CN107473320A - 一种活性炭吸附剂分散液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活性炭吸附剂分散液及其制备方法，所述活性炭吸附剂分散液包括以下质量份数的组分：20～40份的粉末活性炭、1～5份的多孔载体、0.5～5份的增稠剂、0.5～5份的营养剂和45～78.5份的水。本发明提供的活性炭吸附剂分散液能够在保证吸附效果的同时，避免了投加过程中直接使用粉末活性炭导致的扬尘问题。本发明提供的活性炭吸附剂分散液的制备方法，采用将增稠剂、营养剂、多孔载体和粉末活性炭分步混合的方式，使活性炭吸附剂分散液中粉末活性炭充分分散，保证了活性炭吸附剂分散液的吸附效果。

Description

一种活性炭吸附剂分散液及其制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体地说，涉及一种活性炭吸附剂分散液及 其制备方法。

背景技术

水质污染问题对人体健康有重要影响，急需高效污水处理方法。

粉末活性炭，在水处理领域中的应用已有百余年的历史，近几年已经发 展成为废水处理、污染水源预处理、饮用水深度处理及突发性水源污染应急 处理等领域的主流处理剂。现今，利用粉末活性炭去除水中有机物，取得了 较好的效果。如上世纪20年代芝加哥研究者采用粉末活性炭吸附工艺与慢砂 过滤工艺有效防御饮用水的氯酚污染；东普鲁士研究人员利用粉末活性炭消 除季节性的原水藻类异味。我国研究者将粉末活性炭广泛用于污水处理厂的 净水工艺。如1976年湖南长岭炼油厂，1986年大庆污水处理厂相继建成大型粉末活性炭处理过滤装置，用于污水的净化处理；首都钢铁厂在焦化污水处 理中应用粉末活性炭处理高浓度污水，使焦化污水达到排放标准。

粉末活性炭在使用过程中，空气中夹带的黑色活性炭粉尘，会落满设备、 构筑物和植被上，操作人员在这种环境中工作容易患职业尘肺病。目前常用 的投加粉末活性炭的方式有两种：干法投加和湿法投加。干法投加是通过负 压系统将粉末活性炭吸入投料站，在高速水流作用下进行投加，在干法投加 过程中，不可避免地存在扬尘的问题。湿法投加是将粉末活性炭在配液池中 制成浆料，以浆料的形式进行投加。虽然湿法投加在一定程度上解决了粉末 活性炭扬尘的问题，但是湿法投加存在活性炭易沉降，堵塞管道的问题，影响吸附效果。因此，如何在解决粉末活性炭扬尘问题的同时，又能保证粉末 活性炭吸附效果，是现有技术急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够在解决粉末活性炭扬尘问题 的同时，保证粉末活性炭吸附效果的活性炭吸附剂分散液及其制备方法。

本发明提供了一种活性炭吸附剂分散液，包括以下质量份数的组分： 20～40份的粉末活性炭、1～5份的多孔载体、0.5～5份的增稠剂、0.5～5份的营 养剂和45～78.5份的水。

优选的，包括以下质量份数的组分：

优选的，所述多孔载体表面键合有羟基。

优选的，所述多孔载体的孔隙率不低于80％。

优选的，所述多孔载体具有空间网状结构。

优选的，所述粉末活性炭的粒径为80～300目。

优选的，所述增稠剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基纤维素和海藻酸 钠中的一种或多种。

优选的，所述营养剂包括水溶性镁盐和/或水溶性钾盐。

本发明还提供了上述技术方案所述的活性炭吸附剂分散液的制备方法， 包括以下步骤：

(1)提供增稠剂水溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的增稠剂水溶液与营养剂混合，得到混合溶 液；

