CN104649403A - 污水处理用磁性填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种污水处理用磁性填料及其制备方法，属于水处理技术领域；首先对生物炭进行酸性改性，再吸附铁离子与重金属离子得到吸附重金属的生物炭，置于强碱溶液中反应得到污水处理用磁性填料；磁性填料的制备工艺简单，操作方便，制备的基于生物炭处理重金属废水的磁性填料生物挂膜效果好。

Description

污水处理用磁性填料及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其是污水处理用磁性填料及其制备方法。
背景技术
生物炭是农林废弃物和禽畜粪便等生物质材料在缺氧或者无氧条件下通过热化学反应得到的一种富炭固体产物，是活性炭的前躯体。生物炭孔隙结构发达、吸附能力强、环境稳定性高，其环境效益已在国内外受到广泛关注。近年来，生物炭作为一种土壤改良剂和固炭剂正越来越受国内外的广泛关注，而作为污水处理填料的研究还不多。
产生于电镀、纺织印染、金属采选、电解、合金等行业的重金属废水对环境具有潜在的威胁，目前常采用化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法等处理。但这些方法往往处理成本高，有些方法亦会带来二次污染。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种污水处理用磁性填料及其制备方法；该方法在采用生物炭处理重金属的同时，还能生成污水处理用磁性填料。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向含有重金属离子的废水中加入二价铁离子和三价铁离子，所述二价铁离子与所述废水中的其它二价金属离子的摩尔比至少为3，所述的三价铁离子与所述废水中的其它三价金属离子的摩尔比至少为8，得处理后废水；
(2)将生物炭置于pH≤4的强酸溶液中反应，洗涤、干燥，得酸改性生物炭；
(3)将步骤(2)所得酸改性生物炭加至步骤(1)所得处理后废水中，搅拌后吸附处理，固液分离后得吸附重金属的生物炭；
(4)将吸附重金属的生物炭置于pH≥10的强碱溶液中，搅拌后常温反应，固液分离、洗涤、干燥，得磁性填料。
进一步，步骤(1)所述的重金属离子废水中重金属离子为铜离子、锰离子、铅离子、锌离子中的一种或几种。
在上述方案中，步骤(1)所述处理后废水中所有三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.1～1.5。
在上述方案中，步骤(2)所述的生物炭为至少有一个方向的尺寸不小于0.5cm。
在上述方案中，步骤(2)所述的强酸为盐酸或硫酸。
在上述方案中，步骤(2)所述的反应的时间为20～35min，所述干燥的温度为50～80℃。
在上述方案中，步骤(3)所述的搅拌时间为2～3min，吸附处理时间为30～50min。
在上述方案中，步骤(4)所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
在上述方案中，步骤(4)所述的搅拌时间为1～2min，反应的时间为60～80min，所述干燥的温度为不超过80℃。
本发明还包括通过上述方法制备得到的污水处理用磁性填料。
本发明的有益效果：
(1)磁性填料的原料为农业固体废物秸秆等的处理产物、重金属离子废水，成本低，实现了固体废物及废水的资源化利用；
(2)磁性填料的制备工艺简单，操作方便，制备的污水处理用磁性填料挂膜效果好；
(3)制备过程中，吸附在生物炭孔隙中的重金属与强碱生成磁性颗粒，并继续留在生物炭的孔隙中，稳定性好；
(4)磁性填料孔隙中的磁性颗粒，可以增强生物反应器内微生物的活性，使微生物降解污染物的能力提高，从而提高生物反应器的降解效率。
附图说明
图1为使用球形生物炭反应得到的磁性填料示意图。
图2为使用圆柱形生物炭反应得到的磁性填料示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
通过以下步骤制备图1所示的污水处理用磁性填料：
(1)向含有铅离子和锌离子的废水中加入二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为3，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为8，废水中所有三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.1；
(2)将直径为0.5cm左右的球形生物炭置于pH为2.5的硫酸溶液中，反应20min，水洗两次，在50℃的环境中干燥，得酸改性生物炭；
(3)将步骤(2)所得酸改性生物炭加至步骤(1)所得处理后废水中，搅拌2min后吸附处理30min，固液分离后得吸附重金属的生物炭；
(4)将吸附重金属的生物炭置于pH为10的氢氧化钠溶液中，搅拌1min后常温反应60min，固液分离，用水洗涤两次，在60℃干燥，得磁性填料。
实施例2
通过以下步骤制备图2所示的污水处理用磁性填料：
(1)向含有铜离子和锰离子的废水中加入二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为6，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为11，废水中所有三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.5；
(2)将上下底面直径及长度均为1.3cm左右的圆柱形生物炭置于pH为4的盐酸溶液中，反应35min，水洗两次，在80℃的环境中干燥，得酸改性生物炭；
(3)将步骤(2)所得酸改性生物炭加至步骤(1)所得处理后废水中，搅拌3min后吸附处理50min，固液分离后得吸附重金属的生物炭；
(4)将吸附重金属的生物炭置于pH为11的氢氧化钾溶液中，搅拌2min后常温反应80min，固液分离，用水洗涤两次，在80℃干燥，得磁性填料。
将实施例1和实施例2所制磁性填料与球形普通聚乙烯填料以及圆柱形普通聚乙烯填料同时用于四套并联运行处理城市生活污水的生物膜反应器实验装置中，其中球形普通聚乙烯填料的尺寸与实施例1制得的磁性填料尺寸大体相当，圆柱形普通聚乙烯填料的尺寸与实施例2制得的磁性填料尺寸大体相当；四套装置的结构、尺寸、填料填充率及实验条件等均相同，其中实验条件为：曝气量0.12m3/h，进水pH＝7.5，温度23℃，水力停留时间6h，填料投加量28％；挂膜一个月后，四套装置出水中主要污染物的去除率如表1所示。
表1四套装置对污水中主要污染物的去除率
由表1可以看出，采用本发明磁性填料的生物膜反应器对城市生活污水中主要污染物的去除率明显高于采用普通聚乙烯填料的生物膜反应器。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向含有重金属离子的废水中加入二价铁离子和三价铁离子，所述二价铁离子与所述废水中的其它二价金属离子的摩尔比至少为3，所述的三价铁离子与所述废水中的其它三价金属离子的摩尔比至少为8，得处理后废水；
(2)将生物炭置于pH≤4的强酸溶液中反应，洗涤、干燥，得酸改性生物炭；
(3)将步骤(2)所得酸改性生物炭加至步骤(1)所得处理后废水中，搅拌后吸附处理，固液分离后得吸附重金属的生物炭；
(4)将吸附重金属的生物炭置于pH≥10的强碱溶液中，搅拌后常温反应，固液分离、洗涤、干燥，得磁性填料。
2.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的重金属离子废水中重金属离子为铜离子、锰离子、铅离子、锌离子中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述处理后废水中所有三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.1～1.5。
4.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的生物炭为至少有一个方向的尺寸不小于0.5cm。
5.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的强酸为盐酸或硫酸。
6.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的反应的时间为20～35min，所述干燥的温度为50～80℃。
7.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的搅拌时间为2～3min，吸附处理时间为30～50min。
8.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
9.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的搅拌时间为1～2min，反应的时间为60～80min，所述干燥的温度为不超过80℃。
10.如权利要求1所述的污水处理用磁性填料的制备方法得到的污水处理用磁性填料。
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