一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，包括如下步骤：将脱水铝污泥风干、研磨筛分、烘干，冷却后，置于马弗炉中，于300℃下将铝污泥焙烧4h，得活化铝污泥；按比例将粉末活性炭、活化铝污泥和沸石粉末混合均匀，加入质量浓度为2％?3％的NaOH 100mL，振荡改性12h后，烘干，取出后自然沉化2h，加入皂土作为粘合剂造粒，并将所得的吸附剂颗粒置于在马弗炉中，400℃焙烧4h，冷却后，用去离子水冲洗吸附剂颗粒至中性，105℃烘干2h后，得吸附剂。本发明利用含活性炭铝污泥和沸石制备同时吸附氮磷的吸附材料，既改善铝污泥对于水体中氨氮的吸附效果，同时保留其良好的磷酸盐吸附性能。
【专利说明】
一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及吸附剂制备领域，具体涉及一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附 剂的方法。
【背景技术】
[0002] 为了控制水体富营养化，利用吸附剂去除水体中的氮、磷因具有成本低、效率高、 操作简便等等优点而受到青睐。近些年来，针对低成本具有吸磷能力的吸附材料如粉煤灰、 钢渣、沸石等开展了较多的研究。给水厂污泥（以下简称铝污泥）是以铝盐或铝的聚合物作 为主要絮凝剂的给水处理过程中产生的副产物，由于其含有大量非晶态的铝而具有良好的 吸磷能力，国外对水厂污泥吸磷较早就开展了研究，近几年相关的研究在国内也逐渐得到 关注。随着水源水微污染的加剧，常规混凝沉淀过滤工艺加活性炭滤池已成为常用的处理 流程，活性炭池反冲洗水中活性炭颗粒也会进入到水厂排泥水中，因此水厂废弃污泥中除 了含有铝盐、铁盐等混凝剂成分及沉淀下来的含钙、硅较多的浊度物质外之外，还含有活性 炭等组分。这使得水厂污泥具有更加丰富的孔隙结构和较大的比表面积，进而更有利于吸 附反应的发生，活性炭的混入强化了单一铝污泥的吸附性能，对水体中的磷和一些重金属 离子有很好的吸附固定作用，但对于水体中的氨氮吸附效果欠佳。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明提供了一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方 法，利用含活性炭铝污泥和沸石制备同时吸附氮磷的吸附材料，既改善铝污泥对于水体中 氨氮的吸附效果，同时保留其良好的磷酸盐吸附性能。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0005] -种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，包括如下步骤：
[0006] S1、将脱水铝污泥从给水处理厂取回，在室内环境下自然风干，经研磨筛分，得到 标准筛目数10-18目的铝污泥(粒径为l-2mm);
[0007] S2、将所得的铝污泥放入烘箱内，105°C烘干，经自然冷却后，称取一定质量的原污 泥于坩埚中，置于马弗炉中，于300°C下将铝污泥焙烧4h，经自然冷却，得活化铝污泥；
[0008] S3、称取2g粉末活性炭、8g所得活化铝污泥和10g沸石粉末，混合均匀后加入质量 浓度为2%_3%的NaOH 100mL，在常温25°C下低速120r/min振荡改性12h后，置于烘箱中105 °C烘干48h，取出后自然沉化2h，加入3g皂土作为粘合剂造粒，筛分出粒径l-2mm的吸附剂颗 粒；
[0009] S4、将所得的吸附剂颗粒置于在马弗炉中，400 °C焙烧4h，冷却后，用去离子水冲洗 吸附剂颗粒至中性，l〇5°C烘干2h后，得吸附剂。
[0010] 优选地，所述皂土为化学纯CP。
[0011] 优选地，所述沸石粉末为天然斜发沸石，粒径为0.5-1_。
[0012 ]优选地，粉末活性炭、铝污泥、沸石以及粘合剂混合改性的质量配比为2:8:10:3。
