CN105289463A - 一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料领域，公开了一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法。该方法是将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，用蒸馏水拌匀、煅烧，制得复合吸附材料；其中，废旧玻璃和白云石的重量比为1:3-3:1。该方法最大程度降低成本，以废治污，容易推广；利用物理吸附和化学沉淀法协同作用去除污泥中的氮磷，效率高，效果好，同时能够解决去除氮磷之后的沉淀结晶难以回收利用，堵塞除污管道及泵体的技术难题；该吸附材料除污后的废料还能作为缓释肥料应用，变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及处理污泥的复合材料领域，特别涉及一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，环境污染问题越来越受到人们的重视，污泥处理厂相应增多，产生的剩余污泥量也会随之增加，并且目前我国“重水轻泥”现象严重，大多数中小型污泥处理厂建厂设计时仅考虑到污泥浓缩、脱水工序，没有考虑到污泥内污泥的稳定化、无害化的要求。污泥中含有较为丰富的有机质及氮、磷资源，如果能够回收利用这些资源，将对消除污泥造成的环境污染和解决能源、资源的可持续利用具有重要意义。
厌氧消化是污泥资源化过程中非常重要的一个步骤，但是厌氧消化存在污泥停留时间长、消化速率低、有机质破解程度低等问题。比如氮磷浓度过高会对厌氧微生物产生毒性作用，抑制颗粒污泥的活性，甚至会是反应器失效，因此，必须在厌氧消化之前增加除氮磷预处理步骤。厌氧发酵产气量大，污泥中的氨氮继续溶出，液相中的氨氮积累会增多，故在厌氧发酵之后仍需去除污泥中的氮磷。现有技术中通常采用添加药剂法、化学沉淀法等方法去除污泥中的氮磷，但是除去氮磷后形成的沉淀结晶，回收利用比较困难；并且随着时间的推移，慢慢会沉淀到污泥处理设备的泵体及管路当中，影响污水处理效果并且损坏污水处理设备。因此，找到一种合适的方法既能去除污泥中的氮磷，同时又能防止沉淀结晶沉淀到污泥处理设备的管路中，具有重要意义。本发明利用废旧玻璃及白云石制备得到一种复合吸附材料，可以很好的去除污泥中的氮磷及其形成的沉淀结晶。
起初发现，简单的将废旧玻璃与白云石混合在一起制备复合吸附材料，吸附材料的除氮磷效果并不理想，甚至一度放弃了制备吸附材料的最初努力，然而随着试验的进行，我们惊奇的发现，采用特定目数及窄配比范围的废旧玻璃和白云石，可以制得除氮磷效果较好的复合吸附材料，并且制备工艺参数对吸附材料的制备及成品的性能也有很大程度的影响。因此，寻找到一种合适的工艺制备复合吸附材料，然后进行氮磷资源的回收，具有多方面获益的效果，可以实现污泥的无害化、减量化和资源化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法。该方法能够很好的去除污泥中的氮磷，与此同时可以防止沉淀结晶沉淀到污泥处理设备的管路中。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法，将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，用蒸馏水拌匀、煅烧，制得复合吸附材料；其中，废旧玻璃和白云石的重量比为1:3-3:1。
本发明充分利用白云石中的钙镁资源，最大限度的降低成本，容易推广，如有需要可添加其他低成本含碳酸钙，镁的废弃物，此类活性物质的天然结构和生物活性使其具有一定的生物活性。白云石的主要化学成份为CaMg(CO3)2，可用于去除污泥中的氨氮和磷，但是利用白云石作为活性物质处理污泥，其天然的结构特性使其吸附污泥中的氮磷存在一定的局限性，而且产生的沉淀结晶无法回收利用，长时间使用会堵塞设备管路及泵体。
而廉价的废旧玻璃具有多孔结构，熔融后有一定的烧结作用，能用于成形，因此，本发明可以采用添加废旧玻璃的方法解决上述问题，本发明提供的复合吸附材料是以玻璃作为基体，白云石作为活性物质，对废旧玻璃和白云石的天然结构进行改性，利用复合吸附材料的物理吸附和化学沉淀作用去除污泥中的氮磷；同时烧结成型的复合吸附材料可以将生成的沉淀结晶固定住，避免堵塞设备的管路及泵体；吸附有沉淀结晶的废料可以作为有机肥料缓蚀剂，改土培肥供农业生产使用，同时其持水性好，也可以供园林绿化使用。
优选的，本发明采用的废旧玻璃和白云石的重量比为1:3-3:1，如此窄配比的原料能够使成品吸附材料达到最合适的硬度和吸附效果。更优选的，本发明采用的废旧玻璃和白云石的重量比为1:1。
本发明采用的废旧玻璃和白云石过筛后的粒度均20-100目。玻璃和白云石的粒度的选择，要考虑实际生产中粒度大小会导致在研磨过程中机械耗能的多少，同时更重要的是要考虑吸附材料的结构和吸附效果，当玻璃和白云石的颗粒较粗时其研磨过程耗能较少，但制得材料不易成型，吸附效果不好；当玻璃和白云石的颗粒很小时，白云石在水中出现粉化，导致吸附的吸附效果不理想并且研磨过程耗能较高。因此，本发明最终选用的合适目数范围为20-100。
