CN1669632A - 活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法 - Google Patents

活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法，将粉煤灰与碱性活化剂在高速混合机中混合均匀后投入焙烧炉中焙烧活化，再将焙烧后冷却的物料投入耐酸反应罐中，添加酸改性剂并加热反应，将反应后的物料烘干磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂。本发明利用工业废弃物粉煤灰为原料，借助低成本的活化剂和改性剂，将粉煤灰中具有磷吸附潜力的物质大量溶出，制得的吸附剂具有极大的除磷效能。

Description

活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法，是一种以工业废弃物粉煤灰为原料的用于去除水中磷的吸附剂的制备方法，属于水处理技术领域。
背景技术
近年来，由于水体中的氮磷等营养物质过多而引发的湖泊、河流富营养化污染已成为我国面临的重大环境问题。科学研究表明，当湖泊水库等缓流水体中的总磷含量超过0.02mg/L时就可能爆发蓝绿藻水华。目前国内外大都采用生物法或物化法除磷。采用生物除磷法时需要对常规的二级城市污水处理厂进行大规模的改造，建设成本和运行成本大大增加。采用物化法时虽然无须改建，可在污水厂的初沉池或者二沉池直接投加化学药剂或磷吸附剂，但是到目前为止，所选用的药剂大都为常规的铝盐或铁盐和活性氧化铝铁等吸附剂，其投药成本过高，去除效果有限。
另一方面，伴随着我国经济的迅速发展，能源需求猛增。煤炭在我国的能源结构中一直占据主体地位。粉煤灰是煤炭燃烧过程中产生的工业废弃物，平均每年我国发电厂产生的粉煤灰总量在一亿吨以上。目前，粉煤灰的处置方式以贮灰场堆放为主。据测算，一般电厂的大型贮灰场的建设费用都在1亿元上下，而且还占用了大量的土地，并对环境产生巨大的潜在危害。在我国，粉煤灰的综合利用率仅为40％左右，基本都应用于建筑业，以生产粉煤灰砖、粉煤灰陶粒等轻质建材，和混凝土、砂浆中的掺合剂为主。但此类粉煤灰产品的生产成本高，附加值低，不利于广泛推广。因此，为解决粉煤灰的综合利用问题，迫切需要找到能提高粉煤灰产品附加值，且工艺成本低廉的新用途。
国内外的众多研究发现，粉煤灰可替代化学药剂，投加于污水中除磷。相关文献如：1、改性粉煤灰去除抗生素废水中的磷和色度.中国给水排水.2002.18(10).49-51。2、粉煤灰处理含磷废水的研究.上海环境科学.2000.19(1).33-34。利用粉煤灰除磷，以废治废，成本低廉，适合我国国情。尽管普遍认为粉煤灰的最大磷吸附容量达到20g/kg左右，但对于成分复杂，磷浓度为2-5mg/L的实际生活污水而言，粉煤灰的除磷能力仅能发挥5-10％左右，从而大大增加了单位污水中粉煤灰的投加量。实践证明，要想获得60％以上的去除效率，常规粉煤灰的投加量必须达到2g/L以上，而二级污水处理厂曝气池中活性污泥的含量也仅仅为2g/L。如此之高的投加量造成以下三大问题：1.灰分过多，灰水分离困难，导致出水中固体悬浮物-SS严重超标；2.粉煤灰中含大量的游离态氧化钙，氧化钙与水发生化学反应后生成氢氧化钙，从而提升碱度，实际研究表明，投加量为2g/L时污水中pH值显著升高到10，超出国家二级污水排放标准；3.产泥量过大，污泥处理处置难度大。因此有必要对粉煤灰进行活化和改性，以充分发挥粉煤灰的除磷效能，大幅度提高其单位重量份的磷处理量，从而大大降低实际工程应用时的投加量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的技术的不足，提供一种活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法，具有方法简便、生产成本低、制备的吸附剂具有单位重量份磷处理量大的特点。