(3)将所述步骤(2)得到的混合溶液与多孔载体和粉末活性炭混合， 得到活性炭吸附剂分散液。

优选的，所述步骤(1)中增稠剂水溶液的制备方法包括：将增稠剂加入 到水中；所述增稠剂的加入的速率以单位立方米内的加入量计，为(150～260) g/min。

有益效果

本发明提供了一种活性炭吸附剂分散液，包括如下组分：粉末活性炭、 多孔载体、增稠剂、营养剂和水。其中粉末活性炭主要用于吸附杂质物质； 多孔载体具有较大的比表面积，能够丰富粉末活性炭的孔径，进而使得粉末 活性炭对杂质的吸附能力进一步提高；营养剂能够为活性炭吸附剂分散液所 吸附的微生物提供营养，确保微生物的存活，进而使得在微生物的作用下， 活性炭吸附剂分散液发挥生物降解作用，从而进一步提高了活性炭吸附剂分 散液处理污水的能力。在本发明提供的活性炭吸附剂分散液中，粉末活性炭 在增稠剂的作用下可以均匀地分散在混合溶液中，且能长时间保持不沉降， 提高了分散液的稳定性，避免了现有技术中粉末活性炭与水分层的现象，从 而提高了粉末活性炭的吸附效果；并且增稠剂具有稳定活性炭，使活性炭不 板结的作用，从而提高活性炭吸附效果。本发明在水的作用下，多孔载体、 增稠剂、营养剂和粉末活性炭结合在一起，形成活性炭吸附剂分散液；通过 粉末活性炭、多孔载体、增稠剂、营养剂和水的共同作用，本发明提供的活 性炭吸附剂分散液能够在保证吸附效果的同时，避免了投加过程中直接使用 粉末活性炭，解决了粉末活性炭在投加过程中的扬尘问题。

本发明还提供了活性炭吸附剂分散液的制备方法，将增稠剂水溶液与营 养剂混合，得到混合溶液，然后将混合溶液与多孔载体和粉末活性炭混合， 得到活性炭吸附剂分散液。本发明提供的活性炭吸附剂分散液的制备方法， 采用将增稠剂、营养剂、多孔载体和粉末活性炭分步混合的方式，使活性炭 吸附剂分散液中粉末活性炭充分分散，保证了活性炭吸附剂分散液的吸附效 果；避免了同时加入增稠剂、营养剂、多孔载体和粉末活性炭导致的增稠剂 或营养剂进入多孔载体内部，使得增稠剂和营养剂无法溶解，降低多孔载体比表面积，影响活性炭吸附剂分散液吸附效果的问题。

具体实施方式

本发明提供了一种活性炭吸附剂分散液，包括以下质量份数的组分： 20～40份的粉末活性炭、1～5份的多孔载体、0.5～5份的增稠剂、0.5～5份的营 养剂和45～78.5份的水。

本发明提供的活性炭吸附剂分散液包括20～40份的粉末活性炭，进一步 优选为20～35份，更进一步优选为20～30份。在本发明中，所述粉末活性炭 的粒径优选为80～300目，进一步优选为100～300目。在本发明中，所述粉末 活性炭中粒径为100～300目的粉末活性炭的质量分数优选大于等于90％；进 一步优选为大于等于95％。本发明对所述粉末活性炭的来源没有特殊要求， 采用本领域技术人员所熟知的市售煤质粉末活性炭即可。本发明通过对粉末 活性炭的粒径进行控制，使粉末活性炭能够有效地吸附污水中的杂质。

以所述粉末活性炭的用量为基础，本发明提供的活性炭吸附剂分散液包 括1～5份多孔载体，进一步优选为2～4份，更进一步优选为3～4份。

在本发明中，所述多孔载体优选键合有羟基。所述羟基与微生物肽链氨 基酸残基以离子键或共价键结合的方式固定微生物细胞，使得多孔载体具有 较好的亲水性。当粉末活性炭负载在多孔载体上或者粉末活性炭进入多孔载 体内部时，提高了粉末活性炭的亲水性，从而提高了粉末活性炭对污水的吸 附效果。多孔载体在污水中具有良好的稳定性和物化性能，固定微生物细胞 后的载体密度接近于水的密度，在气泡、水流的作用下，载体在水中为流化 态，达到充分和污水接触的效果。

在本发明中，所述多孔载体优选具有空间网状结构；所述多孔载体的孔 隙率优选不低于80％，进一步优选为85％～95％。所述多孔载体中大孔与微孔 相结合，气、液、固三相在孔隙中进行高效传质，好氧、兼性、厌氧状态同 时存在。因此使得污染物降解速度快，抗冲击能力强，处理效率高。

在本发明中，所述多孔载体优选包括聚乙烯醇缩甲醛发泡体。在本发明 中，所述聚乙烯醇缩甲醛发泡体的制备方法优选包括将聚乙烯醇缩甲醛进行 发泡，得到聚乙烯醇缩甲醛；本发明对所述发泡的过程没有特殊要求，采用 本领域技术人员所熟知的发泡过程，只需保证多孔载体的孔隙率不低于80％ 即可。本发明对聚乙烯醇缩甲醛的来源没有特殊要求，采用市售的聚乙烯醇 缩甲醛即可。

