CN106669620B - 一种锆改性污泥吸附剂的制备及去除水中磷酸根的方法 - Google Patents

一种锆改性污泥吸附剂的制备及去除水中磷酸根的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锆改性污泥吸附剂的制备方法，向活性污泥粉末中加入氯乙酸后调节pH至中性，常温下搅拌后用蒸馏水清洗至8～8.5，得到混合物A；向混合物A中加入蒸馏水和四水合硫酸锆，搅拌后用蒸馏水离心清洗至残留的锆离子全部除去，冷冻干燥即得。本发明得到的吸附剂，因为锆对水中的磷酸根有较强的亲和性，吸附剂表面的羟基官能团与磷酸根通过离子交换作用和静电吸附作用从而去除水体中磷酸根，且活性污泥来源广泛，价格低廉，操作简单，对设备要求低，制得的污泥吸附剂吸附性能好，适合工业化大规模生产。

Description

一种锆改性污泥吸附剂的制备及去除水中磷酸根的方法
技术领域
本发明属于水污染控制技术领域，具体涉及一种锆改性污泥吸附剂的制备方法，本发明还涉及该锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根的方法。
背景技术
水体富营养化已经成为全球关注的环境问题。高速发展的工农业和人类的生产生活会产生大量富含磷的废水,未经处理的废水排入河流湖泊和海洋中,会导致水体的富营养化。富营养化使得水质恶化,危害生产生活的用水安全,目前己成为最为严峻的环境问题之一。因此，含磷的废水排入天然水体之前，必须对其进行有效去除。
目前，含磷废水的处理方法主要有化学除磷、生物除磷和吸附除磷等。与其他方法相比，吸附除磷的方法由于速度快、效果好、无二次污染、操作简便等特点，广泛用于含磷废水的处理。
吸附除磷的关键技术在于利用吸附剂大的比表面积，使磷在吸附剂表面的活性位点进行附着吸附、表面沉淀或离子交换，从而实现磷从水相向固相的转移，达到分离效果。目前国内常用活性炭去除水中的磷，其吸附能力较差且再生利用较为复杂，费用昂贵，处理成本高。因此，有必要开发廉价的高效吸附剂。
城市污水处理厂污泥作为污水处理后的副产物，若处理不当，易造成二次污染。活性污泥中包含各种病原菌、肠道病毒、寄生生物等细菌及有机质组分，可通过化学途径将其制成价格低廉的吸附剂。近年来，锆改性材料作为除磷吸附剂取得了显著效果，并且四价锆的水合氧化物具有丰富的羟基离子以及水分子，这些羟基离子和水分子参与配体取代，可吸附水溶液中的磷酸根。因此，本发明采用锆改性活性污泥作为吸附剂，并将其用于水中磷酸根的去除。
发明内容
本发明的目的是提供一种锆改性污泥吸附剂的制备方法，该制备方法操作简单，污泥来源广泛，价格低廉，制得的污泥吸附剂吸附性能好。
本发明的另一个目的是提供一种锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根的方法。
本发明所采用的技术方案是，一种锆改性污泥吸附剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，向活性污泥粉末中加入氯乙酸后调节pH至8～8.5，常温下搅拌后用蒸馏水清洗至中性，得到混合物A；
步骤2，向步骤1得到的混合物A中加入蒸馏水和四水合硫酸锆，搅拌后用蒸馏水离心清洗至残留的锆离子全部除去，冷冻干燥，即得。
本发明的特点还在于，
步骤1中活性污泥粉末的制备方法为：将活性污泥静置30～40min后去除上层液，然后用蒸馏水清洗4～6次，过滤后在灭菌锅中杀菌15～30min，再用浓度为0.5～2mol/L的盐酸浸泡8～10h后用蒸馏水洗涤至中性，过滤，冷冻干燥，即得。
步骤1中活性污泥粉末的质量与氯乙酸的物质的量比为50～30：1g/mol。
步骤1中搅拌时间为10～15h。
步骤2中活性污泥粉末与四水合硫酸锆的质量比为1：1.4～2，搅拌时间6～9h。
步骤2中冷冻干燥是在-40℃，时间为20～30h。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种利用上述方法制备得到的改性污泥吸附剂去除水中磷酸根的方法，在磷酸根浓度为5～50mg/L欲净化的水体中加入其质量0.0005倍的锆改性污泥吸附剂，在25℃、pH为3～7的条件下吸附水中磷酸根，吸附5min～24h后收集锆改性污泥吸附剂，净化水体。
本发明的特点还在于，
磷酸跟为PO4 3-、HPO4 2-、H2PO4 -中的一种或多种。
本发明的有益效果是，本发明改性污泥吸附剂的制备方法，用于去除水中磷酸根。在天然水体中，磷的主要存在形式以磷酸根以及有机磷为主。但真正能被藻类作为营养物质所利用的仅为溶解态的磷，这部分磷主要以磷酸根形态存在。因此在实际污水处理中，往往关注于磷酸根的去除。该方法主要是利用吸附剂表面与水中的磷酸根离子的吸附亲和性，使得磷酸根在吸附剂表面实现附着吸附、离子交换或表面沉淀，从而达到从水中有效去除磷酸根的目的。因为锆对水中的磷酸根有较强的亲和性，吸附剂表面的羟基官能团与磷酸根通过离子交换作用和静电吸附作用从而去除水体中磷酸根，且活性污泥来源广泛，价格低廉，操作简单，对设备要求低，制得的污泥吸附剂吸附性能好，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明锆改性污泥吸附剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将活性污泥静置30～40min后去除上层液，然后用蒸馏水清洗4～6次，过滤后在灭菌锅中杀菌15～30min，再用浓度为0.5～2mol/L的盐酸浸泡8～10h，之后用蒸馏水洗涤至中性，过滤，冷冻干燥，得到净化后的污泥；
步骤2，向步骤1得到的活性污泥粉末中加入氯乙酸，活性污泥粉末的质量与氯乙酸的物质的量比为50～30：1g/mol，并用5～10mol/L NaOH溶液调节pH至8～8.5，常温下搅拌10～15h后用蒸馏水清洗至中性，得到混合物A；
步骤3，向步骤2得到的混合物A中加蒸馏水，再加四水合硫酸锆，活性污泥粉末与四水合硫酸锆的质量比为1：1.4～2，搅拌6～9h，用蒸馏水离心清洗至残留的锆离子全部除去，-40℃下冷冻干燥20～30h，即得。
