CN108610014A - 富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法及陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法 - Google Patents

富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法及陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法 Download PDF

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Abstract

一种富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法及陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法，通过以清淤底泥、水生植物残体为原料，替代粘土作为陶粒制备的原料，制备一种富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒，得到的高效除磷型生物陶粒除磷效果显著，可用于削减或控制污染水体中磷浓度，且除磷生物陶粒可通过再生重复使用。

Description

富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法及陶粒 中磷回收和生物陶粒再生方法
技术领域
本发明具体涉及环境保护技术领域，具体涉及富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法及陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法。
背景技术
由于经济快速发展和环境基础设施建设滞后，城市内河受到了不同程度的污染，严重影响了居民生活、城市形象和生态环境。随着城区工业企业的外迁，生活污水成为城市内河的主要外源污染。雨水管和污水管的混接和搭接，导致污水经由雨水管排入河流，为大部分城市内河水质恶化的主要原因。磷是河流的一种主要污染物，目前，应用较广泛的除磷技术有化学沉淀和生物法。化学沉淀除磷操作简便，见效快，但药剂费用较高，且产生大量污泥，易造成二次污染。生物法运行费用较低，但对运行条件及环境要求相对较高，天然水体不具备生物除磷的条件，实际除磷效果并不理想。吸附法工艺简单、易于操作、对于水体中低浓度磷的去除效果显著，且吸附剂可循环使用。
底泥是水体的沉积物，污染物进入水体后，经吸附、络合、沉淀等作用最终沉积于底泥中，然而当水体温度、pH、电位改变或水体扰动时，沉积的污染物将重新释放污染上覆水体。因而，底泥是水体的重要内源污染。目前，多采用定期疏浚以控制底泥污染。底泥矿物组成与粘土类似，具有高温下发泡膨胀的特点，可以替代粘土作为陶粒制备的原料。陶粒是一种表面粗糙的多孔物质、生物亲和性好、化学和热稳定性佳，是水处理中常用的一种滤料和基质。但传统陶粒对磷的吸附效果不好，需要对原料组分及烧制工艺进行调整和优化，提高其除磷性能。因此，制备高效除磷型生物陶粒对于控制水体磷污染及疏浚底泥的资源化利用具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷及不足。本发明提供了一种富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法及陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法。
本发明采用的技术解决方案是：一种富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）生物陶粒原材料预处理：将水体清淤得到的清淤底泥晾干至含水率低于20%后粉碎，过100目筛，将植物秸秆，切成小段、粉碎，过100目筛，将无烟煤粉碎，过100目筛；
（2）生物陶粒原材料预处理：将步骤（1）预处理后的清淤底泥，植物秸秆分别用质量分数为40-50%的氯化锌溶液，以1:1.5-1:3的质量比浸渍活化24 h；
（3）高效除磷型生物陶粒的制备：将步骤（2）浸渍活化处理后的清淤底泥30 g和植物秸秆1-3 g，与无烟煤煤粒1-3 g和水泥 4-6g混合均匀，加水，制成球，于250-350 ℃条件下预加热20-30 min后，以3-5 ℃•min-1速率升温至焙烧温度1060-1100 ℃，烧制15-45 min后自然冷却至室温，即得所述的富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒。
所述的步骤（1）中的清淤底泥为河道或湖泊水体清淤得的底泥。
所述的步骤（1）中的植物秸秆为河道或湖泊中收割的水生植物。
一种所述的富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法，包括以下步骤：将高效除磷型生物陶粒从污染水体中取出，置于1-2 mol/L NaOH溶液中浸泡3—10 h，浸泡液中回收了磷，再将高效除磷型生物陶粒从浸泡液中取出，用清水反复冲洗，至冲洗后的水达到中性，即可将高效除磷型生物陶粒重复用于水体除磷。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法及陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法，通过以清淤底泥、水生植物残体为原料，替代粘土作为陶粒制备的原料，制备一种富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒，得到的高效除磷型生物陶粒除磷效果显著，可用于削减或控制污染水体中磷浓度，且除磷生物陶粒可通过再生重复使用。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
实施例1