以所述粉末活性炭的用量为基础，本发明提供的活性炭吸附剂分散液包 括0.5～5份的增稠剂，进一步优选为1～4份，更进一步优选为2～3份。

在本发明中，所述增稠剂优选包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基纤维素 和海藻酸钠中的一种或多种。在本发明中，所述聚乙烯醇的聚合度优选为 400～800，进一步优选为500～600。本发明对所述聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲 基纤维素和海藻酸钠的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知 的市售商品即可。

以所述粉末活性炭的用量为基础，本发明提供的活性炭吸附剂分散液包 括0.5～5份的营养剂，进一步优选为1～4份，更进一步优选为2～3份。

在本发明中，所述营养剂优选包括水溶性镁盐和/或水溶性钾盐；所述水 溶性镁盐进一步优选包括氯化镁和/或硫酸镁；所述水溶性钾盐进一步优选包 括氯化钾、硫酸钾和碳酸钾中的一种或几种。

以所述重量份的粉末活性炭为基础，本发明提供的活性炭吸附剂分散液 包括45～78.5份的水，进一步优选为50～78份，更优选为55～70份。

在本发明中，所述水优选为自来水。

本发明提供的活性炭吸附剂分散液中，粉末活性炭可以均匀地分散在混 合溶液中，避免了现有技术中粉末活性炭不溶于水，在使用过程中粉末活性 炭与水分层的现象，从而提高了粉末活性炭的吸附效果。

本发明提供的活性炭吸附剂分散液，能够减小对投加泵和管道的磨损， 降低了投加泵和管道的更换频率。

本发明提供了上述技术方案所述活性炭吸附剂分散液的制备方法，包括 以下步骤：

(1)提供增稠剂水溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的增稠剂水溶液与营养剂混合，得到混合溶 液；

(3)将所述步骤(2)得到的混合溶液与多孔载体和粉末活性炭混合， 得到活性炭吸附剂分散液。

本发明提供增稠剂水溶液；所述增稠剂水溶液中增稠剂与水的质量份数 比优选为0.5～5:45～78.5，进一步优选为1～4:50～78，更进一步优选为 2～3:55～70。

在本发明中，所述增稠剂水溶液的制备方法优选包括：将增稠剂加入到 水中。在本发明中，所述增稠剂的加入速率优选以单位立方米内的加入量计， 为(150～260)g/min，进一步优选为(180～250)g/min，更优选为(200～230) g/min。在本发明中，所述增稠剂优选在搅拌的条件下加入水中；所述搅拌速 率优选为(50～100)r/min，进一步优选(60～80)r/min。完成所述增稠剂的 加入后，本发明优选继续搅拌1～2h，进一步优选为1h，以使增稠剂能够充 分溶解。

本发明在搅拌条件下加入增稠剂，并通过控制搅拌的速率和增稠剂的加 入速率，使得增稠剂能够充分溶解在水中。

本发明将所述增稠剂水溶液与营养剂混合，得到混合溶液。在本发明中， 所述增稠剂和营养剂的混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌速率优选为 (50～100)r/min，进一步优选(60～80)r/min。在本发明中，所述搅拌的时 间优选为0.5～1h，进一步优选为0.5h。在本发明中，所述搅拌使营养剂能够 充分溶解。

本发明在搅拌条件下，将增稠剂水溶液与营养剂混合，通过对搅拌速率 和搅拌时间的控制，使得营养剂能够均匀溶解在增稠剂水溶液中。

得到混合溶液后，本发明将所述得到的混合溶液与多孔载体和粉末活性 炭混合，得到活性炭吸附剂分散液。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条 件下进行；所述搅拌的速率优选为(50～100)r/min，进一步优选(60～80)r/min。 在本发明中，所述搅拌的时间优选为1～2h，进一步优选为1h。在本发明中， 所述搅拌使多孔载体和粉末活性炭能够均匀地分散。

本发明在搅拌条件下，将所述混合溶液与多孔载体和粉末活性炭混合， 通过对搅拌速率的控制，使得多孔载体和粉末活性炭能够充分分散在混合溶 液中，避免了粉末活性炭发生板结现象，同时也避免了活性炭吸附剂在出料 口发生堵塞。

本发明提供的制备方法简单，可操作性强。

在本发明中，所述增稠剂水溶液、营养剂、多孔载体以及粉末活性炭的 用量比优选按照上述技术方案所述的活性炭吸附剂分散液中增稠剂、营养剂、 多孔载体、粉末活性炭和水的质量份数限定，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

