CN109179556B - 一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水环境修复技术领域。本发明公开了一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其包括原料准备、吸附处理、一级包覆、二级包覆、固化和后处理等步骤，将硝酸盐经过活性炭吸附、海藻酸钠包覆、聚乙烯醇包覆和粉煤灰固化等处理，制得用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料。本发明制备获得的用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料具有极好的缓释作用，其20天释放量在50%左右，起效时间长，能够起到长效处理的作用，能够避免硝酸盐很快进入水体而流失和造成水体营养增加的问题，能够降低在黑臭河道处理过程中的工作量，简化处理工艺，提高处理效率；并且具有成本低，治理效果佳，不产生二次污染等优点。

Description

一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法
技术领域
本发明涉及水环境修复技术领域，尤其是涉及一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法。
背景技术
河道黑臭污染的原因是河道长期接纳过量的有机污染物，消耗大量溶解氧，使得水体一直处于厌氧状态；厌氧状态下有机物难以有效去除而沉积于底泥中，无机物则处于还原态形成黑臭河。
目前，在黑臭河到底泥中注入适量硝酸盐对河道进行原位修复的技术已经认可。在底泥中加入硝酸盐的有益作用主要有：一、硝酸盐可作为微生物(主要是反硝化细菌)氧化底泥有机污染物的电子受体，促进生物降解作用；二、硝酸盐可以提高底泥氧化还原电位，抑制磷的释放；三、提高氧化还原电位，抑制硫化物的形成，消除河道黑臭现象。硝酸盐用于水体治理，国内外已有许多成功的应用实例；加拿大Hamilton港向底泥投中加硝酸钙，对底泥中油和各种有机化合物(尤其是PAHs)污染的治理，取得非常好的效果；美国马萨诸塞州Salem 潮间带的底泥处理也是采用了投加硝酸钙的技术；中国 香港的城门河治理工程也应用了该技术。
由于硝酸钙极易溶于水，其投加过程很不方便，需要用专门的注射机械加入到底泥当中，而且投加量不好把握；投加量不足，则达不到预期的处理效果；投加量过高，会抑制细菌的活性，从而降低生化作用。为了避免硝酸盐很快进入水体而流失和造成水体营养增加，往往需要以每次少量而多次投加的方式解决，这样的投加方式繁琐且效率低下，无形中增加了工作量，降低了黑臭河道的处理效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可以制备获得能够一次性投加缓慢释放硝酸盐的用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，包括以下步骤：
a)原料准备：按以下重量份准备原料，硝酸盐50份，聚合氯化铝30～40份，活性炭40～ 50份，海藻酸钠10～15份，粉煤灰50～70份，聚乙烯醇20～30份；
b)吸附处理：将硝酸盐溶解于水中制得饱和溶液，然后将活性炭加入到饱和溶液中进行吸附处理，等完全吸附后，干燥制得硝酸盐-活性炭粉末；
c)一级包覆：将海藻酸钠溶于水中制得1～3wt％海藻酸钠溶液，将硝酸盐-活性炭粉末加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，静置30～40分钟后干燥并粉碎制得一级包覆料；
d)二级包覆：将聚乙烯醇溶于水中制得4～6wt％聚乙烯醇溶液，将一级包覆料和聚合氯化铝混合均匀后加入到聚乙烯醇溶液中，混合均匀并静置30～40分钟后干燥粉碎，制得二级包覆料；
e)固化：将二级包覆料与粉煤灰混合均匀，然后向其中加入粉煤灰重量10～20wt％的碱粉末混合均匀制得混合料，接着像混合料中持续喷入水雾处理50～100分钟，之后静置4～8小时，烘干制得固化料；
f)后处理：将固化料粉碎成粒径为0.2～0.6mm的颗粒制得用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料。
本发明采用将硝酸盐进行多次包覆处理并利用其中的粉煤灰进行固化处理，能够保证缓释效果，并且也将矿物加工废料加以利用，解决了社会资源浪费。
本发明中的缓释处理，具体为先利用活性炭吸附硝酸盐，然后在利用海藻酸钠将被活性炭吸附的硝酸盐包覆处理，之后在加上具有净水作用的聚合氯化铝混合，接着在包覆一层聚乙烯醇，完成整个包覆过程，然后为了使所制得的缓释材料能够能好的进入黑臭河道的底泥中，在使用粉煤灰将包覆后的二级包覆料进行固化，固化处理利用粉煤灰和碱液的反应进行，其中先将粉煤灰和碱粉末混合，再在水雾环境中氧化处理完成固化，这样的固化处理方式可控，并且成本较低，固化效果好。
