碎、混匀，得到活化给水厂废弃泥除磷吸附剂。
[0010]本发明的优点和有益效果体现在:
[0011]I)本发明以给水厂废弃泥为原料，属于给水厂的废弃物，具有分布广、易获取、可利用等优点；
[0012]2)本发明在给水厂废弃泥的活化过程中未添加任何化学物质，保证了其应用的安全性；
[0013]3)本发明的工艺简单、成本低、效率高，优化了给水厂废弃泥的特性，使其具有更好的环境和经济效益，有利于推进其资源化利用，符合循环经济的发展要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为300°C热活化前后给水厂废弃泥的XRD和SEM图(a为活化前；b为活化后);
[0015]图2为300°C热活化前后给水厂废弃泥对不同磷酸盐的吸附能力(a为正磷酸盐；b为聚磷酸盐；c为有机磷酸盐)；
[0016]图3为400°C热活化前后给水厂废弃泥的XRD和SEM图(a为活化前；b为活化后);[0017]图4为400°C热活化前后给水厂废弃泥对不同磷酸盐的吸附能力(a为正磷酸盐；b为聚磷酸盐；c为有机磷酸盐)；
【具体实施方式】
[0018]以下通过具体的实施例对本发明的技术方案进一步描述。本发明的实施不限于以下实施例。
[0019]实施例1
[0020]以北京市某水厂的废弃泥为原料，该废弃泥中铁和铝的含量分别为120和58mg ν—1，经干化、破碎、研磨得粒径≤2mm的颗粒；将所得颗粒置于300°C的马弗炉中进行热活化，时间为4h ;热活化后的给水厂废弃泥于干燥器中冷却至室温，将其磨碎、混匀，得到活化给水厂废弃泥除磷吸附剂。XRD表征结果显示，300°C热活化后给水厂废弃泥中仅含有二氧化硅晶体，铁铝主要以无定形态存在，与活化前相比，给水厂废弃泥的结构没有明显变化(图1)。SEM结果可以看出热活化后给水厂废弃泥的表面疏松、多孔(图1)。
[0021]活化效果的确定:称取0.1Og活化前、后的给水厂废弃污泥于离心管中，分别加入20mL浓度为30mg-P.L—1的磷酸二氢钠(正磷酸盐)、焦磷酸钠(聚磷酸盐)、和六肌醇磷酸钠(有机磷酸盐)溶液，离子强度为0.01Omol ^r1NaCl, pH调节为7.0，分别在25°C、120r.mirT1下恒温振荡24h,离心取上清液过0.45um微孔滤膜测定磷浓度。结果表明，活化前给水厂废弃泥对正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐的去除效率分别为38%、46%和32%，而活化后给水厂废弃泥对三种磷酸盐的吸附能力显著增强，去除率分别为95%、97%和87% (图2)。可见，300°C热活化作用可以有效改善给水厂废弃泥的磷吸附性能。
[0022]实施例2
[0023]以杭州某给水厂的废弃泥为原料，该废弃泥中铁和铝含量分别为31和95mg.g—1，经干化、破碎、研磨得粒径< 2mm的颗粒；将所得颗粒置于400°C的马弗炉中进行热活化，时间为6h ;热活化后的给水厂废弃泥于干燥器中冷却至室温，将其磨碎、混匀，得到活化给水厂废弃泥除磷吸附剂。XRD表征结果显示，400°C热活化后给水厂废弃泥中仅含有二氧化硅晶体，铁铝主要以无定形态存在，与活化前相比，给水厂废弃泥的结构没有明显变化(图
3)。SEM结果可以看出热活化后给水厂废弃泥的表面疏松、多孔(图3)。
[0024]活化效果的确定:称取0.1Og活化前、后的给水厂废弃污泥于离心管中，分别加入20mL浓度为30mg-P.L-1的磷酸二氢钠(正磷酸盐)、焦磷酸钠(聚磷酸盐)、和方肌醇磷酸钠(有机磷酸盐)溶液，离子强度为0.01Omol.T1NaCl, pH调节为7.0，分别在25°C、120r.mirT1下恒温振荡24h,离心取上清液过0.45um微孔滤膜测定磷浓度。结果表明，活化前给水厂废弃泥对正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐的去除效率分别为36%、42%和24%，活化后给水厂废弃泥对三种磷酸盐的吸附能力显著增强，去除率分别为95%、98%和88% (图4)。可见，400 __ °C热活化作用可以有效改善给水厂废弃泥的磷吸附性能。
【权利要求】
1.本发明提供了一种以给水厂废弃泥为原料制备高效、稳定的除磷吸附剂的方法。本发明通过热活化去除给水厂废弃泥中大部分有机质和其他与磷存在竞争作用的杂质，以达到提高给水处理厂废弃污泥磷吸附能力的目的，具体技术方案如下: 1)原给水厂废弃泥经干化、破碎、研磨成粒径<2_的颗粒； 2)将所得颗粒置于马弗炉中进行热活化，温度控制在300?400°C，时间为4?6h。； 3)将热活化后的给水厂废弃泥取出，置于干燥器中冷却至室温；磨碎、混匀，得到活化给水厂废弃泥除磷吸附剂。
【文档编号】B01J20/30GK103933926SQ201310022578
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月22日 优先权日:2013年1月22日
【发明者】裴元生, 高思佳, 王昌辉 申请人:北京师范大学