CN109499531B - 一种用于生活污水处理的吸附材料、制备方法及其应用 - Google Patents

一种用于生活污水处理的吸附材料、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于生活污水处理的吸附材料、制备方法及其应用，属于水污染治理技术领域。吸附材料包括以下体积份的原料：植物茎杆15~20份，膨润土5~6份，炉渣1份。将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；将经理的植物茎杆小段、膨润土、炉渣混合均匀得到混合料，将混合料升温至400℃~500℃进行炭化24h~48h；静置，然后通入流量为15~45mL/min的空气，在温度为600℃~800℃活化2~3h得到活化料；将活化料，研磨后过60~80目筛，得到用于生活污水处理的吸附材料。本发明原料易得，制备工艺简单，所得吸附材料对氮、磷及COD具有良好的吸附效果，可以用于解决生活污水中氮、磷和COD含量过高的问题。

Description

一种用于生活污水处理的吸附材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于生活污水处理的吸附材料、制备方法及其应用，属于水污染治理技术领域。
背景技术
目前，随着人们生活水平大幅提高，环境建设与经济发展不同步越发严重，其中水环境污染问题尤为严重。生活污水中主要含有氮、磷及COD等，特别是农村地区，未经处理的生活污水随意排放，导致沟渠、池塘的水质发黑变臭,蚊虫滋生，影响农村人居环境及威胁居民的身体健康，同时会造成饮用水水源污染以及湖泊、水库的富营养化。
我国目前对生活污水中氮、磷及COD等污染物质的处理技术及工艺主要有A/A/O工艺、SBR（序批式活性污泥法）等技术及工艺。但A/A/O能耗大，耐冲击能力不强；SBR法自动化要求高，后处理设备要求大。人们开始寻找廉价易得、处理效率高、可广泛使用的污水处理材料及方法。近年来，生物质炭吸附材料因容易制备、成本低、吸附效果好而被大规模使用，利用植物茎秆例如藜秆等作为原材料制备吸附材料处理生活污水中的氮、磷及COD是一种具有发展前景的污水处理方法。
现有技术中，申请号CN 107456951 A的中国专利申请公开了一种改性的水稻秸秆吸附剂，将水稻秸秆经预处理后加入改性剂进行高温改性，经此方法后得到的吸附材料仅是对废水中的重金属进行了吸附；申请号CN 105688835 A的中国专利申请公开了一种去除溶液中氨氮的吸附材料，棉花秆经预处理后炭化，再使用碱溶液对其进行改性，经此方法后得到的吸附材料仅对对废水中的氨氮进行了吸附，在材料制备过程中需加入碱液，加大了投资，且泄露在环境中的碱液难处理。
针对以上问题，有必要发明一种用于生活污水处理的吸附材料制备方法及应用。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种用于生活污水处理的吸附材料、制备方法及其应用。本发明原料易得，制备工艺简单，所得吸附材料对氮、磷及COD具有良好的吸附效果，可以用于解决生活污水中氮、磷和COD含量过高的问题；饱和后的吸附剂再生简单，失效后的吸附材料是一种改良的生物质炭，可用作肥料，可实现吸附材料的资源利用。本发明通过以下技术方案实现。
一种用于生活污水处理的吸附材料，吸附材料包括以下体积份的原料：植物茎杆15~20份，膨润土5~6份，炉渣1份。
所述植物茎杆为藜杆、蒿杆、油菜花秆中的任一种或几种任意比例混合杆，植物茎杆直径为4mm以上，植物茎杆截成15mm~30mm小段。
所述炉渣为煤炉渣、高炉渣、精炼炉渣中的任一种或几种任意比例混合炉渣，研磨后过60目筛。
一种用于生活污水处理的吸附材料的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；
步骤2、将经步骤1处理的植物茎杆小段、膨润土、炉渣混合均匀得到混合料，将混合料升温至400℃~500℃进行炭化24h~48h；静置，然后通入流量为15~45mL/min的空气，在温度为600℃~800℃活化2~3h得到活化料；