[0013] 本发明具有以下有益效果：
[0014] (1)原料简单易得，价格低廉且操作方便，促进水厂铝污泥的资源化，同时为天然 沸石的应用提供了新的思路；
[0015] (2)使用质量浓度为2%的NaOH对混合物进行碱改性，引入了 Na+，保留了沸石骨架 结构，实现了"铝代娃"的过程，提高了吸附剂对阳离子的交换能力，在这里，具体表现为吸 附剂对水中铵根离子的能力，制得吸附剂比表面积更大，既保留了铝污泥良好的吸附除磷 性能，同时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为粘合剂造粒，使得吸附剂成型且具有一定的机械强 度，便于制得吸附剂作为填料或基质用于人工湿地或是生物滞留系统。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例中沸石配比对氨氮吸附效果的影响。
[0018] 图2为本发明实施例中沸石配比对磷酸盐吸附效果的影响。
[0019] 图3为本发明实施例中NaOH浓度对氨氮吸附效果的影响。
[0020]图4为本发明实施例中NaOH浓度对磷酸盐吸附效果的影响。
[0021] 图5为本发明实施例中高温改性温度对氨氮吸附效果的影响。
[0022] 图6为本发明实施例中高温改性温度对磷酸盐吸附效果的影响。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0024]以下实施例中，铝污泥取自北京市某大型给水处理厂，其处理工艺采用混凝沉淀 砂滤池和活性炭滤池处理工艺，沉淀池排泥水、砂滤池和活性炭滤池反冲洗水经过压滤机 压滤回用，其泥饼为铝污泥。
[0025]采用粉末活性炭和皂土均来自国药集团化学药剂有限公司，皂土为化学纯CP。采 用沸石为天然斜发沸石，产地为河南省，粒径为〇. 5-1_，外观颜色为淡粉色，具体的性能指 标如下表1所示。
[0026]表1沸石主要性能指标
[0028]本发明实施例提供了一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，包括如 下步骤：
[0029] S1、将脱水铝污泥从给水处理厂取回，在室内环境下自然风干，经研磨筛分，得到 标准筛目数10-18目的铝污泥(粒径为l-2mm);
[0030] S2、将所得的铝污泥放入烘箱内，105°C烘干，经自然冷却后，称取一定质量的原污 泥于坩埚中，置于马弗炉中，于300°C下将铝污泥焙烧4h，经自然冷却，得活化铝污泥；
[0031] S3、称取2g粉末活性炭、8g所得活化铝污泥和10g沸石粉末，混合均匀后加入质量 浓度为2%_3%的NaOH 100mL，在常温25°C下低速120r/min振荡改性12h后，置于烘箱中105 °C烘干48h，取出后自然沉化2h，加入3g皂土作为粘合剂造粒，筛分出粒径l-2mm的吸附剂颗 粒；
[0032] S4、将所得的吸附剂颗粒置于在马弗炉中，400°C焙烧4h，冷却后，用去离子水冲洗 吸附剂颗粒至中性，l〇5°C烘干2h后，得吸附剂。
[0033]其中，两种混合材料选择的是含活性炭铝污泥和沸石，皂土为粘结剂，但单加入皂 土或者沸石或者膨润土等作为混合材料也可能实现本发明，因此皂土、膨润土混合改性即 为替代方案。改性剂选择的是质量浓度为2 %的NaOH，但选择NaHC03、Na2C03也可能实现本发 明，因此NaHC0 3、Na2C03碱改性为替代方案。
[0034] 实施例
[0035]不同改性方法的优化试验
[0036] (1)混合改性(沸石配比）对吸附氮磷效果的影响
[0037] 使用原污泥，沸石配比为30 %、40 %、50 %、60 %、70 %的沸石铝污泥和沸石，碱改 性和高温改性具体步骤如四（2、3)所述，制得吸附剂进行氮磷吸附试验，具体方法为分别称 取上述吸附剂各lg，加入到装有200mL初始磷浓度为20mg/L，初始氨氮浓度为50mg/L水样的 250mL的具塞锥形瓶中。在120rpm，温度为（25±1)°C条件下振荡120h，每12h测量吸附剩余 氨氮和磷浓度，计算氨氮和磷酸盐的去除率和吸附量，得到结果如图1、2。
