CN111377497A - 一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海藻酸钠包埋的新型铁碳‑麦饭石高效除磷颗粒,同时公开了该除磷颗粒的制备方法。该除磷颗粒包括麦饭石1~3g、活性炭1~3g、海藻酸钠1~4g、铁粉3~5g、去离子水290~310mL和氯化钙10~25g。该除磷颗粒不仅能克服铁、炭、麦饭石单独作为载体填料时存在的易随水流迁移、铁粉容易团聚和铁碳填料前期除磷作用缓慢等的弊端,还能充分发挥电化学、物理吸附作用、化学絮凝沉淀等多种作用从而达到除磷的目的。另外,本发明制备的海藻酸钠包埋的新型铁碳‑麦饭石高效除磷颗粒,无需添加造孔剂,也无需高温焙烧,制备方法简便,具有能耗低、处理效果好、适用范围广、成本低廉等优点,具有较高的研究价值和独特的应用优势。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域,具体涉及一种除磷颗粒及其制备方法。
背景技术
近年来,随着我国工业、农业的发展,水体污染日益严重,根据国家生态环境部2017年《中国环境状况公报》所报道,虽然全国地表水总磷浓度同比下降11.5%,但超标断面比例为19.1%,超过化学需氧量、氨氮,成为影响全国地表水水质的主要污染物。这说明水体富营养化尤其是水中除磷成为当前亟待解决的重大问题。
目前,国内外常用的除磷方法:化学法、生物法和吸附法等。化学法虽然具有运行稳定,工艺简单,除磷效率好,去除率高达75%~85%,但投资成本高,投加化学药剂会导致废水pH值增加,且产生大量化学污泥,容易发生二次污染。生物法投资成本低,在除磷的同时可以去除有机物,去除率最高可达90%,但易受pH、温度影响较大,稳定性较差,且对污水中有机物浓度依赖性较强,当有机物含量较低或磷含量>10mg/L,出水磷浓度的排放标准不能达到要求。吸附法是利用吸附剂具有的较大比表面积和较多的孔隙,使磷在吸附剂表面发生物理吸附、表面沉淀或离子交换,从而实现磷分离,再通过吸附-解吸过程达到磷去除和回收的双重效果。吸附法除磷效果稳定,在废水除磷中应用广泛,吸附剂的选择是吸附法的关键,粉煤灰、给水污泥、活性炭、沸石、麦饭石、改性或合成的材料是应用最广泛的吸附剂。铁碳微电解法 自上世纪六七十年代最初由苏联研究并发展起来,历经四十多年的大量研究与发展,已广泛应用于污水处理,该法又称为铁碳法、内电解法,是利用金属腐蚀原理,形成原电池对污水进行处理,是一种高效的污水处理方法。但铁碳微电解发生作用比较缓慢,前期除磷效果稍低,而麦饭石的吸附作用较快,能够很好的弥补铁碳微电解前期除磷效率稍低的缺陷,可以很好的强化铁碳微电解的除磷作用。
发明内容
本发明的目的是一方面提供一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒,另一方面提供该除磷颗粒的制备方法。本发明海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒是由海藻酸钠、铁粉、活性炭、麦饭石、去离子水与氯化钙交联制成,其中,海藻酸钠和麦饭石为包埋剂,氯化钙为交联剂。
本发明的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒不仅能克服铁、炭、麦饭石单独作为载体填料时存在的易随水流迁移、铁粉容易团聚和铁碳填料前期除磷作用缓慢等的弊端,还能充分发挥电化学、物理吸附作用、化学絮凝沉淀等多种作用从而达到除磷的目的。另外,本发明制备的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒,无需添加造孔剂,也无需高温焙烧,制备方法简便,具有能耗低、处理效果好、适用范围广、成本低廉等优点,具有较高的研究价值和独特的应用优势。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒,包括麦饭石1~3g、活性炭1~3g、海藻酸钠1~4g、铁粉3~5g、去离子水290~310mL和氯化钙10~25g。
一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的制备方法,包括以下步骤:
(1)将木质活性炭粉碎、过筛,使其粒径小于≤150μm;
(2)分别配置海藻酸钠溶液和氯化钙溶液;
(3)将铁、活性炭、麦饭石的混合物加入到海藻酸钠溶液中,连续搅拌数小时,混合均匀,得到混合液;
(4)使用注射器将步骤(3)的混合液逐滴滴入到氯化钙溶液中,得到凝胶小球,静置固化;
(5)将固化好的凝胶小球滤出,即可得海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒。
进一步,所述步骤(2)中海藻酸钠溶液的浓度为1wt%~3wt%,氯化钙溶液的浓度为8wt%~11wt%。
进一步,所述步骤(3)中铁、炭、麦饭石质量 : 海藻酸钠溶液质量=1:12.5。
进一步,所述步骤(4)中固化时间为24h,固化温度25℃。
上述海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒在处理含磷废水中的应用。
上述海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒在处理偏弱酸性含磷废水中的应用。上述海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石除磷颗粒在实验应用中发现平衡时溶液pH稳定在5.8左右,因此适合处理偏弱酸性含磷废水。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明的原料铁、炭、麦饭石和海藻酸钠来源广泛,制备方法简单,经济快捷。
