CN105903426A - 一种改性给水污泥及其制备方法和应用 - Google Patents

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许航
丁明梅
崔建峰
申昆仑
高晓宏
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents

Abstract

本发明公开了一种改性给水污泥及其制备方法和应用，本发明通过对自来水厂的给水污泥进行高温焙烧，然后用碱溶液对其进行改性，最后用蒸馏水将其冲洗至中性并烘干后制得改性给水污泥。(1)本发明所述的改性给水污泥制备方法简单、成本低廉，合理利用了自来水厂水质净化的副产物，提高了资源利用率；(2)本发明制备获得的改性给水污泥作为氨氮吸附剂用于去除微污染水中的氨氮时，其吸附效果佳，且吸附速率快。

Description

一种改性给水污泥及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于环境保护领域，涉及微污染水的处理，尤其涉及一种改性给水污泥及其制备方法和应用。
背景技术
氨氮是造成水体富营养化和环境污染的重要污染物质之一，氨氮进入水体可引起水体缺氧，滋生有害水生物，导致鱼类中毒。目前，给水污泥由于含有铝、铁等活性离子，因而其可以通过配位交换、共沉淀等方式成功实现对水中磷的吸附，但是将其直接用于吸附水中氨氮效果较差。
微污染水是指受到工农业和生活污水污染，其中部分项目超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅲ类水体规定标准的饮用水源水。相对于污水而言，微污染水源水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐氮的浓度一般都很低。
给水污泥作为自来水厂的副产物，含有大量的无机混凝剂，对其进行资源化再利用具有重要意义。
发明内容
解决的技术问题：为了克服上述现有技术中的缺陷，获得一种制备方法简单，对微污染水中氨氮吸附效果佳、速率快的给水污泥，本发明提供了一种改性给水污泥及其制备方法和应用。
技术方案：一种改性给水污泥的制备方法，包含以下步骤：
(1)将给水污泥置于90～100℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过100～200目金属筛，封袋备用；
(2)将步骤(1)处理后的给水污泥置于450～550℃马弗炉中焙烧2～3h，冷却后密封保存；
(3)将步骤(2)处理后的给水污泥与3％～7％的碱溶液混合放入恒温振荡器中，振荡2～3h。
(4)将碱浸后的给水污泥用蒸馏水冲洗至中性后晾干，即可制得改性给水污泥。
优选的，步骤(1)中将给水污泥置于100℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过100目金属筛，封袋备用；
优选的，步骤(2)中将步骤(1)处理后的给水污泥置于500℃马弗炉中焙烧3h，冷却后密封保存；
优选的，步骤(3)中将焙烧后的给水污泥与5％的NaOH溶液混合放入恒温振荡器中，在25℃条件下，150r/min振荡2h。
由上述任一方法制备获得的改性给水污泥。
所述改性给水污泥在去除微污染水中氨氮的应用。
优选的，所述改性给水污泥在去除微污染水中氨氮时的添加量为每升微污染水添加1g～6g，处理过程中微污染水pH值为6.0～9.0，微污染水中的氨氮浓度为3mg/L～6mg/L，处理温度为20℃～30℃。
进一步的，所述改性给水污泥在去除微污染水中氨氮时的添加量为每升微污染水添加3g，处理过程中微污染水pH值为7.0～8.0，微污染水中的氨氮浓度为5mg/L，处理温度为20℃。
有益效果：(1)本发明所述的改性给水污泥制备方法简单、成本低廉，合理利用了自来水厂水质净化的副产物，提高了资源利用率；(2)本发明制备获得的改性给水污泥作为氨氮吸附剂用于去除微污染水中的氨氮时，其吸附效果佳，且吸附速率快。
附图说明
图1是氨氮去除率随时间变化曲线图；
图2是氨氮去除率随改性污泥投加量变化曲线图；
图3是氨氮吸附率随温度变化曲线图；
图4是氨氮去除率随pH值变化曲线图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
一种改性给水污泥的制备方法，包含以下步骤：
(1)将给水污泥置于90℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过100目金属筛，封袋备用；
(2)将步骤(1)处理后的给水污泥置于450℃马弗炉中焙烧2h，冷却后密封保存；
(3)将步骤(2)处理后的给水污泥与3％的氢氧化钠溶液混合放入恒温振荡器中，在25℃条件下，150r/min振荡2h。
(4)将碱浸后的给水污泥用蒸馏水冲洗至中性后晾干，即可制得改性给水污泥。
将上述方法制备获得的改性给水污泥用于处理微污染水，本实施例采用浓度为5％的氯化铵溶液模拟微污染水。称取上述改性给水污泥3.0g置于1000mL的烧杯中，在20℃，120r/min条件下恒温振荡1h，pH值为8.0，取上清并用0.45μm超滤膜进行过滤，采用纳氏试剂分光光度法测定剩余氨氮的浓度。在同样的条件下采用未改性的给水污泥处理微污染水。
采用下列公式分别计算未改性的给水污泥和改性给水污泥对微污染水中氨氮的去除率W，以判断改性前后给水污泥对微污染水中氨氮的吸附效果。
