CN111099747B - 一种用于水质净化的生态沸石的制备方法 - Google Patents

一种用于水质净化的生态沸石的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水质净化的生态沸石的制备方法，属于环境工程水处理领域。本发明的用于水质净化的生态沸石的制备方法，具体包括以下步骤：(1)取好氧池剩余污泥、高岭土、玄武岩、水泥和水放置于搅拌器中搅拌，得到混合物；(2)将步骤(1)的混合物转移至模具中，压平制成半成品生态沸石块；(3)将步骤(2)的半成品生态沸石块干燥，即得到所述的用于水质净化的生态沸石块。本发明制备的得到的生态沸石对某湖湖水进行为期8天的去除实验后，其COD去除率达到61.14％，总氮去除率为54.34％，总磷去除率达到了71.39％。

Description

一种用于水质净化的生态沸石的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于水质净化的生态沸石的制备方法，属于环境工程水处理领域。
背景技术
水是生命之源泉，是自然资源的重要组成部分，也是所有生物体的主要物质基础。随着人口的急剧增长，工农业生产的不断发展，造成了水资源供需矛盾的日益加剧。在我国，约有75％以上的湖泊水域和53％以上的近岸海域受到显著污染。全国的大型淡水湖泊和城市湖泊均达中度污染和重度污染，滇池、巢湖、太湖(三湖)氮、磷污染严重，水体富营养化的问题尤为突出。因此，如何治理和预防水体富营养化已经成为今后水处理技术急需解决的问题。
水体富营养化是指大量的营养物质氮、磷等进入湖泊、河口、海湾等水体，水体内的生物比如藻类及其它浮游生物在适宜的外界条件下迅速繁殖，出现水质恶化的现象。而我国大部分淡水水源都受氮、磷等污染严重，易生长藻类等微生物，磷作为藻类主要的生长限制因子，针对这一情况在实际治理过程中将磷元素作为控制因子，减少磷在自然水体中含量，可以控制微生物生长，维持水体的生态平衡。
而常用的除磷方法主要有化学混凝法、吸附法、生物除磷法等。通常单一的技术手段并不能完全满足地表水环境深度除磷脱氮的要求。
目前，专利(CN106186162A)公开了一种用于净水设备的改性沸石吸附材料的制备方法，主要包括：1)沸石预处理；2)沸石一次改性；3)二氧化钛改性沸石，制备工艺复杂。
发明内容
为了解决上述至少一个问题，本发明以经济实惠且效果佳为目的，通过使用生态沸石和微生物载体做吸附剂，通过物化作用和微生物降解的耦合效果，实现微污染水体的深度除磷，并增强填料对其他污染物指标(COD和总氮TN)的去除效果。
本发明利用多孔质玄武岩和市政污水处理厂好氧池剩余污泥制备生态沸石进行水质净化的方法，利用多孔质玄武岩的吸附作用(除磷)和剩余污泥中微生物的净化作用(脱氮)，可以最大限度的降低污水中磷的含量，对COD、氮也有较好的去除效率。
本发明的第一个目的是提供一种用于水质净化的生态沸石的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)取好氧池剩余污泥、高岭土、玄武岩、水泥和水放置于搅拌器中搅拌，得到混合物；
(2)将步骤(1)的混合物转移至模具中，压平制成半成品生态沸石块；
(3)将步骤(2)的半成品生态沸石块干化，即得到所述的用于水质净化的生态沸石块。
在一种实施方式中，步骤(1)所述的好氧池剩余污泥、高岭土、玄武岩、水泥和水的质量比为：1：(0.8-1.2)：(1-2)：(0.3-0.5)：(0.1-0.5)。
在一种实施方式中，步骤(1)所述的好氧池剩余污泥、高岭土、玄武岩、水泥和水的质量比为：1：1：1.5：0.5：0.5。
在一种实施方式中，步骤(1)所述水泥为海螺牌水泥。
在一种实施方式中，步骤(1)所述好氧池剩余污泥均来自无锡市某污水处理厂，污泥含水率为97％，污泥有机质含量为50-65％，异养菌比生长速率为3.6-4.5/d。
在一种实施方式中，步骤(1)所述的高岭土购自无锡市某化工有限公司的煅烧高岭土(细度1250-6000目)，粒径约2μm，主要成分Al2O3≥44.86％，SiO2≥52.2％。
在一种实施方式中，步骤(1)所述的玄武岩粒径为1-3μm。
在一种实施方式中，步骤(1)所述的搅拌参数具体为：搅拌速度为120rpm，搅拌时间为5-10min。
在一种实施方式中，步骤(2)所述的模具的为木制，长宽高分别为10cm×10cm×4cm。
在一种实施方式中，步骤(2)所述的压平具体为：上部用木板压平，人工压实，并固定 1d使其稳定。
在一种实施方式中，步骤(3)所述的干化具体为：放置到通风良好的室外，使其自然干化。
在一种实施方式中，步骤(3)所述得干化可以是在夏季平均22℃条件下2d可以自然干化。
在一种实施方式中，步骤(3)所述得干化可以是在冬季平均15℃条件下，4d可以自然干化。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法得到的用于水质净化的生态沸石。
本发明的第三个目的是本发明所述的生态沸石在净化水质中的应用。