2、本发明的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒不仅能克服铁、炭、麦饭石单独作为载体填料时存在的易随水流迁移、铁粉容易团聚、铁碳填料前期除磷作用缓慢等的弊端,还能充分发挥电化学、物理吸附作用、化学絮凝沉淀等多种作用从而达到除磷的目的。
3、本发明的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒无需添加造孔剂,也无需高温焙烧,制备方法简便,成本较低。
4、本发明海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒具有较强吸附磷的能力,较好的去除率和较高的吸附容量。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒;
图2为本发明制备的高效除磷颗粒的除磷性能图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例制备海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的具体步骤为:
(1)将木质活性炭粉碎、过筛,使其粒径小于≤150μm;
(2)配置10wt%氯化钙溶液200mL;
(3)配置2wt%海藻酸钠溶液100mL:将海藻酸钠加入到水中,搅匀后放入65℃烘箱中加热60min,连续搅拌至完全溶解;
(4)将8g混合均匀的单质铁、活性炭、麦饭石加入到步骤(3)的2wt%的海藻酸钠溶液中,混合均匀,形成混合液;上述单质铁、活性炭、麦饭石的质量比为2∶1∶1。
(5)使用注射器将步骤(4)中混合液逐滴滴入到步骤(2)的氯化钙溶液中,得到凝胶小球,25℃下静置固化24h;
(6)将固化好的凝胶小球滤出,得到凝胶小球,即海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒,形貌如图1所示。
实施例2
本实施例制备仅含海藻酸钠的凝胶小球的具体步骤为:
(1)配置10wt%氯化钙溶液200mL;
(2)配置2wt%海藻酸钠溶液100mL:将海藻酸钠加入到水中,搅匀后放入65℃烘箱中加热60min,连续搅拌至完全溶解;
(3)使用注射器将步骤(2)中海藻酸钠溶液逐滴滴入到步骤(1)的氯化钙溶液中,得到凝胶小球,25℃下静置固化24h;
(4)将固化好的凝胶小球滤出,得到凝胶小球。
实施例3
上述实施例1和实施例2制备的凝胶小球的除磷性能的评价
配制初始浓度为50mg/L的KH2PO4溶液模拟含磷废水,分别加入实施例1、2中制备的凝胶小球,在固液比为1:50的条件下,以150rpm的转速摇96h。
实验结束后测定磷的浓度,计算去除率和吸附量。
去除率计算公式:ŋ=(C0-Ce)*100 / C0。 式(1)
式(1)中ŋ-去除率(%);C0,Ce-处理前磷初始浓度和处理后磷的浓度(mg/L)。
吸附容量计算公式Qe=(C0-Ce)*V/m。 式(2)
式(2)中Qe-吸附容量,mg/g;C0,Ce-处理前磷初始浓度和处理后磷的浓度(mg/L);V-溶液体积,L;m-吸附剂的质量,g。
测定实验前模拟含磷废水PH在7左右,实验后模拟废水PH在5.8左右。
实验结果如图2所示,图中,A代表实施例1制备的凝胶小球的除磷曲线,B代表实施例2制备的海藻酸钠凝胶小球的除磷曲线。从图2中可以看出:(1)2wt%的海藻酸钠溶液成球效果较好;(2)最佳配方时,72h磷的去除率达到83.66%,吸附容量达到2.02mg/g。
以上所述仅为本发明优选的实施例而己,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒,其特征在于,该除磷颗粒包括麦饭石1~3g、活性炭1~3g、海藻酸钠1~4g、铁粉3~5g、去离子水290~310mL和氯化钙10~25g。
2.一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:
(1)将木质活性炭粉碎、过筛,使其粒径小于≤150μm;
(2)分别配置海藻酸钠溶液和氯化钙溶液;
(3)将铁、活性炭、麦饭石的混合物加入到海藻酸钠溶液中,连续搅拌数小时,混合均匀,得到混合液;
(4)使用注射器将步骤(3)的混合液逐滴滴入到氯化钙溶液中,得到凝胶小球,静置固化;
(5)将固化好的凝胶小球滤出,即可得海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒。
3.根据权利要求2所述的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中海藻酸钠溶液的浓度为1wt%~3wt%,氯化钙溶液的浓度为8wt%~11wt%。
4.根据权利要求2所述的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中铁、炭、麦饭石质量 : 海藻酸钠溶液质量=1:12.5。
5.根据权利要求2所述的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中固化时间为24h,固化温度25℃。
6.权利要求1至5任一项所述的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒在处理含磷废水中的应用。
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