CN102626607A

CN102626607A - 剩余活性污泥吸附剂的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN102626607A
Application number: CN2012101351627A
Authority: CN
Inventors: 张健; 王仙美; 徐一岗; 肖全; 王兴楠
Original assignee: Jiangsu Provincial Communication Planning and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Provincial Communication Planning and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-08-08

Abstract

本发明涉及一种剩余活性污泥吸附剂的制备方法，具体为：（1）取剩余活性污泥，沉淀后倾去上层清液，通过洗涤、预脱水，得到较干活性污泥；（2）取步骤（1）制备的较干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，然后置于马弗炉内，在20~120min内升温至400~800℃，然后在该温度下热解10~120min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。本发明利用污水处理厂剩余活性污泥制备剩余活性污泥吸附剂，有效地处理了剩余污泥，降低了能源消耗；而利用剩余活性污泥吸附剂处理工业废水中的重金属离子，以废治废，在经济上很有吸引力，具有良好的社会、环境和经济效益。

Description

剩余活性污泥吸附剂的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种吸附剂的制备方法及其应用，尤其是涉及一种剩余活性污泥吸附剂的制备方法及其应用去除废水中重金属铅离子的方法。

背景技术

铅是一种对人体具有很强毒性的重金属，可以通过人的呼吸系统、消化系统或者皮肤直接进入人体，并在体内积累，进而对人体造成损害，具体表现为：影响智力和骨骼发育，造成消化不良和内分泌失调，导致贫血、高血压和心律失常，破坏肾功能和免疫功能等。目前，针对含铅废水处理的方法不断涌现，其中，吸附法是处理含铅废水的常用方法，活性炭是常用的吸附剂，但由于活性炭原材料主要是不可再生或昂贵资源，即使能够再生而再生费用也较高，其广泛应用在一定程度上受到了限制。因此，低廉高效的生物吸附剂的开发已经成为目前的研究热点。

剩余活性污泥是污水处理过程中产生的副产物，研究发现，污泥中含有大量的有机物、重金属及各种致病微生物，且具有容量大、易腐败、有恶臭的特点，如果处理不好，将会造成大范围的二次污染。经过多年对污泥处理处置方案的研究，目前已经有了污泥卫生填埋、土地利用和焚烧等传统处理方法，也有制肥、制作建筑材料、制造混凝土轻质骨粒等新的处理方法，但污泥的根本出路在于资源化利用。污泥中含有一定量的碳质有机物，因此，可将其作为主要原料制备吸附剂。许多学者侧重于以污泥为原料采用物理活化法或者化学活化法制备活性炭，虽然吸附性能有所提高，但产量很低，而且这两种方法均存在一定的缺陷，如物理活化法活化所需温度高、时间长、能耗高，化学活化法存在活化剂成本高、腐蚀设备、污染环境等问题。污泥本身挥发性较高，直接将其热解炭化可制备出以中孔为主的吸附剂。因此如何稳定制备出活性污泥吸附剂并分析其吸附性能便成了亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有效处理剩余污泥、降低能源消耗、以废治废的剩余活性污泥吸附剂及其应用。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种剩余活性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备较干活性污泥：取剩余活性污泥，沉淀后倾去上层清液，用蒸馏水洗涤3~5次，然后在室温下预脱水，得到较干活性污泥；

（2）制备剩余活性污泥吸附剂：取步骤（1）制备的较干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，将得到的固体混合物置于马弗炉内，升温至400~800℃，升温时间为20~120min，然后在该温度下热解10~120min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。

进一步，步骤（2）所述的活化剂与预脱水后的活性污泥的质量比为0.1~0.5：1。

此外，所述的活化剂可以为氯化锌ZnCl₂、H₂SO₄、KOH或H₃PO₄中的任一种。

上述的剩余活性污泥吸附剂用于去除废水中重金属Pb²⁺。

而利用剩余活性污泥吸附剂去除废水中重金属铅离子的具体方法为：取废水，并用0.01~0.05 mol/L的碱溶液或酸溶液调节废水的pH值为5.0~9.0，然后向废水中加入剩余活性污泥吸附剂，剩余活性污泥吸附剂的加入量为每1mL废水中加入0.002g剩余活性污泥吸附剂，然后于恒温水浴振荡器中振荡，振荡频率为180~360 r/min，振荡时间为20~24h，振荡结束后用0.45μm滤膜过滤，得到去除了重金属离子的废水。