本发明加入蒸馏水的目的是促进玻璃粉与白云石粉的充分混合均匀，即加入蒸馏水搅拌后既不能使两者混合后太干，也不能太湿，因此蒸馏水的用量是随着玻璃与白云石混合后总量的变化而变化的，蒸馏水的用量与最终材料的结构性能有关。
本发明采用的煅烧方式分为初次煅烧和再次煅烧。
优选的，初次煅烧的温度为100-200℃，煅烧的时间为0.5-1.5h，初次煅烧主要目的是使混合材料中的蒸馏水蒸发，低温度煅烧在蒸发水分的同时，会使得材料经历预烧结的过程，此时材料已经开始有固定形状，内部开始形成空隙结构，既增加了样品的表面积又减小了样品的密度，促进了材料的成型。
优选的，再次煅烧的温度是800-1000℃，再次煅烧的时间为1-2h，再次煅烧使玻璃逐渐融化，玻璃逐渐呈现烧结状态，玻璃及白云石的天然结构被破坏，随着加热温度的升高，复合吸附材料的多孔结构重新穿插、搭建，穿插、搭建后的孔隙在三维空间相互贯通，形成新的空间结构；与此同时，白云石中的CaMg(CO3)2和有机成分逐渐分解，使CO2和有机物或者保留在材料中起造孔的作用，或者使新的空间结构的孔径增加，比表面积增大、很好的提高了复合材料的吸附过滤性能；而且废旧玻璃与白云石混合的配方在1000℃时达到最佳活化状态，溶出更多的钙离子和镁离子，能够更多的去除沉淀污泥中的氮磷。
将本发明提供的制备方法制得的复合吸附材料应用到污泥中可以很好的去除污泥中的氮磷，一方面复合材料的多孔结构能够吸附污泥中的有机物及氮磷；另一方面污泥中的氮磷和复合材料中的镁离子和钙离子发生化学反应，利用化学沉淀法去除污泥中的氮磷，活化的钙镁离子与污泥中的氮磷可能生成的成分有Mg(NH4)PO4、Ca3(PO4)2、Ca5OH(PO4)3或Ca(OH)2HPO4，污泥中的氮磷与吸附材料中的镁离子反应生成Mg(NH4)PO4；而偏酸性的环境中吸附材料中的钙离子与磷酸根直接生成Ca3(PO4)2；偏碱性的环境里吸附材料中的钙离子与磷酸根离子又可生成羟基磷灰石，即Ca5OH(PO4)3或Ca(OH)2HPO4。本发明提供的复合吸附材料利用物理吸附和化学沉淀法协同作用去除污泥中的氮磷。
复合吸附材料去除污泥中的氮磷之后得到的废料是一种良好的缓释肥料。因其营养成分在材料中的吸附方式，能够使其肥料中含有养分的化合物在土壤中释放速度缓慢或者养分释放速度可以得到一定程度的控制以供作物持续吸收利用；此肥料的最重要特性是可以控制其释放速度，在施入土壤以后逐渐分解，逐渐为作物吸收利用，使肥料中养分能满足作物整个生长期中各个生长阶段的不同需要，肥效可维持时间长。另外，该废料因发达的孔隙结构，具有很好的持水性，从而协调土壤中的水、肥、气、热，能够为作物生长创造良好的环境条件。
本发明提供了一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法，充分利用废旧玻璃的天然结构及白云石中的钙镁资源，直接烧结成型研制高效污泥除氮磷复合吸附材料。该方法最大程度降低成本，以废治污，容易推广；利用物理吸附和化学沉淀法协同作用去除污泥中的氮磷，效率高，效果好，同时能够解决去除氮磷之后的沉淀结晶难以回收利用，堵塞除污管道及泵体的技术难题；该吸附材料除污后的废料还能作为缓释肥料应用，变废为宝。
具体实施方式
本发明旨在提供一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法。该方法能够很好的去除污泥中的氮磷，与此同时可以防止沉淀结晶沉淀到污泥处理设备的管路中。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1原料配比的选择
将废旧玻璃和白云石粉碎后，筛分成不同的粒径，均选取80目的废旧玻璃和白云石按1:1、1:2、1:3、2:1、2:3、3:1、3:2的比例混合，加入适量蒸馏水混合均匀。然后将混匀材料120℃煅烧，煅烧1h，然后将初次煅烧后的材料再次在1000℃温度下煅烧2h，冷却后制得吸附材料。对其目测结构和硬度的比较，然后进行静态吸附试验，结果如表1所示。
表1原料重量比对吸附效果的影响
表1数据显示，当废旧玻璃和白云石的重量比为1:1时，所制得材料硬度较好，且材料不易破碎，而且吸附材料的吸附性能最佳，能够满足实际生产需求。当废旧玻璃比重高时，虽然材料不易碎，硬度高，但由于白云石比重低，吸附效果较差；而白云石比重高时，由于废旧玻璃的量少，材料粘合作用差，最终材料不易成型，不能将生成的沉淀结晶固定住，容易堵塞设备的管路及泵体。因此，废旧玻璃和白云石的最合适重量比为1:1。
实施例2原料目数的选择试验
将废旧玻璃和白云石粉碎，分别筛分成10、20、40、60、80、100、120目。将混合目数的废旧玻璃和白云石混合，如果两者材料目数相差较大，烧制成的材料不易成型；如果目数相差较小(比如废旧玻璃与白云石的目数分别为20和40目、60和20目及80和60目)，烧制而成的材料虽然能够成型，但是易碎，不能满足实际生产需求。本发明选择目数相同的两种原料混合。
