CN108079945A - 一种用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是涉及废水处理领域，具体涉及一种用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料及应用。所述吸附材料包括40‑60％斜发沸石，30‑40％膨润土，10‑20％活性炭。本发明采用一系列的改性方式，大幅度提高其吸附效率，调整优化各种吸附材料配比，达到协同配合、相互增效的吸附效果。经过吸附处理后的天然矿物质成分经烘干、粉碎后可以直接作为动物的饲料和土壤改良剂使用。

Description

一种用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料及应用
技术领域
本发明的目的是涉及废水处理领域，具体涉及一种用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料及应用。
背景技术
目前对马铃薯淀粉废水的处理主要采用生物处理法、活性炭吸附法及天然矿物质成分吸附法
生物处理法主要利用细菌、霉菌或原生动物等微生物的代谢作用，把废水中的有机污染物转化为自身细胞物质和简单化合物，使其稳定无害化，从而使水质得以净化。其优点是适宜处理高浓度有机废水，大批量处理费用低、处理效率高。缺点是微生物培养条件要求严格，对水温要求一般要达到15℃以上，才能达到预期的处理效果。但冬春季的水温只有0℃～4℃，根本达不到温度要求，且前期设备投入和日常运行费用昂贵。
活性炭吸附法采用活性炭吸附处理，其优点是可以不受温度和环境条件的限制，处理过程操作简单，吸附效率高；缺点是活性炭吸附法只适用于处理低浓度废水，使用后的活性炭需要再次经过活化处理才能再次使用。
天然矿物质成分吸附法处理材料资源丰富，价格低廉，且吸附效率高，处理条件不受环境影响，其最大的特点是马铃薯废水一般富含大量的可溶性淀粉、蛋白质、氨基酸等营养物质，经过吸附处理后的天然矿物质成分可以直接作为动物饲料和有机肥料使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明斜发沸石和膨润土为主要原料，提供了一种用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，进而提供了一种马铃薯淀粉废水吸附处理方法。
本发明的目的是提供一种用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料。
本发明的再一目的是提供用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的制备方法。
本发明的再一目的是提供一种马铃薯淀粉废水吸附处理方法。
根据本发明的用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，所述吸附材料包括斜发沸石、膨润土、活性炭，其中，按照重量比包括40-60％斜发沸石，30-40％膨润土，10-20％活性炭，斜发沸石粒径分布为60-80目占80％，100-200目占20％，膨润土的粒径分布为80-100目占50％，100-200目占50％，活性炭粒径分布为60-80目占90％，100-200目占10％。
根据本发明的用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，其中所述活性炭为椰壳活性炭。
根据本发明的制备用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的方法包括以下步骤：
所述斜发沸石、膨润土经以下步骤改性：
斜发沸石按固液比1：10的比例加入5％硫酸溶液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h，将氯化钠固体以最终反应液质量分数30％的浓度计算加入反应液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h；
膨润土按固液比1：10的比例加入5％硫酸溶液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h，用5％氢氧化钠溶液调整pH值为6～7左右，将碳酸钠固体以最终反应液质量分数5％的浓度计算加入反应液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h；
活性炭水洗除去灰尘、泥沙后，控制含水率为10～20％，加入2％氯化钠水溶液采用60％微波功率处理5分钟，与经上述步骤改性的斜发沸石和膨润土混合。
根据本发明的制备用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的方法，还包括将斜发沸石、膨润土和活性炭混合物粉碎、研磨的步骤。