所述的碱溶液为NaOH、KOH或NaHCO₃溶液中的任一种，而酸溶液可以为HNO₃、HCl或NH₄Cl溶液中的任一种。

进一步，在废水中Pb²⁺的浓度为5~25mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为40~50%；Pb²⁺的浓度为25~80mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为50~60%；Pb²⁺的浓度为100~250mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为20~40%，去除率均保持较高水平。

本发明的有益效果是：本发明利用污水处理厂剩余活性污泥制备剩余活性污泥吸附剂，有效地处理了剩余污泥，降低了能源消耗；而利用剩余活性污泥吸附剂处理工业废水中的重金属离子，以废治废，在经济上很有吸引力，具有良好的社会、环境和经济效益。

附图说明

图1为本发明所述的剩余活性污泥吸附剂的制备方法的流程图；

图2为剩余活性污泥吸附剂吸附不同浓度Pb²⁺的曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

图1为本发明所述的剩余活性污泥吸附剂的制备方法的流程图。

如图1所示：一种剩余活性污泥吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

实施例1：

（1）制备预干活性污泥：制备干活性污泥：取剩余活性污泥，沉淀后倾去上层清液，用蒸馏水洗涤3次，然后在室温下预脱水，得到预干活性污泥；

（2）制备剩余活性污泥吸附剂：取步骤（1）制备的预干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，所述的活化剂与预脱水后活性污泥的质量比为0.1：1，将得到的固体混合物置于马弗炉内，升温至420℃，升温时间为25min，然后在该温度下热解10min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。

实施例2：

（1）制备预干活性污泥：制备干活性污泥：取剩余活性污泥，沉淀后倾去上层清液，用蒸馏水洗涤4次，然后在室温下预脱水，得到预干活性污泥；

（2）制备剩余活性污泥吸附剂：取步骤（1）制备的预干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，所述的活化剂与预脱水后活性污泥的质量比为0.2：1，将得到的固体混合物置于马弗炉内，升温至600℃，升温时间为80min，然后在该温度下热解70min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。

实施例3：

制备预干活性污泥：制备干活性污泥：取剩余活性污泥，沉淀后倾去上层清液，用蒸馏水洗涤5次，然后在室温下预脱水，得到预干活性污泥；

（2）制备剩余活性污泥吸附剂：取步骤（1）制备的预干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，所述的活化剂与预脱水后活性污泥的质量比为0.3：1，将得到的固体混合物置于马弗炉内，升温至800℃，升温时间为120min，然后在该温度下热解120min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。

实施例4：

（1）制备干活性污泥：制备干活性污泥：取剩余活性污泥，沉淀后倾去上层清液，用蒸馏水洗涤3次，然后在室温下预脱水；

（2）制备剩余活性污泥吸附剂：取步骤（1）制备的干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，所述的活化剂与预脱水后活性污泥的质量比为0.4：1，将得到的固体混合物置于马弗炉内，升温至500℃，升温时间为50min，然后在该温度下热解60min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。

实施例5：

（1）制备干活性污泥：制备干活性污泥：取剩余活性污泥，沉淀后倾去上层清液，用蒸馏水洗涤4次，然后在室温下预脱水；；

（2）制备剩余活性污泥吸附剂：取步骤（1）制备的干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，所述的活化剂与预脱水后活性污泥的质量比为0.5:1，将得到的固体混合物置于马弗炉内，升温至700℃，升温时间为100min，然后在该温度下热解110min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。

经过上述的实施例1~5制备的剩余活性污泥吸附剂用去除废水中重金属铅离子的具体方法为：取废水，并用0.01~0.05 mol/L的碱性溶液（NaOH、KOH或者NaHCO₃）或酸性溶液（HNO₃、HCl或NH₄Cl）调节废水的pH值为5.0~9.0，然后向废水中加入剩余活性污泥吸附剂，剩余活性污泥吸附剂的加入量为每1mL废水中加入0.002g剩余活性污泥吸附剂，然后于恒温水浴振荡器中振荡，振荡频率为180~360r/min，振荡时间为20~24h，振荡结束后用0.45μm滤膜过滤，得到去除重金属离子后的废水。