利用上述改性污泥吸附剂去除水中磷酸根的方法，在磷酸根浓度为5～50mg/L欲净化的水体中加入其质量0.0005倍的锆改性污泥吸附剂，在25℃、pH为3～8的条件下吸附水中磷酸根，吸附5min～24h后收集锆改性污泥吸附剂，净化水体。
其中磷酸根可以是PO4 3-、HPO4 2-、H2PO4 -中的一种或多种。
实施例1
步骤1，将活性污泥静置30min，去除上层液，用蒸馏水清洗4次，过滤后在灭菌锅中杀菌15min，然后用浓度为2mol/L的盐酸浸泡10h，之后用蒸馏水洗涤至中性，过滤，冷冻干燥，得到净化后的污泥；
步骤2，将5g活性污泥粉末放入平底烧瓶中、加入500ml 0.25mol/L氯乙酸，并用10mol/LNaOH溶液调节pH至8.2，常温下搅拌10h，将反应后的材料用蒸馏水清洗至中性，得到混合物A；
步骤3，将混合物A移入平底烧瓶中，加400ml蒸馏水，再加7.8g四水合硫酸锆，搅拌9h，用蒸馏水离心清洗至残留的锆离子全部除去，冷冻干燥24h，即得。
实施例2
步骤1，将活性污泥静置40min，去除上层液，用蒸馏水清洗5次，过滤后在灭菌锅中杀菌20min，然后用浓度为0.5mol/L的盐酸浸泡8h，之后用蒸馏水洗涤至中性，过滤，冷冻干燥，得到净化后的污泥；
步骤2，将5g活性污泥粉末放入平底烧瓶中、加入500ml 0.2mol/L氯乙酸，并用8mol/LNaOH溶液调节pH至8，常温下搅拌12h，将反应后的材料用蒸馏水清洗至中性，得到混合物A；
步骤3，将混合物A移入平底烧瓶中，加400ml蒸馏水，再加7g四水合硫酸锆，搅拌6h，用蒸馏水离心清洗至残留的锆全部除去，冷冻干燥20h，即得。
实施例3
步骤1，将活性污泥静置35min，去除上层液，用蒸馏水清洗6次，过滤后在灭菌锅中杀菌30min，然后用浓度为1mol/L的盐酸浸泡9h，之后用蒸馏水洗涤至中性，过滤，冷冻干燥，得到净化后的污泥；
步骤2，将4.5g活性污泥粉末放入平底烧瓶中、加入500ml 0.3mol/L氯乙酸，并用5mol/LNaOH溶液调节pH至8.5，常温下搅拌15h，将反应后的材料用蒸馏水清洗至中性，得到混合物A；
步骤3，将混合物A移入平底烧瓶中，加400ml蒸馏水，再加9g四水合硫酸锆，搅拌8h用蒸馏水离心清洗至残留的锆全部除去，冷冻干燥30h，即得。
实施例4
采用实施例1制备的锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根。将含磷酸根的水置于封闭容器中，加入含磷酸根水质量0.0005倍的吸附剂，磷酸根的初始浓度为5mg/L，在25℃，pH为3.65的条件下恒温振荡吸附，吸附时间6h后，过滤取滤液，测得磷酸根的吸附量为8.86mg/g，去除率为88.3％。
实施例5
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的浓度为20mg/L，其他条件不变，磷酸根的吸附量为23.76mg/g，去除率为58.80％。
实施例6
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的浓度为50mg/L，其他条件不变，磷酸根的吸附量为26.76mg/g，去除率为26.86％。
由实施例4～6可以看出，随着磷酸根浓度的增大，污泥吸附剂对磷酸根的吸附量逐渐增大，去除率逐渐减少。
实施例7
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为20mg/L，吸附时间为5min，其他条件不变，磷酸根的吸附量为12.57mg/g，去除率为31.42％。
实施例8
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为20mg/L，吸附时间为40min，其他条件不变，磷酸根的吸附量为20.38mg/g，去除率为50.94％。
实施例9
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为20mg/L，吸附时间为400min，其他条件不变，磷酸根的吸附量为24.56mg/g，去除率为61.4％。
由实施例7～9可以看出，随着吸附时间的增多，吸附剂对磷酸根的吸附量逐渐增加，去除率也逐渐增加。
实施例10
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为10mg/L，当溶液中SO4 2-浓度为10mmol/L时，其他条件不变，磷酸根的吸附量为15.73mg/g，去除率为78.65％。
实施例11
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为10mg/L，当溶液中SO4 2-浓度为15mmol/L时，其他条件不变，磷酸根的吸附量为16.11mg/g，去除率为80.55％。
实施例12
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为10mg/L，当溶液中SO4 2-浓度为20mmol/L时，其他条件不变，磷酸根的吸附量为15.93mg/g，去除率为79.65％。
由实施例10～12可以看出，溶液中SO4 2-的存在抑制了吸附剂对磷酸根的吸附，但吸附剂对磷酸根的吸附量影响不大。
实施例13
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为20mg/L，当溶液pH为3.0时，其他条件不变，磷酸根的吸附量为26.05mg/g，去除率为66.82％。
实施例14
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为20mg/L，当溶液pH为5.0时，其他条件不变，磷酸根的吸附量为22mg/g，去除率为54.8％。
实施例15
参见实施例4，以锆改性污泥吸附剂去除水中磷酸根，磷酸根的初始浓度为20mg/L，当溶液pH为8.0时，其他条件不变，磷酸根的吸附量为18.8mg/g，去除率为47.4％。
由实施例13～15可以看出，随着pH的增大，吸附剂对磷酸根的吸附量逐渐减少，去除率也逐渐降低。