根据本发明的马铃薯淀粉废水吸附处理方法，包括使用上述吸附材料进行吸附处理马铃薯淀粉废水的步骤。
本发明还提供了上述用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料吸附处理废水后作为动物饲料和植物肥料的应用。
本发明的技术方案的优点：根据本发明的具体实施方式，采用斜发沸石和膨润土为主要原料，采用一系列的改性方式，大幅度提高其吸附效率，调整优化各种吸附材料配比，达到协同配合、相互增效的吸附效果。原材料资源丰富，价格低廉，且吸附效率高，处理条件不受环境影响，此外，马铃薯废水一般富含大量的可溶性淀粉、蛋白质、氨基酸等营养物质，经过吸附处理后的天然矿物质成分经烘干、粉碎后可以直接作为动物的饲料和土壤改良剂使用。
附图说明
图1显示酸处理对斜发沸石吸附效率的影响；
图2不同浓度的硫酸改性对斜发沸石吸附效率的影响；
图3显示不同改性方式对斜发沸石吸附效率的影响；
图4显示不同改性方式对膨润土吸附效率的影响；
图5显示微波处理对活性炭的影响；
图6显示单一材料和三种材料复配后对马铃薯淀粉废水的吸附效果；
图7显示不同配比的吸附材料对马铃薯淀粉废水的吸附效果。
具体实施方式
实施例1
根据本发明的用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，所述吸附材料包括斜发沸石、膨润土、活性炭，斜发沸石、膨润土的感官要求为白色，无发霉变质、结块及异味、异嗅，活性炭含少量黑色碳颗粒。水分含量小于或等于10％；粉碎粒度小于2.5mm,粒度大于1.25mm的颗粒含量小于或等于10％，混合均匀度之变异系数小于或等于5％。
原料配比如下
(1)按照重量比包括40％斜发沸石，40％膨润土，20％活性炭，斜发沸石粒径分布为60-80目占80％，100-200目占20％，膨润土的粒径分布为80-100目占50％，100-200目占50％，活性炭粒径分布为60-80目占90％，100-200目占10％。
(2)按照重量比包括60％斜发沸石，30％膨润土，10％活性炭，斜发沸石粒径分布为60-80目占80％，100-200目占20％，膨润土的粒径分布为80-100目占50％，100-200目占50％，活性炭粒径分布为60-80目占90％，100-200目占10％。
(3)按照重量比包括50％斜发沸石，35％膨润土，15％活性炭，斜发沸石粒径分布为60-80目占80％，100-200目占20％，膨润土的粒径分布为80-100目占50％，100-200目占50％，活性炭粒径分布为60-80目占90％，100-200目占10％。
一、斜发沸石改性
如图1所示，不同种类酸改性：选择5％的硫酸、5％盐酸、5％硝酸、5％磷酸进行改性处理，其改性效果以阳离子交换量大小作为评价，选择硫酸体系酸改性效果较好。
如图2所示，不同浓度酸改性：选择1％，5％，10％，30％酸溶液改性处理，其改性效果以阳离子交换量大小作为评价，选择5％的硫酸体系改性效果好。
将斜发沸石按固液比1：10的比例加入5％硫酸溶液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h，将氯化钠固体以最终反应液质量分数30％的浓度计算加入反应液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h，静置5h后，倾去上层清液，待用。
如图3所示，亚甲基蓝分子较大，其分子大小比较接近马铃薯淀粉废水中有机物，改性后的效果评价以亚甲基蓝的吸附率来衡量。则采用5％硫酸酸处理后，再进行30％氯化钠钠改性，其吸附效率更高。
二、膨润土的改性
将膨润土按固液比1：10的比例加入5％硫酸溶液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h，用5％氢氧化钠溶液调整pH值为6～7左右，将碳酸钠固体以最终反应液质量分数5％的浓度计算加入反应液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h，静置5h后，待用。如图4所示，改性后的效果评价以亚甲基蓝的吸附率来衡量，采用5％硫酸酸处理后，调整pH值近中性后，再进行5％碳酸钠改性，其吸附效率更高。
三、微波改性
将椰壳性炭水洗后，控制含水率为10-20％进行微波改性，用活性炭中孔、大孔比率衡量改性后的吸附效果。活性炭的中孔比率有所增大，更适于吸收淀粉废水中的有机物质。
采用电镜扫描方式观察同改性处理方式下斜发沸石的立体笼式结构有无遭到破坏，测试结构孔径的变化。在微波作用下沸石表面和内部与稀土的结合情况。由扫描电镜图可见，沸石立体笼式结构未受到破坏。
