CN110227409A - 一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,它包括如下步骤:(1)收集的净水厂污泥与铁盐按质量比为10:1混合制成泥饼;(2)将上述污泥饼在550~600℃的温度下煅烧1h,制得污泥块;(3)将上述污泥块经机械粉碎和机械震荡筛分,制备成粒径为1‑3mm的磁性污泥颗粒,即为所述磁性锁磷剂。本发明方法解决了净水厂污泥在实际工程应用中存在释放氨氮和有机物二次污染问题,还使其具备了磁性,可以通过吸铁石将其从自然水体吸起回收,回收磷作为磷肥二次资源化利用,同时磁性锁磷剂吸附磷能力获得再生,为净水厂污泥资源化提供新途径,真正实现变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及污泥资源化处理技术领域,尤其涉及一种净水厂污泥制备磁性锁 磷剂的方法。
背景技术
水体富营养化是当今世界水污染防治面临的重要难题之一。随着我国工业化 和城市化的发展,城市水体富营养化日益严重。氮和磷是水体富营养化的主要限 制因子,其中磷被普遍认为是关键限制因子,削减水体磷浓度能有效抑制水体富 营养化。目前城市水体中磷浓度普遍在V类或劣V类水平,可见,目前城市水体 中磷浓度严重超标,亟需研发以经济、高效的水处理控磷填料为核心的控磷技术 或设备。
目前水处理控磷材料主要有4种类型,铁盐及其改性材料、铝盐及其改性材 料、锁磷剂、钙盐及其改性材料;铁盐在还原状态易释放磷;锁磷剂、铝盐材料 和钙盐材料比较稳定,不易释放磷,锁磷剂控磷效果好,实际应用广泛,LA-P非 常稳定,但其价格贵,且磷不能回收;钙盐材料控磷效果好且固磷稳定,但其使 用会增加水体pH,在酸性水体易释放磷。铝盐材料控磷效果好,在自然水体中不 易释放,因此,是一种非常有前途的控磷材料。净水厂污泥是水处理过程中的安 全副产物,由于絮凝剂的关系,净水厂污泥中含有丰富的铁铝盐,这就使其具备 了良好的控磷能力。但研究发现,如果直接使用净水厂污泥控磷,净水厂污泥会 向水体中释放有机物和氨氮。因此,本课题组前期研发了煅烧改性净水厂污泥资源化制备水处理控磷材料(ZL 201610200212.3),研究结果表明,通过煅烧改性 方法可以消除净水厂污泥向水体释放氨氮和有机物问题,同时,也增加了材料控 磷效果。煅烧改性净水厂污泥制备的控磷材料在实际应用中不易或不能实现固液 分离回收材料和磷资源,导致削减的磷未能真正从水环境中去除。如果控磷材料 不能够回收,当其饱和吸附磷时,不仅失去控磷作用,而且在还原环境下,材料 吸附的磷存在再次释放到水体,造成二次污染问题。此外,全球的磷资源正在逐 渐枯竭,磷资源的回收势在必行。因此,根据课题组前期研究,提出了磁改性净 水厂污泥(即磁性锁磷剂)研究。
发明内容
本发明提供了一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,其克服了背景技术中 所述的现有技术的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,它包括如下步骤:
(1)收集的净水厂污泥与铁盐按质量比为10:1混合制成泥饼;
(2)将上述污泥饼在550~600℃的温度下煅烧1h,制得污泥块;
(3)将上述污泥块经机械粉碎和机械震荡筛分,制备成粒径为1-3mm的磁性 污泥颗粒,即为所述磁性锁磷剂。
一实施例之中:泥饼是由含水率75-80%净水厂污泥与FeSO4·7H2O按质量比 10:1混合制得。
一实施例之中:所述泥饼的制作步骤包括:
1)称取FeSO4·7H2O 1份,溶解在去离子水中,形成硫酸亚铁溶液;
