CN104874360A

CN104874360A - 一种多重污染吸附剂及其制备方法

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Publication number: CN104874360A
Application number: CN201510312951.7A
Authority: CN
Inventors: 王昌辉; 江和龙
Original assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Current assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: CN104874360B

Abstract

本发明公开了一种多重污染物吸附剂，该吸附剂由给水厂废泥为原料制成，该吸附剂可有效吸附金属、营养盐和有毒有机物，具有良好的应用前景。

Description

一种多重污染吸附剂及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备领域，主要涉及利用给水厂废泥制备多重污染物吸附剂的方法。

背景技术

给水厂废泥是给水厂的废弃物，它是排泥水经浓缩或脱水后的产物。在我国，给水厂的排泥水多直接排放到自然水体或城市污水系统。对于第一种处置方式，根据《污水综合排放标准》（GB8978-1996），生产废水排入按《地面水环境质量标准》（GB3838-2002）规定的Ⅲ类水域执行一级标准，即悬浮物含量要低于70 mg/L。目前，给水厂的排泥水悬浮物含量一般在1000 mg/L以上，远高于国家排放标准。第二种处置方式前提是排泥水需满足污水厂的预处理要求，且该方式可能会提高污水厂污泥中某些污染物浓度，对污泥的最终处置方式产生影响。此外，两种处置方式都浪费了排泥水中水资源。基于上述背景，近10年来，我国许多20世纪90年代建造的给水厂已在规划或正在筹建废泥处理工程，而处理后产生的给水厂废泥主要进行填埋处置。与污水厂污泥不同，给水厂废泥属于清洁无害物质，且因水处理中絮凝剂的使用而富含铁铝。因此，基于给水厂废泥制备各种吸附剂是水处理技术领域的热点之一，旨在实现废物资源化。

在已有报道中，有直接将给水厂废泥回用的，如申请号201310392594.0公开了一种净水厂废泥去除水中有机磷农药的方法，申请号201310502872.3公开了一种利用给水厂废泥去除废水中硫化氢的吸附柱方法，申请号201410137254.8公开了一种基于给水厂废泥构建垂直流人工湿地处理养殖废水的方法，申请号201310205397.3公开了一种回用给水厂废弃泥去除城镇污水中磷的方法。

有将给水厂废泥改性或再生回用的，如申请号201310022578.2公开了一种活化给水厂废弃泥除磷吸附剂的制备方法，申请号201310205380.8公开了一种序批式活化净水厂残泥制备重金属吸附剂的方法，申请号201310308975.6公开了一种改性净水废泥氨氮吸附剂的制备方法，申请号201010520753.7公开了一种利用再生净水废泥进行城市水体修复的方法，申请号201110122987.0公开了一种净水废泥作为重污染河道底泥掩蔽剂的方法。

有将给水厂废泥直接或改性后，与其他吸附材料联用的，如申请号201210514415.1公开了一种能吸纳水体氮磷等污染物生态护堤材料与制备方法，申请号201280001322.7公开了一种基于给水厂废泥的除味剂的制备方法及由其制备的除味剂和利用其去除恶臭的方法，申请号201410463000.5公开了一种用于同步控制污染底泥氮磷和致臭物质释放的方法。

根据上述报道可知，基于给水厂废泥制备吸附剂表现出从简单的直接回用，针对某种污染物向对其改性及与其他材料联用，针对多种污染物的趋势发展。这应与实际环境污染往往是多重的有关。很显然，制备一种多重污染物吸附剂具有重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于给水厂废泥的资源化利用，以及多重环境污染的有效治理。基于此，本发明提供一种制备多重污染物吸附剂的方法，具体方案为：

（1）采集新鲜给水厂废泥，进行风干、研磨和混匀；

（2）在混匀后的废泥中加入有机质和水，振荡混匀；

（3）将混合物进行固液分离，烘干固体样品，研磨混匀；

（4）将步骤（3）所述固体在缺氧条件热解；

（5）将热解物用清水洗涤，取固体烘干混匀。

本发明所述的方法，其中，所述废泥是给水处理厂因使用铁铝絮凝工艺而产生的，且废泥的pH在6.5~8.0之间。

本发明所述的方法，其中，所述有机质为富里酸、胡敏酸和植物残体材料中的一种。

本发明所述的方法，其中，所述废泥中还含有胡敏素，加入有机质后，废泥中胡敏素占总有机质质量比高于50%。

本发明所述的方法，其中，步骤（2）中加水后，最终固液比在1:1~5之间。

本发明所述的方法，其中，所述热解条件为，无氧，300~400 ℃热解4 h。

本发明所述的方法，其中，获得的材料富含芳香结构的胡敏素，无定形铁铝含量提高20%以上，比表面积和孔体积提高50%以上。在优选的一个方案中，获得材料无定形铁铝含量为110~120 mg/g，比表面积为189 m²/g，孔体积为0.166 cm³/g，相对于原料无定形铁铝含量提高36.6%和34.2%，比表面积和孔体积提高175%和196%。

本发明所述的方法，其中，获得的材料具有吸附金属、营养盐和有毒有机物的能力。

本发明的一个优选实施方案：选择使用铁铝絮凝工艺的某给水厂，采集该水厂废泥，样品经风干、研磨和混匀后，测得pH为7.53。按0.5%的重量比加胡敏酸于样品中，按1:5的固液比，加入去离子水，振荡混合7 d；离心或过滤去除溶液，烘干固体样品，并研磨混匀。此时，给水厂废泥中胡敏素占总有机质含量的60.1%。样品在缺氧条件下，350 ℃热解4 h；热解样品用清水洗净，烘干混匀，即得多重污染物吸附剂。

