CN110342622A - 一种农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂及其制备方法 - Google Patents

一种农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂及其制备方法。具体步骤如下：将切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭混合均匀，再将混合物压制成型后，进行烘焙，冷却成型，得到碳基缓释吸磷混凝剂。本发明具有总强度优异，混凝效果明显，同时还可以提供碳源，对沟渠排水的后续低碳氮的废水处理具有良好的效果。本发明解决了农田排水预处理困难的问题，可以减轻沟渠排水后续处理负荷，提高整个生态沟渠的处理效果。

Description

一种农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及农业面源污染领域，涉及农田排水的后续处理的技术方法。
背景技术
根据2007的调查发现，我国主要水污染物排放量有四成以上来自农业面源污染，其化学需氧量(COD)排放量为1324.09万t，占COD排放量的43.7％。农业面源污染也是总氮、总磷排放的主要来源，其排放量为270.46万t和28.47 万t，分别占排放总量的57.2％和67.4％。数据表明，农业生产排放的污水对收纳水体带来巨大污染负荷，严重造成水体的富营养化。农业面源污染是农业生产活动中农田中的营养盐、农药、重金属、畜禽粪便及生活垃圾等污染物，在农业灌溉、排水和降雨季节会随着农田地表径流和地下渗透，进入水体造成的水体污染。
农业面源污染具有三大特征：(1)发生具有随机性。因为面源污染主要受水文循环过程的影响支配，降雨径流具有随机性，所以由此产生的面源污染必然具有随机性；(2)排放途径及排放污染物具有不确定性，影响面源污染的因子复杂多样，所以导致的排放途径及排放污染物具有很大的不确定性；(3)时空差异性，污染负荷的时间变化(降雨径流过程、年内不同季节及年际间)和空间(不同地点)变化幅度大。
生态沟渠技术作为改善农业排水的有效方法之一，利用植物和微生物的协同作用下去除水体中氮、磷、有机物等污染物，从而达到净化富营养化水体的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂及其制备方法。本发明的目的是降低沟渠的悬浮物、有机污染物和磷，包括其强度与耐久性符合运行要求，混凝效果好。
为了实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案如下：
一种农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，具体步骤如下：将切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭混合均匀，再将混合物压制成型后，进行烘焙，冷却成型，得到碳基缓释吸磷混凝剂。
在本发明中，切片石蜡主要起胶粘作用，连接不同组分形成整体，同时能够包裹有效组分使其具备缓释能力；硫酸铝是水处理中经常使用的混凝剂；聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性；秸秆生物质炭具有良好的吸磷效果。
作为优选，所述的秸秆生物质炭需磨碎过300目筛，以便更好地与石蜡粘合。
作为优选，所述的切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭的混合质量比例为1:10:1:20。在该比例下，具有较好的磷吸附能力和悬浮物去除率。
作为优选，所述的混合物用压片机压制成型。
作为优选，所述的将混合物压制成型时的压制压力为40MPa，压制时间为 10min。40MPa压制条件条件下可以保证整个模块具有良好的强度。
作为优选，所述的烘焙过程在烘箱或马弗炉中进行。
作为优选，所述的烘焙过程中，烘焙温度不超过120℃，优选为105℃。温度不能超过120℃是由于所用材质在120℃以上容易挥发。
本发明的另一目的在于提供一种上述任一所述方法制备的碳基缓释吸磷混凝剂。该碳基缓释吸磷混凝剂可以用于降低沟渠的悬浮物、有机污染物和磷。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明制备的碳基缓释吸磷混凝剂，具有总强度优异，混凝效果明显的优点，同时还可以提供碳源，对沟渠排水的后续低碳氮的废水处理具有良好的效果。
(2)本发明制备的碳基缓释吸磷混凝剂，解决了农田排水预处理困难的问题，可以减轻沟渠排水后续处理负荷，提高整个生态沟渠的处理效果。
(3)本发明制备的碳基缓释吸磷混凝剂呈块状，可以作为填料填充于农田沟渠中用于进行水处理，不会被水流冲散，其强度与耐久性符合运行要求。
附图说明
图1为碳基缓释吸磷混凝剂对磷的吸附速率；
图2为碳基缓释吸磷混凝剂释放速率。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。
实施例1
本实施例中，农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将秸秆生物质炭磨碎过300目筛，切片石蜡磨碎，然后将两者与硫酸铝以及聚丙烯酰胺混匀，其中切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭的混合质量比例为1:10:1:10。
(2)将混匀的材料放入模具中，然后用压片机在40MP下压10min成型。
(3)将压制成型的材料放入烘箱中，105℃烘焙后，冷却成型得到碳基缓释吸磷混凝剂。
实施例2