作为优选，硝酸盐为硝酸钙、硝酸钾或硝酸钠中的至少一种。
作为优选，硝酸盐为硝酸钙。
硝酸盐可以提高底泥氧化还原电位，抑制磷的释放，而硝酸钙中的钙离子还可以起到固定磷的作用。
作为优选，碱粉末为氢氧化钠粉末、氢氧化钾粉末或氢氧化钙粉末中的至少一种。
作为优选，活性炭为椰壳活性炭，其由以下方法制得，将椰壳剥去外皮后粉碎，向粉碎后的椰壳中加入4～6mol/L的氢氧化钾溶液没过椰壳浸泡4～6小时，用水洗净，再向处理后的椰壳中加入椰壳重量1/2～3/4的2～4mol/L硝酸钾溶液，并以500～1000rpm的转速球磨处理3～5小时，清洗干燥，并在还原性环境下500～700℃下煅烧4～6小时制得活性炭粗品，将活性炭粗品用水清洗，再用4～6mol/L的氢氧化钾溶液浸泡1～2小时，干燥后制得活性炭。
作为优选，椰壳剥去外皮后粉碎成1～2mm的颗粒。
活性炭制备时，先用碱液处理除去纤维间的胶质，使椰壳纤维能够分离，减小粉碎的难度，增加粉碎均匀性；之后采用硝酸钾活化椰壳，这样处理使得煅烧后获得的活性炭具有更好的活性，同时煅烧后的清洗和碱液浸泡能够除去活性炭孔道中的杂质，提高其对后续硝酸盐的吸附能力。
作为优选，步骤e)中喷入水雾处理时，喷入的总水量为混合料重量的60～80wt％。
因此，本发明具有以下有益效果：本发明制备获得的用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料具有极好的缓释作用，其20天释放量在50％左右，起效时间长，能够起到长效处理的作用，能够避免硝酸盐很快进入水体而流失和造成水体营养增加的问题，能够降低在黑臭河道处理过程中的工作量，简化处理工艺，提高处理效率；并且具有成本低，治理效果佳，不产生二次污染等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，包括以下步骤：
a)原料准备：按以下重量份准备原料，硝酸钙50份，聚合氯化铝3份，活性炭40份，海藻酸钠10份，粉煤灰50份，聚乙烯醇20份；
b)吸附处理：将硝酸钙溶解于水中制得饱和溶液，然后将活性炭加入到饱和溶液中进行吸附处理，等完全吸附后，干燥制得硝酸钙-活性炭粉末；
c)一级包覆：将海藻酸钠溶于水中制得1wt％海藻酸钠溶液，将硝酸钙-活性炭粉末加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，静置30分钟后干燥并粉碎制得一级包覆料；
d)二级包覆：将聚乙烯醇溶于水中制得4wt％聚乙烯醇溶液，将一级包覆料和聚合氯化铝混合均匀后加入到聚乙烯醇溶液中，混合均匀并静置30分钟后干燥粉碎，制得二级包覆料；
e)固化：将二级包覆料与粉煤灰混合均匀，然后向其中加入粉煤灰重量10wt％的氢氧化钠粉末混合均匀制得混合料，接着像混合料中持续喷入水雾处理50分钟，喷入的总水量为混合料重量的60wt％，喷入水雾处理时控制混合料的中心温度不超过50℃，之后静置4小时，烘干制得固化料；
f)后处理：将固化料粉碎成粒径为0.2～0.3mm的颗粒制得用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料。
其中，活性炭为椰壳活性炭，其由以下方法制得，将椰壳剥去外皮后粉碎成1mm的颗粒，向粉碎后的椰壳中加入4mol/L的氢氧化钾溶液没过椰壳浸泡4小时，用水洗净，再向处理后的椰壳中加入椰壳重量1/2的2mol/L硝酸钾溶液，并以500rpm的转速球磨处理3小时，清洗干燥，并在还原性环境下500℃下煅烧4小时制得活性炭粗品，将活性炭粗品用水清洗，再用4mol/L的氢氧化钾溶液浸泡1小时，干燥后制得活性炭。
实施例2
一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，包括以下步骤：
a)原料准备：按以下重量份准备原料，硝酸钠50份，聚合氯化铝40份，活性炭50份，海藻酸钠15份，粉煤灰70份，聚乙烯醇30份；
b)吸附处理：将硝酸钠溶解于水中制得饱和溶液，然后将活性炭加入到饱和溶液中进行吸附处理，等完全吸附后，干燥制得硝酸钠-活性炭粉末；
c)一级包覆：将海藻酸钠溶于水中制得3wt％海藻酸钠溶液，将硝酸钠-活性炭粉末加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，静置40分钟后干燥并粉碎制得一级包覆料；
d)二级包覆：将聚乙烯醇溶于水中制得6wt％聚乙烯醇溶液，将一级包覆料和聚合氯化铝混合均匀后加入到聚乙烯醇溶液中，混合均匀并静置40分钟后干燥粉碎，制得二级包覆料；