将相同目数的废旧玻璃和白云石根据1:1的重量比混合，加入蒸馏水搅拌均匀，在120℃下煅烧，煅烧1h，然后在1000℃下再次煅烧2h，煅烧结束冷却至室温成型，最终制得复合吸附材料。通过目测比较吸附材料的结构和硬度，然后对成型材料进行氮磷吸附试验，吸附材料的吸附效果如表2所示。
表2原料目数对吸附效果的影响
表2数据可以看出，当废旧玻璃与白云石的目数不高于10时，制得的材料不成型，当废旧玻璃与白云石的目数为80时，两种原料的粉末细腻且烧制的样品在结构和吸附效率上都能达到预知的要求，随着目数的增加，吸附材料的吸附效果反而降低，有可能是此时的白云石在水中出现粉化，导致吸附效果不好。因此，最终废旧玻璃与白云石的目数的范围选择为20-100目。
实施例3煅烧温度及煅烧时间的选择
本发明采用的煅烧方式为初次煅烧和再次煅烧相结合的方式。初次煅烧的目的是使水蒸气充分蒸发，经历预烧结并开始形成固定形状的过程，温度不宜过高，时间不宜过长，如果初次煅烧的温度低于100℃，时间低于0.5h，蒸馏水蒸发不完全，如果初次煅烧温度高于200℃，时间大于1.5h，高温会导致材料内部受热不均匀，会影响材料的结构。
再次煅烧温度的选择分别取80目的玻璃和白云石(重量比为1:1)，加入蒸馏水混匀，在120℃初次煅烧1h，然后在不同的温度下煅烧1h，然后在不同的时间内在1000℃温度下再次煅烧，对冷却成型样品进行氮磷吸附静态试验，结果如表3所示。
表3再次煅烧温度对吸附材料的影响
再次煅烧目的是使玻璃软化，白云石分解并使钙镁离子更多的溶出。表3数据显示，当再次煅烧的温度低于800摄氏度，吸附材料基本不成形，温度过低，玻璃不能很好地熔融，白云石中的CO2和有机物不能很好的分解完全，复合吸附材料的多孔结构不能重新穿插、搭建。当温度为1100℃时，吸附材料的吸附效果反而降低，可能因为此时温度过高，玻璃过度软化，样品内部会出现液相，吸附材料的多孔被液相封闭，导致吸附材料的吸附效果下降，而且此时的材料变的容易破碎。因此再次煅烧的温度范围为800-1000℃。
再次煅烧时间的选择取粒度为80目的质量比1:1的废旧玻璃和白云石，加入蒸馏水将原料混合均匀，首次煅烧的温度为120℃煅烧，煅烧1h，然后将首次煅烧好后的材料在1000℃下煅烧不同的时间，冷却制得复合吸附材料，对吸附材料进行静态吸附试验，数据如表4所示。
表4再次煅烧时间对吸附效果的影响
表4数据显示，煅烧时间低于60min时，材料不成型，除氮磷的效果也不理想，而随着煅烧时间的延长，吸附材料逐渐形成多孔结构的成型结构，但煅烧时间超过150min时，复合吸附材料的除氮磷效果反而下降，因此，本发明采用的再次煅烧时间为1-2h。
实施例4复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取80目的重量比为1:1的原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为120℃，煅烧时间为1h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为2h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
实施例5复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取20目筛的重量比为2:3的废旧玻璃和白云石原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为100℃，煅烧时间为0.5h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为1.5h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
实施例6复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取40目筛的重量比为1:2的废旧玻璃和白云石原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为150℃，煅烧时间为0.8h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为800℃，煅烧时间为2h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
实施例7复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取50目筛的重量比为1:3的废旧玻璃和白云石原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为160℃，煅烧时间为0.9h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为1.2h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