2)称取含水率为75-80%的净水厂污泥10份,并加入硫酸亚铁溶液,搅拌混 合;
3)加入25%的氢氧化钠溶液,搅拌混合;
4)静置20-28h后,先用自来水清洗掺铁污泥,当清洗水接近中性时,再用 去离子水清洗;
5)用洗净的棉布过滤,得到含水率较高的掺铁污泥,自然风干;
6)将自然风干的掺铁污泥放入电烘箱脱水,参数为105℃、2h,制成泥饼。
一实施例之中:污泥块是由泥饼在600℃的温度下煅烧1h制得。
本技术方案与背景技术相比,它具有如下优点:
1、本发明的方法采用煅烧方法,消除净水厂污泥作为锁磷剂向水体释放氨氮 和有机物的潜在危害,解决净水厂污泥释放氨氮和有机物问题。
2、本发明的方法不仅很好地解决了净水厂污泥在实际工程应用中存在释放氨 氮和有机物二次污染问题,还使其具备了磁性,可以通过吸铁石将其从自然水体 吸起回收,回收磷作为磷肥二次资源化利用,同时磁性锁磷剂吸附磷能力获得再 生,为净水厂污泥资源化提供新途径,真正实现变废为宝;此外,由于铁盐的掺 入,使其吸附磷能力加强。
3、本发明的方法工艺简单、成本较低廉。
4、本发明的污泥颗粒的粒径为1~3mm,该尺寸的污泥颗粒不仅对磷有很好吸 附效果,而且,其水力传导系数适中,可更好与水体接触,有利于物质的传递与 交换。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例1中实验验证同磷浓度下磁性锁磷剂控磷效果。
图2为本发明实施例2中实验比较了净水厂污泥、磁性锁磷剂和镧改性锁磷 剂的控磷效果。
图3为本发明实施例3中实验探究了在磷浓度为2mg/L的溶液中磁性锁磷剂 对磷饱和吸附量。
图4为本发明实施例4中实验比较了石英砂、磁性锁磷剂和镧改性锁磷剂覆 盖材料控制底泥污染物释放效果。
具体实施方式
一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,它包括如下步骤:
(1)收集的净水厂污泥与铁盐按质量比为10:1混合制成泥饼;
(2)将上述污泥饼在550~600℃的温度下煅烧1h,制得污泥块;优选地, 污泥块是由泥饼在600℃的温度下煅烧1h制得;
(3)将上述污泥块经机械粉碎和机械震荡筛分,制备成粒径为1-3mm的磁性 污泥颗粒,即为所述磁性锁磷剂。
本实施例中,该泥饼是由含水率75-80%净水厂污泥与FeSO4·7H2O按质量比 10:1混合制得。
所述泥饼的具体制作步骤包括:
1)称取FeSO4·7H2O 1份(如30.0g),溶解在去离子水(500ml)中,形成硫 酸亚铁溶液;
2)称取含水率为75-80%的净水厂污泥10份(300.0g),并加入硫酸亚铁溶 液(500ml),搅拌混合(超声搅拌混合10min);
3)加入25%的氢氧化钠溶液(5ml),搅拌混合(超声搅拌混合10min);
4)静置20-28h(优选地,取24h)后,先用自来水清洗掺铁污泥,当清洗水 接近中性时,再用去离子水清洗(清洗3次);
5)用洗净的棉布过滤,得到含水率较高的掺铁污泥,自然风干;
6)将自然风干的掺铁污泥放入电烘箱脱水,参数为105℃、2h,制成泥饼。
实施例1不同磷浓度下磁性锁磷剂控磷效果研究
(1)试验方案
试验所用磁性锁磷剂,制备方法如上述所言;试验所用的磷溶液为1mg/L、 5mg/L、10mg/L、20mg/L、50mg/L磷酸二氢钾溶液,pH为7.0±0.3,用盐酸和 氢氧化钠溶液调节pH。
试验在250ml锥形瓶中进行,试验分为5组,每组做3个平行样,编号为1-5#, 依次加入上述配制的磷酸二氢钾溶液200ml和0.5g粒径为1-2mm磁性锁磷剂,投 加量为2.5g/L。