实施例1

在搅拌条件下，向1500kg水中以每立方米150g/min的速度加入30kg 聚乙烯醇，即加入速率为450g/min，控制搅拌速率为75r/min；继续搅拌1h， 待聚乙烯醇溶解后，在相同搅拌速率条件下，加入30kg氯化镁，搅拌0.5h， 待氯化镁溶解后，再在相同搅拌速率条件下，加入30kg多孔载体和500kg 粉末活性炭，搅拌1h，搅拌混合均匀后，得到活性炭吸附剂分散液。

实施例2

在搅拌条件下，向1000kg水中以每立方米200g/min的速度加入40kg 聚乙烯醇，控制搅拌速率为60r/min；继续搅拌2h，待聚乙烯醇溶解后，在 相同搅拌速率条件下，加入35kg氯化镁，搅拌1h，待氯化镁溶解后，再在 相同搅拌速率条件下，加入55kg多孔载体和550kg粉末活性炭，搅拌2h， 搅拌混合均匀后，得到活性炭吸附剂分散液。

实施例3

在搅拌条件下，向4000kg水中以每立方米200g/min的速度加入100kg 聚乙烯醇，即加入速率为800g/min，控制搅拌速率为80r/min；继续搅拌1.5h， 待聚乙烯醇溶解后，在相同搅拌速率条件下，加入120kg氯化镁，搅拌0.8h， 待氯化镁溶解后，再在相同搅拌速率条件下，加入150kg多孔载体和1600kg 粉末活性炭，搅拌1.5h，搅拌混合均匀后，得到活性炭吸附剂分散液。

实施例4

在搅拌条件下，向3000kg水中以每立方米230g/min的速度加入80kg 聚乙烯醇，即加入速率为690g/min，控制搅拌速率为100r/min；继续搅拌 2h，待聚乙烯醇溶解后，在相同搅拌速率条件下，加入90kg氯化镁，搅拌 0.5h，待氯化镁溶解后，再在相同搅拌速率条件下，加入100kg多孔载体和 1000kg粉末活性炭，搅拌1h，搅拌混合均匀后，得到活性炭吸附剂分散液。

将实施例1～4得到的活性炭吸附剂分散液用于城镇污水处理厂的污水处 理，对处理前和处理后的污水进行测试，处理前和处理后的污水中化学需氧 量、总铅、总铬、总镍、总铜、甲苯和苯的含量如表1所示。

表1

由表中数据可知，经本申请提供的活性炭吸附剂分散液处理后的城镇污 水，能够满足“GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准”的要求。

本发明提供的粉末活性炭吸附剂分散液，在使用过程中避免了直接使用 粉末活性炭导致的扬尘问题。而且，本发明提供的粉末活性炭吸附剂分散液 分散效果较好，避免了粉末活性炭在使用过程中堵塞管道的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种活性炭吸附剂分散液，包括以下质量份数的组分：20～40份的粉末活性炭、1～5份的多孔载体、0.5～5份的增稠剂、0.5～5份的营养剂和45～78.5份的水。

2.根据权利要求1所述的活性炭吸附剂分散液，其特征在于，包括以下质量份数的组分：

3.根据权利要求1或2所述的活性炭吸附剂分散液，其特征在于，所述多孔载体表面键合有羟基。

4.根据权利要求1或2所述的活性炭吸附剂分散液，其特征在于，所述多孔载体的孔隙率不低于80％。

5.根据权利要求1或2所述的活性炭吸附剂分散液，其特征在于，所述多孔载体具有空间网状结构。

6.根据权利要求1或2所述的活性炭吸附剂分散液，其特征在于，所述粉末活性炭的粒径为80～300目。

7.根据权利要求1或2所述的活性炭吸附剂分散液，其特征在于，所述增稠剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基纤维素和海藻酸钠中的一种或多种。

8.根据权利要求1或2所述的活性炭吸附剂分散液，其特征在于，所述营养剂包括水溶性镁盐和/或水溶性钾盐。

9.权利要求1～8任一项所述的活性炭吸附剂分散液的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供增稠剂水溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的增稠剂水溶液与营养剂混合，得到混合溶液；

(3)将所述步骤(2)得到的混合溶液与多孔载体和粉末活性炭混合，得到活性炭吸附剂分散液。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中增稠剂水溶液的制备方法包括：将增稠剂加入到水中；所述增稠剂的加入的速率以单位立方米内的加入量计，为(150～260)g/min。