[0038] (2)碱改性NaOH浓度对吸附氮磷效果的影响
[0039] 使用原污泥和沸石，混合改性、碱改性和高温改性具体步骤如四（2、3)所述，碱改 性 NaOH 的质量浓度为15%、10%、5%、2%、1%、0.5%、0.2%、0.1%、0.05%、0.01%，制得 吸附剂进行氮磷吸附试验，具体方法为分别称取上述吸附剂各lg，加入到装有200mL初始磷 浓度为20mg/L，初始氨氮浓度为50mg/L水样的250mL的具塞锥形瓶中。在120rpm，温度为（25 ±1)°C条件下振荡120h，每12h测量吸附剩余氨氮和磷浓度，计算氨氮和磷酸盐的去除率和 吸附量，得到结果如图3、4。
[0040] (3)高温改性温度对吸附氮磷效果的影响
[0041] 使用原污泥和沸石，混合改性、碱改性和高温改性具体步骤如四（2、3)所述，高温 改性温度为300°C，400°C、500°C、60(rC、80(rC，制得吸附剂进行氮磷吸附试验，具体方法为 分别称取上述吸附剂各lg，加入到装有200mL初始磷浓度为20mg/L，初始氨氮浓度为50mg/L 水样的250mL的具塞锥形瓶中。在120rpm，温度为（25±1)°C条件下振荡120h，每12h测量吸 附剩余氨氮和磷浓度，计算氨氮和磷酸盐的去除率和吸附量，得到结果如图5、6。
[0042]因此，综合选择最优方案为50 %沸石铝污泥混合，加入质量浓度2 %Na0H碱改性， 400°C高温改性4h，氨氮和磷酸盐的平衡吸附量分别为7.811^/^、4.011^/^，去除率分别为 73.47%、98.17%，氨氮吸附量是原污泥的9.25倍、磷酸盐吸附量和原污泥相同。
[0043] 综上所述，利用含活性炭铝污泥和沸石制备了同时吸附氮磷的吸附材料，既改善 铝污泥对于水体中氨氮的吸附效果，同时保留其良好的磷酸盐吸附性能。
[0044] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 将脱水铝污泥从给水处理厂取回，在室内环境下自然风干，经研磨筛分，得到标准 筛目数10-18目的铝污泥； 52、 将所得的铝污泥放入烘箱内，105°C烘干，经自然冷却后，称取一定质量的原污泥于 坩埚中，置于马弗炉中，于300°C下将铝污泥焙烧4h，经自然冷却，得活化铝污泥； 53、 称取2g粉末活性炭、8g所得活化铝污泥和10g沸石粉末，混合均匀后加入质量浓度 为2%-3%的NaOH 100mL，在常温25°C下低速120r/min振荡改性12h后，置于烘箱中105°C烘 干48h，取出后自然沉化2h，加入3g皂土作为粘合剂造粒，筛分出粒径l-2mm的吸附剂颗粒； 54、 将所得的吸附剂颗粒置于在马弗炉中，400°C焙烧4h，冷却后，用去离子水冲洗吸附 剂颗粒至中性，105 °C烘干2h后，得吸附剂。2. 根据权利要求1所述的一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，其特征 在于，所述阜土为化学纯CP。3. 根据权利要求1所述的一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，其特征 在于，所述沸石粉末为天然斜发沸石，粒径为〇. 5-1_。4. 根据权利要求1所述的一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，其特征 在于，粉末活性炭、铝污泥、沸石以及粘合剂混合改性的质量配比为2:8:10:3。
【文档编号】B01J20/30GK106076252SQ201610435425
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】仇付国, 许俊挺, 付昆明, 孙瑶, 王珂
【申请人】北京建筑大学