实施例8复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取60目筛的重量比为3:2的废旧玻璃和白云石原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为180℃，煅烧时间为1.5h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为1.3h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
实施例9复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取70目筛的重量比为2:1的废旧玻璃和白云石原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为200℃，煅烧时间为1h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为860℃，煅烧时间为2h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
实施例10复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取90目筛的重量比为3:1的废旧玻璃和白云石原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为160℃，煅烧时间为1.2h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为950℃，煅烧时间为1h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
实施例11复合吸附材料的制备方法
将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，取100目筛的重量比为3:1的废旧玻璃和白云石原料混合均匀，加入蒸馏水充分搅拌均匀，放入马弗炉中初次煅烧温度为120℃，煅烧时间为1.5h，然后将初次煅烧好后的材料再次煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为2h，煅烧结束冷却至室温成型，制得复合吸附材料。
以上对本发明所提供一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和中心思想。应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于去除污泥中氮磷复合吸附材料的制备方法，其特征在于，将废旧玻璃和白云石粉碎过筛，用蒸馏水拌匀、煅烧，制得复合吸附材料；其中，废旧玻璃和白云石的重量比为1:3-3:1。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：废旧玻璃和白云石的重量比为1:1。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：废旧玻璃和白云石过筛后的粒度均为20-100目。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：煅烧分为初次煅烧和再次煅烧。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：初次煅烧的温度为100-200℃，煅烧的时间为0.5-1.5h。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：再次煅烧的温度为800-1000℃，再次煅烧的时间为1-2h。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的制备方法得到的用于去除污泥中氮磷复合吸附材料。
8.一种良好的缓释肥料，包括使用如权利要求7所述的复合吸附材料去除污泥中的氮磷之后得到的废料。
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|---|---|---|---|---|
| CN109320050A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-02-12 | 北京舞鹤环境工程设计有限公司 | 一种适用于市政污泥资源化的调理剂及制备方法和应用 |
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| CN1084840A (zh) * | 1992-09-30 | 1994-04-06 | 上海青蒲环保设备厂 | 石英微孔过滤材料及其制造方法 |
| CN103223327A (zh) * | 2013-05-13 | 2013-07-31 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种氮磷同步吸附剂的制备方法和应用 |
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