本实施例中，农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将秸秆生物质炭磨碎过300目筛，切片石蜡磨碎，然后将两者与硫酸铝以及聚丙烯酰胺混匀，其中切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭的混合质量比例为1:10:1:10。
(2)将混匀的材料放入模具中，然后用压片机在40MP下压10min成型。
(3)将压制成型的材料放入烘箱中，110℃烘焙后，冷却成型得到碳基缓释吸磷混凝剂。
实施例3
本实施例中，农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将秸秆生物质炭磨碎过300目筛，切片石蜡磨碎，然后将两者与硫酸铝以及聚丙烯酰胺混匀，其中切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭的混合质量比例为1:10:1:20。
(2)将混匀的材料放入模具中，然后用压片机在40MP下压10min成型。
(3)将压制成型的材料放入烘箱中，105℃烘焙后，冷却成型得到碳基缓释吸磷混凝剂。
实施例4
本实施例中，农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将秸秆生物质炭磨碎过300目筛，切片石蜡磨碎，然后将两者与硫酸铝以及聚丙烯酰胺混匀，其中切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭的混合质量比例为1:10:1:20。
(2)将混匀的材料放入模具中，然后用压片机在40MP下压10min成型。
(3)将压制成型的材料放入烘箱中，110℃烘焙后，冷却成型得到碳基缓释吸磷混凝剂。
采用上述实施例1～4制得的碳基缓释吸磷混凝剂，对实验室配置废水进行处理，吸附试验在实验室中模拟，吸附平衡后的结果如表1所示。
表1碳基缓释吸磷混凝剂设计参数
注：表中A：B：C：D表示切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物炭的质量比。
从表1可以看出，使用本发明的缓释吸磷混凝剂后，悬浮物和磷有明显的下降。根据以上实验结果确定碳基缓释吸磷混凝剂中，切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物炭的最佳质量比为1:10:1:20。
应用例
采用前述实施例3制得的块状碳基缓释吸磷混凝剂，对实验室配置废水进行处理，吸附试验在实验室中模拟。将块状碳基缓释吸磷混凝剂置于预先配制的模拟废水中，模拟吸附的时长为30天，期间连续检测不同时间下上清液中的磷浓度以及硫酸根浓度。
实验处理结果如表2所示：
表2缓释吸磷混凝剂投加效果
检测指标 进水水样(模拟废水) 出水水样(30天后)
pH值 7.76 7.43
悬浮物 435 174
CODcr(mg/L) 216 79
总磷(mg/L) 10 2.4
从表2可以看出，使用本发明的缓释吸磷混凝模块后，悬浮物、CODCr和总磷有明显的下降。
而上清液中总磷随时间的变化如图1所示。从图1可以看出，碳基缓释吸磷混凝模块在30天内均具有缓释的吸磷效果，并于30天左右趋于稳定。
另外，废水中的硫酸根浓度反应了混凝剂中有效组分硫酸铝的释放情况，从图2可以看出碳基缓释吸磷混凝剂具有一定的缓释效果，大约在30天左右趋于稳定。
由此可见，碳基缓释吸磷混凝剂具有较好的结构强度，以及缓释的水处理能力。这种混凝剂能够在农田沟渠中作为前处理工序，具有降低水体的颗粒物以及部分有机物，降低后续处理的负荷，提高整条沟渠的减排效果的作用。而且，缓释吸磷混凝剂具有造价低廉、投药及回收简便、效果明显等优点。生态沟渠前段添加碳基混凝剂促进了整条沟渠的污染物去除效果，减轻后续处理的压力，主要作用于沟渠水体中的磷、COD和悬浮物。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，其特征在于，将切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭混合均匀，再将混合物压制成型后，进行烘焙，冷却成型，得到碳基缓释吸磷混凝剂。
2.如权利要求1所述的农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述的秸秆生物质炭需磨碎过300目筛。
3.如权利要求1所述的农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述的切片石蜡、硫酸铝、聚丙烯酰胺和秸秆生物质炭的混合质量比例为1:10:1:20。
4.如权利要求1所述的农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述的混合物用压片机压制成型。
5.如权利要求1所述的农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述的将混合物压制成型时的压制压力为40MPa，压制时间为10min。
6.如权利要求1所述的农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述的烘焙过程在烘箱或马弗炉中进行。
7.如权利要求1所述的农田沟渠水处理碳基缓释吸磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述的烘焙过程中，烘焙温度不超过120℃，优选为105℃。
8.一种如权利要求1～7任一所述方法制备的碳基缓释吸磷混凝剂。
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