W = ( C 0 - C e ) C e × 100 %
其中，C0为模拟微污染水初始浓度(单位：mg/L)
Ce为吸附平衡后出水中氨氮的终浓度(单位：mg/L)。
处理结果显示，未改性的给水污泥对微污染水中氨氮的去除率为20％，改性的给水污泥对微污染水中氨氮的去除率为60％。
采用上述改性给水污泥处理微污染水，考察处理时间对氨氮去除率的影响，分别对0min、5min、10min、15min、20min、25min和30min的去除率进行统计分析，结果如图1所示。从图1中可见，微污染水中的氨氮去除率随处理时间的延长而增高，并在10min后达到最大值，之后的去除率基本保持稳定。因此，本发明所述方法制备获得的改性给水污泥较现有技术而言对微污染水中的氨氮去除速度更快。
实施例2
一种改性给水污泥的制备方法，包含以下步骤：
(1)将给水污泥置于100℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过200目金属筛，封袋备用；
(2)将步骤(1)处理后的给水污泥置于550℃马弗炉中焙烧3h，冷却后密封保存；
(3)将步骤(2)处理后的给水污泥与7％的氢氧化钠溶液混合放入恒温振荡器中，在25℃条件下，150r/min振荡3h。
(4)将碱浸后的给水污泥用蒸馏水冲洗至中性后晾干，即可制得改性给水污泥。
将上述方法制备获得的改性给水污泥用于处理微污染水，本实施例采用浓度为5％的氯化铵溶液模拟微污染水。称取上述改性给水污泥置于1000mL的烧杯中，在20℃，120r/min条件下恒温振荡1h，pH值为8.0，取上清并用0.45μm超滤膜进行过滤，采用纳氏试剂分光光度法测定剩余氨氮的浓度。
采用上述改性给水污泥处理微污染水，考察改性给水污泥的投加量对氨氮去除率的影响，分别对投加量为1g/L、2g/L、3g/L、4g/L和5g/L的去除率进行统计分析，结果如图2所示。
采用下列公式分别计算改性给水污泥对微污染水中氨氮的去除率W，以判断改性后给水污泥对微污染水中氨氮的吸附效果。
W = ( C 0 - C e ) C e × 100 %
其中，C0为模拟微污染水初始浓度(单位：mg/L)
Ce为吸附平衡后出水中氨氮的终浓度(单位：mg/L)。
从图2中可见，改性给水污泥对微污染水中氨氮的去除率随改性给水污泥投加量的增加而升高，1～3g/L去除率增加幅度较大，3～5g/L增加缓慢。
实施例3
一种改性给水污泥的制备方法，包含以下步骤：
(1)将给水污泥置于100℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过100目金属筛，封袋备用；
(2)将步骤(1)处理后的给水污泥置于500℃马弗炉中焙烧3h，冷却后密封保存；
(3)将步骤(2)处理后的给水污泥与5％的氢氧化钾溶液混合放入恒温振荡器中，在25℃条件下，150r/min振荡2h。
(4)将碱浸后的给水污泥用蒸馏水冲洗至中性后晾干，即可制得改性给水污泥。
将上述方法制备获得的改性给水污泥用于处理微污染水，本实施例采用浓度为2.5～15mg/L氯化铵溶液模拟微污染水。称取上述3.0g改性给水污泥置于1000mL的烧杯中，分别在20℃、35℃和50℃，120r/min条件下恒温振荡1h，pH值为8.0，取上清并用0.45μm超滤膜进行过滤，采用纳氏试剂分光光度法测定剩余氨氮的浓度。
采用上述改性给水污泥处理微污染水，考察处理温度及初始氨氮浓度对去除率的影响，结果如图3所示。
采用下列公式分别计算改性给水污泥对微污染水中氨氮的去除率W，以判断改性后给水污泥对微污染水中氨氮的吸附效果。
W = ( C 0 - C e ) C e × 100 %
其中，C0为模拟微污染水初始浓度(单位：mg/L)
Ce为吸附平衡后出水中氨氮的终浓度(单位：mg/L)。
从图3中可见，当氨氮的初始浓度相同时，20℃条件下氨氮的去除率最高；在温度相同时，氨氮的初始浓度越高去除率越低。
实施例4
一种改性给水污泥的制备方法，包含以下步骤：
(1)将给水污泥置于100℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过100目金属筛，封袋备用；
(2)将步骤(1)处理后的给水污泥置于500℃马弗炉中焙烧3h，冷却后密封保存；
(3)将步骤(2)处理后的给水污泥与5％的氢氧化钾溶液混合放入恒温振荡器中，在25℃条件下，150r/min振荡2h。
(4)将碱浸后的给水污泥用蒸馏水冲洗至中性后晾干，即可制得改性给水污泥。
将上述方法制备获得的改性给水污泥用于处理微污染水，本实施例采用浓度为5％的氯化铵溶液模拟微污染水。称取3.0g上述改性给水污泥置于1000mL的烧杯中，在20℃，120r/min条件下恒温振荡1h，取上清并用0.45μm超滤膜进行过滤，采用纳氏试剂分光光度法测定剩余氨氮的浓度。
采用上述改性给水污泥处理微污染水，考察pH值对去除率的影响，pH值为1～11，结果如图4所示。
采用下列公式分别计算改性给水污泥对微污染水中氨氮的去除率W，以判断改性后给水污泥对微污染水中氨氮的吸附效果。
W = ( C 0 - C e ) C e × 100 %
其中，C0为模拟微污染水初始浓度(单位：mg/L)
Ce为吸附平衡后出水中氨氮的终浓度(单位：mg/L)。
从图4中可见，当pH值为6.0～9.0时对氨氮的去除率最高。