e)固化：将二级包覆料与粉煤灰混合均匀，然后向其中加入粉煤灰重量20wt％的氢氧化钙粉末混合均匀制得混合料，接着像混合料中持续喷入水雾处理100分钟，喷入的总水量为混合料重量的80wt％，喷入水雾处理时控制混合料的中心温度不超过50℃，之后静置8小时，烘干制得固化料；
f)后处理：将固化料粉碎成粒径为0.5～0.6mm的颗粒制得用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料。
其中，活性炭为椰壳活性炭，其由以下方法制得，将椰壳剥去外皮后粉碎成2mm的颗粒，向粉碎后的椰壳中加入6mol/L的氢氧化钾溶液没过椰壳浸泡6小时，用水洗净，再向处理后的椰壳中加入椰壳重量3/4的4mol/L硝酸钾溶液，并以1000rpm的转速球磨处理5小时，清洗干燥，并在还原性环境下700℃下煅烧6小时制得活性炭粗品，将活性炭粗品用水清洗，再用6mol/L的氢氧化钾溶液浸泡2小时，干燥后制得活性炭。
实施例3
一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，包括以下步骤：
a)原料准备：按以下重量份准备原料，硝酸钙50份，聚合氯化铝35份，活性炭45份，海藻酸钠12份，粉煤灰60份，聚乙烯醇25份；
b)吸附处理：将硝酸钙溶解于水中制得饱和溶液，然后将活性炭加入到饱和溶液中进行吸附处理，等完全吸附后，干燥制得硝酸钙-活性炭粉末；
c)一级包覆：将海藻酸钠溶于水中制得2wt％海藻酸钠溶液，将硝酸钙-活性炭粉末加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，静置35分钟后干燥并粉碎制得一级包覆料；
d)二级包覆：将聚乙烯醇溶于水中制得5wt％聚乙烯醇溶液，将一级包覆料和聚合氯化铝混合均匀后加入到聚乙烯醇溶液中，混合均匀并静置35分钟后干燥粉碎，制得二级包覆料；
e)固化：将二级包覆料与粉煤灰混合均匀，然后向其中加入粉煤灰重量15wt％的氢氧化钾粉末混合均匀制得混合料，接着像混合料中持续喷入水雾处理60分钟，喷入的总水量为混合料重量的65wt％，喷入水雾处理时控制混合料的中心温度不超过50℃，之后静置5小时，烘干制得固化料；
f)后处理：将固化料粉碎成粒径为0.25～0.45mm的颗粒制得用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料。
其中，活性炭为椰壳活性炭，其由以下方法制得，将椰壳剥去外皮后粉碎成1mm的颗粒，向粉碎后的椰壳中加入4.5mol/L的氢氧化钾溶液没过椰壳浸泡5小时，用水洗净，再向处理后的椰壳中加入椰壳重量0.6倍的2.5mol/L硝酸钾溶液，并以700rpm的转速球磨处理 3.5小时，清洗干燥，并在还原性环境下550℃下煅烧4.5小时制得活性炭粗品，将活性炭粗品用水清洗，再用4.5mol/L的氢氧化钾溶液浸泡1.5小时，干燥后制得活性炭。
实施例4
一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，包括以下步骤：
a)原料准备：按以下重量份准备原料，硝酸钾50份，聚合氯化铝35份，活性炭45份，海藻酸钠14份，粉煤灰55份，聚乙烯醇27份；
b)吸附处理：将硝酸钙、硝酸钾或硝酸钠溶解于水中制得饱和溶液，然后将活性炭加入到饱和溶液中进行吸附处理，等完全吸附后，干燥制得硝酸钾-活性炭粉末；
c)一级包覆：将海藻酸钠溶于水中制得1.5wt％海藻酸钠溶液，将硝酸钾-活性炭粉末加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，静置35分钟后干燥并粉碎制得一级包覆料；
d)二级包覆：将聚乙烯醇溶于水中制得4.5wt％聚乙烯醇溶液，将一级包覆料和聚合氯化铝混合均匀后加入到聚乙烯醇溶液中，混合均匀并静置35分钟后干燥粉碎，制得二级包覆料；
e)固化：将二级包覆料与粉煤灰混合均匀，然后向其中加入粉煤灰重量13wt％的氢氧化钠粉末、氢氧化钾粉末或氢氧化钙粉末混合均匀制得混合料，接着像混合料中持续喷入水雾处理 90分钟，喷入的总水量为混合料重量的75wt％，喷入水雾处理时控制混合料的中心温度不超过50℃，之后静置7.5小时，烘干制得固化料；
f)后处理：将固化料粉碎成粒径为0.45～0.55mm的颗粒制得用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料。
其中，活性炭为椰壳活性炭，其由以下方法制得，将椰壳剥去外皮后粉碎成1.5mm的颗粒，向粉碎后的椰壳中加入5.5mol/L的氢氧化钾溶液没过椰壳浸泡5.5小时，用水洗净，再向处理后的椰壳中加入椰壳重量0.7倍的3.5mol/L硝酸钾溶液，并以900rpm的转速球磨处理4.5小时，清洗干燥，并在还原性环境下650℃下煅烧5.5小时制得活性炭粗品，将活性炭粗品用水清洗，再用5.5mol/L的氢氧化钾溶液浸泡1.5小时，干燥后制得活性炭。