本发明带来的有益效果在于：

1、提供了一种新型吸附剂材料，可以吸附金属、磷和有毒有机物。

2、提供了一种资源化利用给水厂废泥的方法，通过该方法可以有效提高该废泥的应用前景。

3、提供了将给水厂废泥变为具有多重吸附功能的吸附剂材料的方法，通过该方法，可以有效将废泥变为吸附剂。

4、本发明提供的方法，可由有效提高吸附材料中的无定型铝铁含量以及比表面积和孔体积；其中，无定形铁铝含量提高20%以上，比表面积和孔体积提高50%以上。从而实现吸附剂的功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。

在附图中：

图1多重污染物吸附剂与原料比表面积和孔体积的比较。

图2多重污染物吸附剂与原料中胡敏素的傅里叶红外光谱分析结果。

图3多重污染物吸附剂分别对汞和磷的吸附效果。

图4多重污染物吸附剂对菲的吸附效果。

图5多重污染物吸附剂对菲和磷的同步吸附效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。所列的实施例仅作阐示之用，并表明本发明的精神和范围并非限于此中的细节及其修改案。

实施例1

本实施例说明用给水厂废泥制备多重污染物吸附剂的具体步骤。

选择使用铁铝絮凝工艺的某给水厂，采集该水厂废泥，样品经风干、研磨和混匀后，测得pH为7.53。按0.5%的重量比加胡敏酸于样品中，按1:5的固液比（g/mL）加去离子水，振荡混合7 d；离心或过滤去除溶液，烘干样品，并研磨混匀。此时，给水厂废泥中胡敏素占总有机质含量的60.1%。样品在缺氧条件下，350 ℃热解4 h；热解样品用清水洗净，烘干混匀，即得多重污染物吸附剂。

实施例2

本实施例说明原料以及所获得吸附剂材料的特性

取实施例1中原料与实施例1所获得的吸附剂材料，利用比表面积和孔隙度分析仪，分析样品的比表面积和孔体积；利用傅立叶转换红外线光谱仪分析胡敏素结构；采用化学提取法，分析样品中无定形态铁铝含量变化。

比表面积和孔体积的测定结果见图1。多重污染物吸附剂的比表面积和孔体积分别为189 m²/g和0.166 cm³/g，而原始给水厂废泥的分别为68.8 m²/g和0.056 cm³/g。因此，本发明提供的方法可使给水厂废泥的比表面积和孔体积分别提高175%和196%。

傅里叶红外光谱分析结果见图2。多重污染物吸附剂的胡敏素中具有强吸附能力的芳香碳结构，而原料中没有。此外，所制吸附剂无定形铁铝含量分别为110和120 mg/g，而原料中相应的含量分别为80.5和89.4 mg/g，这表明本发明提供的方法可使给水厂废泥中无定形铁铝分别提高36.6%和34.2%。

实施例3

本实施例说明吸附剂材料对各种污染物的吸附应用过程以及吸附效果

（1）多重污染物吸附剂对汞的吸附。初始浓度在5~50 mg/g，pH为7，吸附固液比为1:1000（g/mL），吸附时间为10 d，采用电感耦合等离子体质谱分析吸附后溶液中汞浓度。结果表明多重污染物吸附剂对汞的吸附率在95%~99%之间（图3）。

（2）多重污染物吸附剂对磷的吸附。初始浓度在5~50 mg/L，pH为7，吸附固液比为1:1000（g/mL），吸附时间为10 d，采用钼锑抗分光光度法分析吸附后溶液中磷浓度。结果表明多重污染物吸附剂对磷的吸附率在60%~100%之间（图3）。

（3）多重污染物吸附剂对菲的吸附。初始浓度在0.1~1.0 mg/L，pH为7，吸附固液比为1:100000（g/mL），吸附时间为10 d，采用液相色谱-质谱联用仪分析吸附后溶液中菲浓度。结果表明多重污染物吸附剂对菲的吸附率在98%~100%之间（图4）。

实施例4

本实施例说明吸附剂对多重污染物的吸附效果

多重污染物吸附剂对磷和菲的同步吸附。磷和菲的初始浓度在0.1~1.0 mg/L，pH为7，研究固液比为1:100000（g/mL），吸附时间为10 d，分析方法同上。结果表明多重污染物吸附剂对磷和菲的吸附率分别在40%~90%和97%~100%之间（图5）。

Claims

1.一种制备多重污染物吸附剂的方法，具体制备步骤为：

（1）采集新鲜给水处理厂废泥，进行风干、研磨和混匀；

（2）在混匀后的废泥中加入有机质和水，振荡混匀；

（3）将混合物进行固液分离，烘干固体样品，研磨混匀；

（4）将步骤（3）所述固体在缺氧条件热解；

（5）将热解物用清水洗涤，取固体烘干混匀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述给水处理厂废泥由铁铝絮凝工艺而产生，且废泥的pH在6.5~8.0之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机质为富里酸、胡敏酸和植物残体材料中的一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废泥中还含有胡敏素，且加入有机质后，混合物中胡敏素占总有机质质量比高于50%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中加水后，最终固液比在1:1~5之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解条件为，无氧，300~400 ℃热解4 h。

7.上述任一权利要求所述的方法获得的材料，其特征在于，该材料富含芳香结构的胡敏素，无定形铁铝含量为110-120 mg/g，比表面积为189 m²/g，孔体积为0.166 cm³/g。

8.根据权利要求7所述的材料，其特征在于，所述材料可同时吸附金属、营养盐和有毒有机物。

9.根据权利要求8所述的材料，在吸附汞、磷和菲中的应用。