将河道清淤底泥干燥至含水率为20%以下，粉碎过100目筛；旱伞草秸秆，切成小段，粉碎，过100目筛。将清淤底泥和旱伞草秸秆分别用质量分数为50%的氯化锌浸渍活化，浸渍比例为1:2.5，浸渍时间为24h。然后取浸渍活化处理的清淤底泥30 g，旱伞草秸秆2 g，煤2 g，水泥6 g，混合均匀，加适量水，送入球盘成球，干燥至含水率小于20%，放入马弗炉中，350℃预热30 min，后以3 ℃•min-1速率升温至1060 ℃，保温30 min，自然冷却至室温，制得高效除磷型生物陶粒。高效除磷型生物陶粒的吸水率33.3%、堆积密度 510 kg/m3、表观密度1310 kg/m3、孔隙率61.1%、盐酸可溶率1.76%、破损率与磨损率2.15%、含泥量0.80%。满足《水处理用人工陶粒滤料》（CJ/T299-2008）的要求指标。
实施例2
将河道清淤底泥干燥至含水率为20%以下，粉碎过100目筛；旱伞草秸秆，切成小段，粉碎，过100目筛。将清淤底泥和旱伞草秸秆分别用质量分数为50%的氯化锌浸渍活化，浸渍比例为1:2，浸渍时间为24h。然后取上述浸渍活化处理的清淤底泥30 g，旱伞草秸秆3 g，煤3g，水泥5 g，混合均匀，加适量水，送入球盘成球，干燥至含水率小于20%，放入马弗炉中，350℃预热30 min，后以3 ℃•min-1速率升温至1060 ℃，保温45 min，自然冷却至室温，制得高效除磷型生物陶粒。除磷生物陶粒的吸水率38.0%、堆积密度 500 kg/m3、表观密度1250kg/m3、孔隙率60.0%、盐酸可溶率1.51%、破损率与磨损率2.09%、含泥量0.78%。满足《水处理用人工陶粒滤料》（CJ/T299-2008）的要求指标。
实施例3
将河道清淤底泥干燥至含水率为20%以下，粉碎过100目筛；旱伞草秸秆，切成小段，粉碎，过100目筛。将清淤底泥和旱伞草秸秆分别用质量分数为40%的氯化锌浸渍活化，浸渍比例为1:2，浸渍时间为24h。然后取上述浸渍活化处理的清淤底泥30 g，旱伞草秸秆3 g，煤3g，水泥6 g，混合均匀，加适量水，送入球盘成球，干燥至含水率小于20%，放入马弗炉中，350℃预热30 min，后以3 ℃•min-1速率升温至1080 ℃，保温15 min，自然冷却至室温，制得除磷生物陶粒。除磷生物陶粒的吸水率38.7%、堆积密度 510 kg/m3、表观密度1280 kg/m3、孔隙率60.2%、盐酸可溶率1.60%、破损率与磨损率2.14%、含泥量0.77%。满足《水处理用人工陶粒滤料》（CJ/T299-2008）的要求指标。
高效除磷型生物陶粒对磷的吸附实验：
取100 mL浓度为2 mg/L的磷酸盐溶液于250 mL锥形瓶中，用0.1 mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH。分别加入3 g高效除磷型生物陶粒，置于恒温振荡培养箱中，298 K下，120 r/min振荡一定时间，过滤，采用《水和废水监测分析方法》（第四版）钼锑抗分光光度法（λ=700 nm）测定滤液中总磷浓度。结果，pH为6和pH为8适宜于高效除磷型生物陶粒除磷，24 h，溶液中总磷浓度分别降至0.26 mg/L和0.38 mg/L，均低于0.4mg/L，满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）之Ⅴ类水标准，除磷效率分别达87%和81%。吸附分为3个阶段，0~6 h，吸附速率最快，6~18 h次之，18 h吸附基本达到平衡。
高效除磷型生物陶粒对富营养化水体中磷的去除应用：
将高效除磷型生物陶粒作为生态浮岛水生植物种植基质，利用陶粒对磷的吸附以及植物吸收磷的协同机制，强化水中磷的去除。将高效除磷型生物陶粒放入植物种植篮中，直至装满4/5种植篮，然后在篮中栽种挺水植物，将多个生态浮岛单体串联放入富营养化水体中。
作为优选：挺水植物可采用常用的旱伞草、美人蕉、再力花、黄菖蒲、鸢尾等。
在雨污口周围，隔成一个相对封闭的空间，四周填满除磷生物陶粒，水面上放置上述生态浮岛。雨污水通过除磷生物陶粒和生态浮岛的过滤、吸收作用后，排出。
作为优选：可采用木桩、镀锌管作为空间的隔离物。
作为优选：高效除磷型生物陶粒滤料可装于编织袋中，便于后期的再生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）生物陶粒原材料预处理：将水体清淤得到的清淤底泥晾干至含水率低于20%后粉碎，过100目筛，将植物秸秆，切成小段、粉碎，过100目筛，将无烟煤粉碎，过100目筛；
（2）生物陶粒原材料预处理：将步骤（1）预处理后的清淤底泥，植物秸秆分别用质量分数为40-50%的氯化锌溶液，以1:1.5-1:3的质量比浸渍活化24 h；
（3）高效除磷型生物陶粒的制备：将步骤（2）浸渍活化处理后的清淤底泥30 g和植物秸秆1-3 g，与无烟煤煤粒1-3 g和水泥 4-6g混合均匀，加水，制成球，于250-350 ℃条件下预加热20-30 min后，以3-5 ℃•min-1速率升温至焙烧温度1060-1100 ℃，烧制15-45 min后自然冷却至室温，即得所述的富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒。
2.根据权利要求1所述的富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中的清淤底泥为河道或湖泊水体清淤得的底泥。
3.根据权利要求2所述的富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中的植物秸秆为河道或湖泊中收割的水生植物。
4.一种采用权利要求1制备的所述的富营养化水体高效除磷可回收型生物陶粒中磷回收和生物陶粒再生方法，其特征在于，包括以下步骤：将高效除磷型生物陶粒从污染水体中取出，置于1-2 mol/L NaOH溶液中浸泡3—10 h，浸泡液中回收了磷，再将高效除磷型生物陶粒从浸泡液中取出，用清水反复冲洗，至冲洗后的水达到中性，即可将高效除磷型生物陶粒重复用于水体除磷。
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