缓释效果检测
将实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备的用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料进行缓释试验；将100g的用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料加入到装有10升纯净水的玻璃箱中，监测水中的硝酸盐的浓度的变化。
检测结果如表1所示。
表1随着时间推移纯净水中硝酸盐浓度占总硝酸盐浓度之比
0.5天 1天 2天 4天 8天 12天 16天 20天
实施例1 0.03 0.09 0.16 0.24 0.32 0.38 0.43 0.45
实施例2 0.06 0.16 0.26 0.31 0.39 0.45 0.50 0.56
实施例3 0.04 0.12 0.18 0.26 0.35 0.41 0.44 0.46
实施例4 0.05 0.11 0.19 0.28 0.37 0.40 0.43 0.47
由上表可知，通过本发明制备获得的用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料具有极好的缓释作用，其20天释放量在50％左右，起效时间长，能够起到长效处理的作用，能够避免硝酸盐很快进入水体而流失和造成水体营养增加的问题，能够降低在黑臭河道处理过程中的工作量，简化处理工艺，提高处理效率。
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a）原料准备：按以下重量份准备原料，硝酸盐50份，聚合氯化铝30～40份，活性炭40～50份，海藻酸钠10～15份，粉煤灰50～70份，聚乙烯醇20～30份；
b）吸附处理：将硝酸盐溶解于水中制得饱和溶液，然后将活性炭加入到饱和溶液中进行吸附处理，等完全吸附后，干燥制得硝酸盐-活性炭粉末；
c）一级包覆：将海藻酸钠溶于水中制得1～3wt%海藻酸钠溶液，将硝酸盐-活性炭粉末加入到海藻酸钠溶液中混合均匀，静置30～40分钟后干燥并粉碎制得一级包覆料；
d）二级包覆：将聚乙烯醇溶于水中制得4～6wt%聚乙烯醇溶液，将一级包覆料和聚合氯化铝混合均匀后加入到聚乙烯醇溶液中，混合均匀并静置30～40分钟后干燥粉碎，制得二级包覆料；
e）固化：将二级包覆料与粉煤灰混合均匀，然后向其中加入粉煤灰重量10～20wt%的碱粉末混合均匀制得混合料，接着像混合料中持续喷入水雾处理50～100分钟，之后静置4～8小时，烘干制得固化料；
f）后处理：将固化料粉碎成粒径为0.2～0.6mm的颗粒制得用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
所述硝酸盐为硝酸钙、硝酸钾或硝酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其特征在于：
所述硝酸盐为硝酸钙。
4.根据权利要求1所述的一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其特征在于：
所述碱粉末为氢氧化钠粉末、氢氧化钾粉末或氢氧化钙粉末中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其特征在于：
所述的活性炭为椰壳活性炭，其由以下方法制得，将椰壳剥去外皮后粉碎，向粉碎后的椰壳中加入4～6mol/L的氢氧化钾溶液没过椰壳浸泡4～6小时，用水洗净，再向处理后的椰壳中加入椰壳重量1/2～3/4的2～4mol/L硝酸钾溶液，并以500～1000rpm的转速球磨处理3～5小时，清洗干燥，并在还原性环境下500～700℃下煅烧4～6小时制得活性炭粗品，将活性炭粗品用水清洗，再用4～6mol/L的氢氧化钾溶液浸泡1～2小时，干燥后制得活性炭。
6.根据权利要求5所述的一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其特征在于：
所述椰壳剥去外皮后粉碎成1～2mm的颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种用于修复黑臭河缓释硝酸盐材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤e）中喷入水雾处理时，喷入的总水量为混合料重量的60～80wt%。
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