将15个锥形瓶放入摇床震荡,参数为24h、25℃、150r/min。然后取上清液 使用钼锑抗分光光度法测定正磷酸盐浓度。
(2)试验结果与分析
经过24h摇床振荡后,各组正磷酸盐浓度的变化如图1所示。
由图1可见,在磁性锁磷剂投加量为2.5g/L,初始磷浓度为1mg/L、5mg/L、 10mg/L、20mg/L、50mg/L时,磁性锁磷剂对正磷酸盐的削减率分别为93.96%、 74.43%、56.96%、37.58%、24.74%,说明磁性锁磷剂能够有效削减水体磷浓度。
实施例2比较3种材料控磷效果
(1)试验方案
试验所用的磁性锁磷剂,制备方法如上述所言。
试验所用的净水厂污泥取自于厦门某净水厂离心脱水后污泥,通过自然风干、 粉碎和筛分获得,粒径为1-2mm。
试验所用的镧改性锁磷剂是澳洲工业科学研究协会研发,由95%天然膨润土 和5%镧元素组成,即镧改性的膨润土,由中国台湾大唐兴业有限公司提供,粒径 为1-3mm。
试验所用含磷溶液为磷酸二氢钾配制2mg/L的试验溶液,pH调到7.0±0.2。
试验在250ml锥形瓶中进行,试验分为3组,每组做3个平行样,编号为1-3#, 依次加入上述配制的2mg/L磷酸二氢钾溶液200ml和0.5g粒径为1-2mm上述材料 颗粒,投加量为2.5g/L。
将9个锥形瓶放入摇床震荡,参数为24h、25℃、150r/min。然后取上清液 使用钼锑抗分光光度法测定正磷酸盐浓度。
(2)试验结果与分析
几种控磷材料控磷效果如图2所示。
由图2可见,在初始磷浓度为2mg/L,控磷材料投加量为2.5g/L时,净水厂 污泥、磁性锁磷剂和镧改性锁磷剂对磷的削减率分别为24.44%、85.84%和97.55%。 在此次试验中,磁性锁磷剂对磷的削减效果仅次于镧改性锁磷剂,可见磁性锁磷 剂是一种有前景的控磷材料。
实施例3磁性锁磷剂的饱和吸附量研究
(1)试验方案
试验所用的磁性锁磷剂制备方法如上述所言。
试验所用含磷溶液为磷酸二氢钾配制2mg/L的试验溶液,pH调到7.0±0.2。
试验在250ml锥形瓶中进行,做3个平行样,编号为1-3#,依次加入上述配 制的2mg/L磷酸二氢钾溶液200ml和0.5g粒径为1-2mm上述材料颗粒,投加量为 2.5g/L。
将3个锥形瓶放入摇床震荡,参数为24h、25℃、150r/min。振荡后,取出 锥形瓶静置5min,慢慢倒出上覆水,然后使用钼锑抗分光光度法测定正磷酸盐浓 度。再向已倒出上覆水的锥形瓶中加入上述含磷溶液200ml,重复摇床振荡之后 的环节。直到控磷材料吸附前后含磷溶液浓度变化量小于5%即可结束试验。
(2)试验结果与分析
在经过21次吸附试验后,磁性锁磷剂在初始磷浓度为2mg/L下到达饱和吸附 量3.96mg/g。磁性锁磷剂磷浓度变化情况如图3所示。
由图3可见,在投加量为2.5g/L,初始磷浓度为2mg/L时,磁性锁磷剂将磷 浓度削减到地表水V类水磷浓度标准,可见磁性锁磷剂能有效控磷。
实施例4比较3种覆盖材料控制底泥污染物释放效果研究
(1)试验方案
试验所用的底泥为筼筜湖表层底泥,采用自制的取样器取得表层泥样,取样 过程中对湖底底泥有一定程度上的扰动,将表层泥样搅拌混匀作为试验所用的底 泥。试验所用的水是实验室自来水,本试验主要研究上覆水体无任何污染物情况 下,底泥中污染物的最大释放强度。
试验所用的石英砂为普通石英砂。试验所用的磁性锁磷剂:将自然风干的掺 铁盐污泥放入电烘箱脱水(105℃、2h),将脱水掺铁污泥放入马弗炉煅烧(600℃、 1h),人工粉碎筛分制得粒径为1-2mm的磁性锁磷剂。
试验所用的镧改性锁磷剂是澳洲工业科学研究协会研发,由95%天然膨润土 和5%镧元素组成,即镧改性的膨润土,由中国台湾大唐兴业有限公司提供,粒径 为1-3mm。