在一种实施方式中，将本发明的生态沸石投放入污染湖水中，用量为50g/L，利用该产品具有的物理吸附作用和微生物降解作用对水体进行净化，降低水体中COD、总氮TN、总磷 TP的含量从而起到净化湖水的作用。
本发明的第四个目的是本发明所述的用于水质净化的生态沸石在多层渗滤系统、人工湿地系统中的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明的方法利用多孔质火山玄武岩和剩余污泥制备生态沸石填料进行水质净化的方法，在利用多孔质火山玄武岩对废水中污染物有较好吸附效果的同时，利用好氧池剩余污泥中微生物具有高生物活性的特点，将剩余污泥和多孔火山岩石混合在一起，在实际应用中结合应用环境，提高了其脱氮除磷能力。
(2)本发明采用的好氧池剩余污泥含有较多的有机质和活性微生物，在生态沸石具有一定孔隙率和含水率的条件下，使沸石具有良好的生物功能，并具有一定的长期保存能力。
(3)本发明将好氧池剩余污泥作为微生物来源，在利用了微生物对水体中氮、磷去除能力的同时，又开发出了一种剩余污泥资源化的有效途径。
(4)本发明的用于水质净化的生态沸石可充当多层渗滤系统、人工湿地系统等水处理工艺的填料，在单独使用时也能有效的降低水中COD、总氮TN、总磷TP的含量；对某湖湖水进行为期8天的去除实验后，其COD去除率达到61.14％，总氮TN去除率为54.34％，总磷TP去除率达到了71.39％。
(5)本发明的方法不需要对沸石进行改性处理，也不需要加入各种化学助剂，制备工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1为实施例1的生态沸的石制备方法的流程示意图。
图2为实施例1和对照例1、2的生态沸石处理过程中的总磷TP浓度变化图。
图3为实施例1和对照例1、2的生态沸石处理过程中的COD浓度变化图。
图4为实施例1和对照例1、2的生态沸石处理过程中的总氮TN浓度变化图。
图5为实施例1的生态沸石实际成品图。
图6为实施例3的实验装置图，其中：1、出水口；2、取样口；3、生态沸石堆；4、进水口；5、蠕动泵；6、进水桶。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
水中总磷TP浓度的测试：总磷采用日本岛津紫外分光光度计进行测定，检测方法参考钼酸盐分光光度法(GB11893-89)。
COD浓度的测试：采用快速烘箱法进行测定，于160℃烘箱内加热20min，待冷却后以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵进行标定。
水中总氮TN浓度的测试：总氮采用日本岛津紫外分光光度计进行测定，检测方法参考过硫酸钾氧化紫外分光光度法(GB11894-89)。
实施例1
一种生态沸石的制备方法，如图1的工艺流程所示：具体包括如下步骤(所有份数均为重量份)：
(1)取好氧池剩余污泥100份(污泥含水率为97％，污泥有机质含量为54.6％，异养菌比生长速率为3.9/d)、高岭土(粒径约2μm)100份、玄武岩(粒径约2μm)150份、水泥50 份和水50份并放置于搅拌器中，搅拌速度为120rpm，搅拌约10分钟，得到混合物；
(2)将步骤(1)的混合物转移至长宽高分别为10cm×10cm×4cm木制模具中，上部用木板压平，人工压实，并固定1d使其稳定，制成半成品生态沸石块；
(3)将步骤(2)的半成品生态沸石块放置到通风良好的室外，22℃条件下2d自然干化；待生态沸石块干化完全即得所述的用于水质净化的生态沸石。
对照例1
不加实施例1中的好氧池剩余污泥，其他参数和实施例1保持一致，得到生态沸石。
对照例2
将实施例1中的好氧池剩余污泥替换为二沉池剩余污泥，其他参数和实施例1保持一致，得到生态沸石。
实施例2
取4个长宽高＝30cm×15cm×15cm的玻璃水缸；分别向三个玻璃缸中加入某湖湖水(10L)，其水质参数分别为(COD为62.3mg/L、总氮浓度为6.68mg/L、总磷浓度为0.076mg/L)，1 #缸内加入一块实施例1的生态沸石块(约500g)，2#缸内放入一块对照例1的生态沸石块 (约500g)，3#缸内放入一块对照例2的生态沸石块(约500g)，4#缸内什么都不加，用作前三个缸的对照。前两天每隔12h取一次样，后两天每隔24h取样取2次，从第五天开始每隔48h取样，监测各污染指标。
从图2可以看出：8天后，1#缸内的TP浓度降至0.0218mg/L，其去除率为71.39％；2#缸内的TP浓度降至0.0246mg/L，其去除率为67.63％；3#缸内的TP浓度降至0.036mg/L，其去除率为52.63％；4#缸内的TP浓度无明显的变化。这说明实施例1制备的生态沸石块对污水中TP有良好的去除效果，而且好氧池剩余污泥效果好于二沉池剩余污泥。
从图3可以看出：8天后，1#缸内的COD浓度降至22.21mg/L，其去除率为61.14％；2#缸内的COD浓度降至30.56mg/L，其去除率为50.94％；3#缸内的COD浓度降至38.47mg/L，其去除率为38.25％；4#缸内的COD浓度无明显的变化。这说明实施例1制备的生态沸石块对污水中COD有良好的去除效果，而且好氧池剩余污泥效果好于二沉池剩余污泥。