Claims (8)

1.一种改性给水污泥的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将给水污泥置于90～100℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过100～200目金属筛，封袋备用；
(2)将步骤(1)处理后的给水污泥置于450～550℃马弗炉中焙烧2～3h，冷却后密封保存；
(3)将步骤(2)处理后的给水污泥与3％～7％的碱溶液混合放入恒温振荡器中，振荡2～3h。
(4)将碱浸后的给水污泥用蒸馏水冲洗至中性后晾干，即可制得改性给水污泥。
2.根据权利要求1所述的一种改性给水污泥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将给水污泥置于100℃烘箱中干燥至恒重，将干燥后的给水污泥进行粉碎处理，并使之通过100目金属筛，封袋备用。
3.根据权利要求1所述的一种改性给水污泥的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将步骤(1)处理后的给水污泥置于500℃马弗炉中焙烧3h，冷却后密封保存。
4.根据权利要求1所述的一种改性给水污泥的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将焙烧后的给水污泥与5％的NaOH溶液混合放入恒温振荡器中，在25℃条件下，150r/min振荡2h。
5.权利要求1～4任一方法制备获得的改性给水污泥。
6.权利要求5所述改性给水污泥在去除微污染水中氨氮的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述改性给水污泥在去除微污染水中氨氮时的添加量为每升微污染水添加1g～6g，处理过程中微污染水pH值为6.0～9.0，微污染水中的氨氮浓度为3mg/L～6mg/L，处理温度为20℃～30℃。
8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述改性给水污泥在去除微污染水中氨氮时的添加量为每升微污染水添加3g，处理过程中微污染水pH值为7.0～8.0，微污染水中的氨氮浓度为5mg/L，处理温度为20℃。
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