将活性炭与斜发沸石和膨润土混合，图5显示了不同的微波功率、微波处理时间共同影响改性矿物质的吸附效率。吸附效率评价采用加入吸附剂后取清液进行测定固形物含量，清液中固形物含量越低，其吸附剂吸附效果越好。如图5所示，经微波固相改性后三种吸附材料的吸附效率都大幅提升，活性炭微波功率80％处理10分钟后，由于温度过高内部空隙烧蚀、坍塌影响了一定的吸附效率。
四、三种组分的协同增效吸附作用
分别单独和复配使用吸附材料，进行吸附效率评价。吸附效率评价采用加入吸附剂后取清液进行测定固形物含量，清液中固形物含量越低，其吸附剂吸附效果越好。由图6检测结果说明，测定单一成分的吸附效率为：改性沸石>改性钠基膨润土>改性活性炭，将三种改性吸附剂按1:1：1比例混合后，测试其吸附效率为：混合吸附剂>改性沸石>改性钠基膨润土>改性活性炭，将三种吸附剂混合产生了协同增效的吸附效果。分析其原因可能是将不同孔径材料混合后，其微孔、中孔、大孔的比率更加合理，进而提升了吸附效率。
再进一步优化三种吸附剂的质量配比(表1)，其吸附效率评价采用加入不同配比的吸附剂后取清液进行测定固形物含量，清液中固形物含量越低，其吸附剂吸附效果越好。考虑到最终的吸附剂会作为动物饲料使用，如果活性炭添加量大，容易导致最终产品颜色变黑，会降低动物的采食倾向，所以对照组中C、D两组考虑不添加活性炭。如图7所示，不同质量配比的混合吸附剂对马铃薯淀粉废水的吸附效果中B组配比有最佳的吸附效率，活性炭的加入有助于吸附较大的淀粉颗粒，此外对色素的吸附效果较好，活性炭10％质量配比吸附效率较高，成品的颜色也可以接受。
表1
吸附剂配比 斜发沸石％ 钠基膨润土％ 活性炭％
A 40 50 10
B 50 40 10
C 40 60 0
D 20 80 0

Claims (8)

1.用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，其特征在于，所述吸附材料包括斜发沸石、膨润土、活性炭，其中，按照重量比包括40-60％斜发沸石，30-40％膨润土，10-20％活性炭。
2.根据权利要求1所述的用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，其特征在于，斜发沸石粒径分布为60-80目占80％，100-200目占20％，膨润土的粒径分布为80-100目占50％，100-200目占50％，活性炭粒径分布为60-80目占90％，100-200目占10％。
3.根据权利要求1所述的用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，其特征在于，所述吸附材料包括斜发沸石50％、膨润土40％、活性炭10％。
4.根据权利要求1所述的用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料，其特征在于，所述活性炭为椰壳活性炭。
5.一种制备马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的方法，其特征在于，所述吸附材料包括斜发沸石、膨润土、活性炭，其中，按照重量比包括40-60％斜发沸石，30-40％膨润土，10-20％活性炭，
所述方法包括以下步骤：
根据本发明的制备用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的方法包括以下步骤：
所述斜发沸石、膨润土经以下步骤改性：
斜发沸石按固液比1：10的比例加入5％硫酸溶液中，在50℃条件下加热搅拌3h，将氯化钠固体以最终反应液质量分数30％的浓度计算加入反应液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h；
膨润土按固液比1：10的比例加入5％硫酸溶液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h，用5％氢氧化钠溶液调整pH值为6～7，将碳酸钠固体以最终反应液质量分数5％的浓度计算加入反应液中，在50℃条件下低温加热搅拌3h；
控制含水率为10～20％，将活性炭与经上述改性的斜发沸石和膨润土按比例混合，加入2％氯化钠水溶液，采用60％微波功率处理5分钟。
6.根据权利要求5所述的制备马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的方法，其特征在于，所述吸附材料包括斜发沸石50％、膨润土40％、活性炭10％。
7.根据权利要求5所述的制备马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的方法，其特征在于，所述方法还包括将斜发沸石、膨润土和活性炭混合物粉碎、研磨的步骤。
8.权利要求1所述的用于马铃薯淀粉废水处理的吸附材料的应用。
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