步骤3、将步骤2得到的活化料，研磨后过60~80目筛，得到用于生活污水处理的吸附材料。
还包括步骤4，具体为将再生使用吸附饱和的吸附材料与步骤2得到的混合料按照体积比1:2~3混合，然后再进行炭化和活化。
一种用于生活污水处理的吸附材料，作为吸附剂在处理生活污水中吸附氮、磷、COD上的应用。
上述用于生活污水处理的吸附材料的具体应用过程为：将吸附材料填充于生物炭滤池中，每2天对滤池进行气水联合反冲洗，气冲强度15~30L/m2·s，时间为2~3min；水冲强度5~10L/m2·s，时间为6~8min。
本发明的有益效果是：
1、本发明原料易得，制备工艺简单，所得吸附材料对氮、磷及COD具有良好的吸附效果，可以用于解决生活污水中氮、磷和COD含量过高的问题。
2、本发明中以植物茎秆例如藜杆作为原材料，其来源广泛，价格低廉，制备方法简单，成本低，适合大规模推广使用。
3、本发明采用植物茎秆与膨润土、炉渣进行科学比例的混合后，对COD具有较高的去除效率。
4、本发明的吸附材料再生简单易行，饱和后的吸附材料返回制备工序与原材料混合后并继续处理，即可再生成为新的吸附材料。
5、本发明失效后的吸附材料中富含氮、磷等营养元素，是一种良好的土壤改良生物炭，可用作肥料，与农家肥混合后作为肥料直接回到农田，可实现吸附材料的资源利用，无任何废弃物产生。
6、本发明的原料例如藜等茎杆直立、粗壮，与膨润土和炉渣按照一定比例混合，再经缺氧高温炭化增加了孔隙率，对生活污水中的污染物具有很好的吸附性，且增强了机械强度；膨润土具有较大的比表面积及离子交换容量，使其具有巨大的吸附能力，与本发明的植物茎秆配合，对COD有极高的去除效率，同时将膨润土与炉渣按照一定比例混合，避免膨润土在水中膨胀、分散悬浮等问题，进一步提高去除效果及固液分离速度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该用于生活污水处理的吸附材料，吸附材料包括以下体积份的原料：植物茎杆20g，膨润土5g，炉渣1g；其中植物茎杆为藜杆，植物茎杆直径为4mm以上，植物茎杆截成15mm~30mm小段；炉渣为精炼炉渣，研磨后过60目筛。
该用于生活污水处理的吸附材料的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；
步骤2、将经步骤1处理的植物茎杆小段、膨润土、炉渣混合均匀得到混合料，将混合料以3℃/min的升温速率升温至450℃进行炭化36h；静置24h，然后通入流量为30ml/min的空气，以5℃/min的升温速率升温至温度为700℃活化2.5h得到活化料；
步骤3、将步骤2得到的活化料，研磨后过60目筛，得到用于生活污水处理的吸附材料。
对比实施例1
将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；将经处理的植物茎杆小段以3℃/min的升温速率升温至450℃进行炭化36h；静置24h，然后通入流量为30mL/min的空气，在温度为700℃活化2.5h得到活化料；将得到的活化料，研磨后过60目筛，得到植物茎杆炭化吸附材料。
实施例2
该用于生活污水处理的吸附材料，吸附材料包括以下体积份的原料：植物茎杆15g，膨润土6g，炉渣1g；其中植物茎杆为质量比1:1的藜杆和蒿杆混合杆，植物茎杆直径为4mm以上，植物茎杆截成15mm~30mm小段；炉渣为煤炉渣、高炉渣、精炼炉渣中的任一种或几种任意比例混合炉渣，研磨后过60目筛。
该用于生活污水处理的吸附材料的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；
步骤2、将经步骤1处理的植物茎杆小段、膨润土、炉渣混合均匀得到混合料，将混合料以3℃/min的升温速率升温至400℃进行炭化24h；静置24h，然后通入流量为15mL/min的空气，在以5℃/min的升温速率升温至温度为600℃活化2h得到活化料；
步骤3、将步骤2得到的活化料，研磨后过80目筛，得到用于生活污水处理的吸附材料。
实施例3