从图4可以看出：8天后，1#缸内的TN浓度降至3.05mg/L，其去除率为54.34％；2#缸内的TN浓度降至3.35mg/L，其去除率为49.85％；3#缸内的TN浓度降至4.47mg/L，其去除率为33.08％；4#缸内的TN浓度无明显的变化。这说明实施例1制备的生态沸石块对污水中TN有良好的去除效果，而且好氧池剩余污泥效果好于二沉池剩余污泥。
实施例3
考虑到自然水体中温度、水流速度的变化，在实验室连续运行反应器内对生态沸石块进行动态吸附和生物降解实验。反应装置如图6所示：反应器由出水口1、取样口2、生态沸石堆3、进水口4、蠕动泵5、进水桶6组成；实验开始时，在蠕动泵的作用下缓慢将水输送到反应器内，控制反应器的水力负荷为0.4m3/m2·h。
反应器是内径0.09m，高1.2m的有机玻璃塔。在反应器内加入10块(约5kg)实施例1制备的生态沸石块，并将某湖湖水加入到进水桶，其水质参数分别为(COD为62.3mg/L、总氮浓度为6.68mg/L、总磷浓度为0.076mg/L)，在蠕动泵的作用下缓慢将水输送到反应器内，控制反应器的水力负荷为0.4m3/m2·h，当进水经过生态沸石块后，反应器内的出水会重新流回进水桶，构成一个循环系统。在反应器出水口下方约10cm处定期取样，以检测各项指标的去除效果。
8天后，COD、TN、TP的浓度都发生了明显的变化。COD浓度从62.3mg/L降至31.79mg/L，去除效率为51.03％；TN浓度从6.68mg/L降至3.22，去除效率为48.26％，TP浓度从0.076mg/L 降至0.055mg/L，去除效率为73％。这说明实施例1制备的生态沸石块在动态条件下也有较好的去除效果。
对照例3
将对照例1的生态沸石按照实施例3进行相同的动态吸附实验，在反应器出水口下方约 10cm处定期取样，以检测各项指标的去除效果。
对照例4
将对照例2的生态沸石按照实施例3进行相同的动态吸附实验，在反应器出水口下方约 10cm处定期取样，以检测各项指标的去除效果。
测试结果如下：
表1实施例3和对照例3、4的生态沸石的测试结果
COD去除效率(％) TN浓度去除效率(％) TP浓度去除效率(％)
实施例3 51.03 48.62 73
对照例3 35.36 30.06 48.56
对照例4 45.46 43.78 57.44
对照例5
调整实施例1中好氧池剩余污泥50份，其他参数与实施例1保持一致，得到生态沸石。
对照例6
调整实施例1中好氧池剩余污泥150份，其他参数与实施例1保持一致，得到生态沸石。
将实施例1和对照例5、6进行性能测试，具体测试结果如表2所示：
表2实施例1和对照例5、6的生态沸石的测试结果
COD去除效率(％) TN浓度去除效率(％) TP浓度去除效率(％)
实施例1 61.14 54.34 71.39
对照例5 50.12 40.47 60.81
对照例6 54.59 50.50 55.89
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种用于水质净化的生态沸石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取好氧池剩余污泥、高岭土、玄武岩、水泥和水放置于搅拌器中搅拌，得到混合物；其中所述的好氧池剩余污泥、高岭土、玄武岩、水泥和水的质量比为：1：(0.8-1.2)：(1-2)：(0.3-0.5)：(0.1-0.5)；所述好氧池剩余污泥均来自无锡市某污水处理厂，污泥含水率为97％，污泥有机质含量为50-65％，异养菌比生长速率为3.6-4.5d-1；
(2)将步骤(1)的混合物转移至模具中，压平制成半成品生态沸石块；
(3)将步骤(2)的半成品生态沸石块干化，即得到所述的用于水质净化的生态沸石块。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的好氧池剩余污泥、高岭土、玄武岩、水泥和水的质量比为：1：1：1.5：0.5：0.5。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的玄武岩粒径为1-3μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的干化具体为：放置到通风良好的室外，使其自然干化。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的搅拌参数具体为：搅拌速度为120rpm，搅拌时间为5-10min。
6.权利要求1-5任一所述的制备方法得到的生态沸石。
7.权利要求6所述的生态沸石在净化水质中的应用。
8.权利要求6所述的生态沸石在多层渗滤系统、人工湿地系统中的应用。
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