Claims (6)

1.一种锆改性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，向活性污泥粉末中加入氯乙酸后调节pH至8～8.5，常温下搅拌后用蒸馏水清洗至中性，得到混合物A；步骤1中活性污泥粉末的质量与氯乙酸的物质的量比为50～30：1g/mol，搅拌时间为10～15h；
步骤2，向步骤1得到的混合物A中加入蒸馏水和四水合硫酸锆，搅拌后用蒸馏水离心清洗至残留的锆离子全部除去，冷冻干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的锆改性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中活性污泥粉末的制备方法为：将活性污泥静置30～40min后去除上层液，然后用蒸馏水清洗4～6次，过滤后在灭菌锅中杀菌15～30min，再用浓度为0.5～2mol/L的盐酸浸泡8～10h后用蒸馏水洗涤至中性，过滤，冷冻干燥，即得。
3.根据权利要求1所述的锆改性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤2中活性污泥粉末与四水合硫酸锆的质量比为1：1.4～2，搅拌时间6～9h。
4.根据权利要求1所述的锆改性污泥吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤2中冷冻干燥是在-40℃，时间为20～30h。
5.一种利用权利要求1～4任一所述的方法制备得到的改性污泥吸附剂去除水中磷酸根的方法，其特征在于，在磷酸根浓度为5～50mg/L欲净化的水体中加入其质量0.0005倍的锆改性污泥吸附剂，在25℃、pH为3～7的条件下吸附水中磷酸根，吸附5min～24h后收集锆改性污泥吸附剂，净化水体。
6.根据权利要求5所述的去除水中磷酸根的方法，其特征在于，所述磷酸跟为PO4 3-、HPO4 2-、H2PO4 -中的一种或多种。
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