该用于生活污水处理的吸附材料，吸附材料包括以下体积份的原料：植物茎杆20g，膨润土5g，炉渣1g；其中植物茎杆为质量比1:1:1的藜杆和蒿杆混合杆，植物茎杆直径为4mm以上，植物茎杆截成15mm~30mm小段；炉渣为高炉渣，研磨后过60目筛。
该用于生活污水处理的吸附材料的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；
步骤2、将经步骤1处理的植物茎杆小段、膨润土、炉渣混合均匀得到混合料，将混合料以3℃/min的升温速率升温至500℃进行炭化48h；静置24h，然后通入流量为45mL/min的空气，在以5℃/min的升温速率升温至温度为800℃活化3h得到活化料；将再生使用吸附饱和的吸附材料与步骤2得到的混合料按照体积比1:2混合，然后再进行炭化和活化；
步骤3、将步骤2得到的活化料，研磨后过70目筛，得到用于生活污水处理的吸附材料。
将实施例1至3制备得到的用于生活污水处理的吸附材料以及对比实施例1制备得到的植物茎杆炭化吸附材料应用在生活污水中作为吸附剂，具体应用过程为：将吸附材料填充于生物炭滤池中，每2天对滤池进行气水联合反冲洗，气冲强度15L/m2·s，时间为2min；水冲强度5L/m2·s，时间为6min。吸附材料的吸附效果见表1。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从表1可以看出本申请制备得到的用于生活污水处理的吸附材料相比较对比实施例1制备得到的植物茎杆炭化吸附材料，在污水中对吸附氮、磷、COD的吸附率更高。
实施例4
该用于生活污水处理的吸附材料，吸附材料包括以下体积份的原料：植物茎杆18g，膨润土5.5g，炉渣1g；其中植物茎杆为质量比1:1:1的藜杆和蒿杆混合杆，植物茎杆直径为4mm以上，植物茎杆截成15mm~30mm小段；炉渣为质量比1:1的煤炉渣和高炉渣的混合炉渣，研磨后过60目筛。
该用于生活污水处理的吸附材料的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；
步骤2、将经步骤1处理的植物茎杆小段、膨润土、炉渣混合均匀得到混合料，将混合料以3℃/min的升温速率升温至480℃进行炭化38h；静置24h，然后通入流量为40mL/min的空气，在以5℃/min的升温速率升温至温度为700℃活化2.5h得到活化料；将再生使用吸附饱和的吸附材料与步骤2得到的混合料按照体积比1:2混合，然后再进行炭化和活化；
步骤3、将步骤2得到的活化料，研磨后过70目筛，得到用于生活污水处理的吸附材料。
以上结合对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种用于生活污水处理的吸附材料，其特征在于：吸附材料包括以下体积份的原料：植物茎杆15~20份，膨润土5~6份，炉渣1份；
吸附材料制备方法包括以下步骤：
步骤1、将植物茎杆自然干燥至含水量不超过15wt%，截成小段；
步骤2、将经步骤1处理的植物茎杆小段、膨润土、炉渣混合均匀得到混合料，将混合料升温至400℃~500℃进行炭化24h~48h；静置，然后通入流量为15~45mL/min的空气，在温度为600℃~800℃活化2~3h得到活化料；
步骤3、将步骤2得到的活化料，研磨后过60~80目筛，得到用于生活污水处理的吸附材料；
所述炉渣为煤炉渣、高炉渣、精炼炉渣中的任一种或几种任意比例混合炉渣，研磨后过60目筛。
2.根据权利要求1所述的用于生活污水处理的吸附材料，其特征在于：所述植物茎杆为藜杆、蒿杆、油菜花秆中的任一种或几种任意比例混合杆，植物茎杆直径为4mm以上，植物茎杆截成15mm~30mm小段。
3.根据权利要求1所述的用于生活污水处理的吸附材料，其特征在于：还包括步骤4，具体为将再生使用吸附饱和的吸附材料与步骤2得到的混合料按照体积比1:2~3混合，然后再进行炭化和活化。
4.一种根据权利要求1至3任意一项所述的用于生活污水处理的吸附材料作为吸附剂在处理生活污水中吸附氮、磷、COD上的应用。
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