具体实施例为：

实施例6：

取50 mL不同初始浓度的含Pb²⁺废水，具体为，5.0 mg/L、8.0 mg/L、25.0 mg/L、50.0 mg/L、80.0 mg/L、100.0 mg/L、150.0 mg/L、200.0 mg/L、250.0mg/L，分别用0.01 mol/L 碱或酸溶液调节pH值为6.8~7.2，然后将各组废水分别置于100 mL具塞锥形瓶中，加入剩余活性污泥吸附剂，加入量均为0.1g（可以精确到0.001g）。把各个具塞锥形瓶放入恒温水浴振荡器中，在振荡频率为180~360r/min的条件下分别振荡20~24h，然后将各吸附后的溶液用0.45μm滤膜过滤。过滤后的废水用原子吸收法测量Pb²⁺剩余浓度Ct，并按照如下公式(1)和(2)计算剩余活性污泥吸附剂对Pb²⁺的去除率η及剩余活性污泥吸附剂的吸附量qt( mg/g )。

Figure 2012101351627100002DEST_PATH_IMAGE001

(1)

(2)

式中，C₀为吸附前废水中Pb²⁺初始浓度( mg/L )；C_t为吸附后废水中Pb²⁺浓度( mg/L )； V 为废水体积(L)；m为剩余活性污泥吸附剂的质量( g)；η为处理后活性污泥吸附剂对Pb²⁺的去除率；q_t为处理后活性污泥吸附剂对Pb²⁺的吸附量( mg/g)。

图2为剩余活性污泥吸附剂吸附不同浓度Pb²⁺的曲线图。

如图2所示：本发明制备所得的剩余污泥吸附剂对一定浓度范围内的铅离子有着良好的去除效果，即在废水中Pb²⁺的浓度为5~25mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为40~50%；Pb²⁺的浓度为25~80mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为50~60%；Pb²⁺的浓度为100~250mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为20~40%，去除率均保持较高水平。

本发明利用污水处理厂剩余活性污泥制备剩余活性污泥吸附剂，有效地处理了剩余污泥，降低了能源消耗；而利用剩余活性污泥吸附剂处理工业废水中的重金属离子，以废治废，在经济上很有吸引力，具有良好的社会、环境和经济效益。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种剩余活性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）制备剩余活性污泥吸附剂：取步骤（1）制备的干活性污泥，向其中加入活化剂后混合、搅拌均匀，将得到的固体混合物置于马弗炉内，升温至400~800℃，升温时间为20~120min，然后在该温度下热解10~120min，冷却到室温，再经过破碎、研磨处理后过筛，取筛下级分得到剩余活性污泥吸附剂。

2.根据权利要求1所述的剩余活性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的活化剂与预脱水后的较干活性污泥的质量比为0.1~0.5:1。

3.根据权利要求1或2所述的剩余活性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的活化剂为ZnCl₂、H₂SO₄、KOH或H₃PO₄中的任一种。

4.所述的剩余活性污泥吸附剂用于去除废水中重金属Pb²⁺。

5.一种利用剩余活性污泥吸附剂去除废水中重金属铅离子的方法，其特征在于，取废水，并用0.01~0.05 mol/L的碱溶液或酸溶液调节废水的pH值为5.0~9.0，然后向废水中加入剩余活性污泥吸附剂，剩余活性污泥吸附剂的加入量为每1mL废水中加入0.002g剩余活性污泥吸附剂，然后于恒温水浴振荡器中振荡，振荡频率为150 ~180 r/min，振荡时间为20~24h，振荡结束后用0.45μm滤膜过滤，得到去除了重金属离子的废水。

6.根据权利要求5所述的利用剩余活性污泥吸附剂去除废水中重金属铅离子的方法，其特征在于，所述的碱性溶液为NaOH、KOH或NaHCO₃中的任一种溶液。

7.根据权利要求5所述的利用剩余活性污泥吸附剂去除废水中重金属铅离子的方法，其特征在于，所述的酸性溶液为HNO₃、HCl或NH₄Cl中的任一种溶液。

8.根据权利要求5所述的利用剩余活性污泥吸附剂去除废水中重金属铅离子的方法，其特征在于，在废水中Pb²⁺的浓度为5~25mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为40~50%；Pb²⁺的浓度为25~80mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为50~60%；Pb²⁺的浓度为100~250mg/L时，经剩余活性污泥吸附剂吸附后，Pb²⁺的去除率为20~40%。