试验在10L、DN 200mm广口玻璃瓶中进行;每个瓶中底泥重量约为2.61kg, 厚度约为5cm。覆盖材料的覆盖强度为2kg/m2(重量为63g)。通过塑料软管利用 虹吸原理将自来水缓缓沿瓶壁加入瓶中,上覆水体积为9L,上覆水高度为25cm。
试验共有12个玻璃瓶,分为4组,每组3个平行,编号为1-4#,其中,1# 为对照系统,未覆盖任何材料;2#为石英砂覆盖系统;3#为磁性锁磷剂覆盖系统; 4#锁磷剂覆盖系统。
试验于2017年7月4日开始进行,10月30日结束,历时118d;玻璃瓶口敞 开(不控制上覆水DO浓度),放置在室内,试验在室温下进行;每天定时测定系 统中水深10cm处水温、pH、DO和氧化还原电位(ORP);定期取100mL水样,分 别测定水样中的氨氮、正磷酸盐和TOC,取水样后用实验室自来水进行补充至原 刻度线。
(2)试验结果与分析
由图4可见,几种覆盖材料控制底泥总磷释放效果。试验阶段,各系统上覆 水的水温变化范围为26.7~32℃、pH变化范围为6.80~8.83、DO变化范围为 0.8~7.58、ORP变化范围为-12~254。
由图4可见,在空白系统中,经计算得到筼筜湖底泥总磷的释放强度为 2.06~9.19mg/(m2·d),平均释放强度为6.73mg/(m2·d);当覆盖材料的覆盖强 度为2kg/m2时,与对照相比,镧改性锁磷剂、磁性锁磷剂和石英砂覆盖对TP的 平均削减率分别为为94.31%、92.12%和10.68%。方差分析表明,磁性锁磷剂和镧 改性锁磷剂覆盖系统与空白系统之间削减TP效果均有明显差异(P<0.05)。可见 磁性锁磷剂也是一种高效的控磷材料。
试验结束后,采用吸铁石回收磁性锁磷剂,回收率为93.61±1.22%。说明磁 性锁磷剂易于回收,真正地实现了材料与磷资源的回收。
以上所述,仅为本发明较佳实施例而已,故不能依此限定本发明实施的范围, 即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖 的范围内。
Claims (4)
1.一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)收集的净水厂污泥与铁盐按质量比为10:1混合制成泥饼;
(2)将上述污泥饼在550~600℃的温度下煅烧1h,制得污泥块;
(3)将上述污泥块经机械粉碎和机械震荡筛分,制备成粒径为1-3mm的磁性污泥颗粒,即为所述磁性锁磷剂。
2.根据权利要求1所述的一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,其特征在于:泥饼是由含水率75-80%净水厂污泥与FeSO4·7H2O按质量比10:1混合制得。
3.根据权利要求2所述的一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,其特征在于:所述泥饼的制作步骤包括:
1)称取FeSO4·7H2O1份,溶解在去离子水中,形成硫酸亚铁溶液;
2)称取含水率为75-80%的净水厂污泥10份,并加入硫酸亚铁溶液,搅拌混合;
3)加入25%的氢氧化钠溶液,搅拌混合;
4)静置20-28h后,先用自来水清洗掺铁污泥,当清洗水接近中性时,再用去离子水清洗;
5)用洗净的棉布过滤,得到含水率较高的掺铁污泥,自然风干;
6)将自然风干的掺铁污泥放入电烘箱脱水,参数为105℃、2h,制成泥饼。
4.根据权利要求1或3所述的一种净水厂污泥制备磁性锁磷剂的方法,其特征在于:污泥块是由泥饼在600℃的温度下煅烧1h制得。
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