为实现这样的目的，本发明利用工业废弃物粉煤灰为原料，将粉煤灰与碱性活化剂在高速混合机中混合均匀后投入焙烧炉中焙烧活化，再将焙烧后冷却的物料投入耐酸反应罐中，添加酸改性剂并加热反应，将反应后的物料烘干磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂。本发明借助低成本的活化剂和改性剂将粉煤灰中具有磷吸附潜力的物质大量溶出，制得的吸附剂具有极大的除磷效能。
本发明活性粉煤灰磷吸附剂的组成和用量(重量份)如下：
粉煤灰：100，活化剂：20-100，改性剂：50
本发明所用的活化剂为硅酸钠，硅酸钙，碳酸钙，碳酸钠等，改性剂为按重量百分比计5-10％盐酸，5-30％硫酸，5-10％硝酸等酸液。
本发明活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法如下：
1、将重量份为100份的粉煤灰与20-100份的活化剂在高速混合机中混合均匀。
2、将混合物投入中温焙烧炉中焙烧活化。焙烧温度在600℃-1000℃，焙烧时间1-4小时。将焙烧活化后的物料取出并冷却。
3、将冷却后的物料投入耐酸反应罐中，添加重量份为50份的酸改性剂并加热到60℃，反应4-10小时。
4、将反应后的物料取出，烘干后磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂。
本发明的创新之处在于借助低成本的活化剂和改性剂将粉煤灰中具有磷吸附潜力的物质大量溶出，最大限度地发挥出粉煤灰的除磷潜力。如粉煤灰中原本含有大量的玻璃微珠体，但经过以上工艺处理后，玻璃微珠体受侵蚀后出现许多孔穴，极大地增加了玻璃微珠的比表面积，提高了玻璃微珠自身的物化吸磷能力；再如粉煤灰中还含有大量的氧化铝、氧化铁，经过以上工艺处理后会溶出铝离子、铁离子，可以与磷酸盐直接作用生成磷酸铝、磷酸铁沉淀。
本发明的优点和积极作用具体体现在：1.针对实际污水的单位重量磷吸附量达到每公斤粉煤灰10克磷到每公斤粉煤灰30克磷，为普通粉煤灰的10倍以上，若实际生活污水的含磷量为3mg/L，要获得70％以上的去除率，所需粉煤灰投加量为2-5g/L左右，而所需的活性粉煤灰吸附剂投加量仅为50-100mg/L，从而大大降低实际工程应用时的投加量，同时解决了由于投加量过高而带来的一系列问题。2.该吸附剂投入污水中吸磷极快，一分钟以内就能达到90％以上的效果。3.该吸附剂投入水中后呈中性，有效pH范围很宽，在4-11之间。4.采用来源广泛，供应稳定的工业废弃物粉煤灰为原料，其生产成本远低于常用的铝盐，铁盐以及活性氧化铝等药剂，适合我国国情。5.再生利用了资源，有效地解决了粉煤灰的处置问题。处理污水后生成的污泥中磷含量极高，可直接回收磷，也可用于土壤改良。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。本发明的实施不限于以下实施例。
实施例1
原料采用上海某电厂粉煤灰，将10公斤粉煤灰与2公斤硅酸钠在高速混合机中混合均匀。混合物投入中温焙烧炉中在600℃焙烧活化，焙烧时间1小时。将焙烧活化后的物料取出并冷却后投入耐酸反应罐中，添加5L5％盐酸并加热到60℃，反应4小时。反应后生成物料，将该物料烘干后磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂产品共11.2公斤。
利用上述工艺制成的磷吸附剂进行生活污水除磷实验。生活污水取自上海莘庄水质净化厂，原水磷含量为2.9mg/L，pH为7.1。取1克磷吸附剂投入10L该生活污水中，快速搅拌1分钟，静置沉淀2分钟。处理后水中pH为7.0，磷浓度为1.3mg/L，磷去除率为55.2％，磷吸附量为16mg/kg。
实施例2
原料采用上海某电厂粉煤灰，将10公斤粉煤灰与10公斤硅酸钙在高速混合机中混合均匀。混合物投入中温焙烧炉中在1000℃焙烧活化，焙烧时间4小时。将焙烧活化后的物料取出并冷却后投入耐酸反应罐中，添加5L10％硫酸并加热到60℃，反应10小时。反应后生成物料，将该物料烘干后磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂产品共19.7公斤。
利用上述工艺制成的磷吸附剂进行生活污水除磷实验。生活污水取自上海莘庄水质净化厂，原水磷含量为2.9mg/L，pH为7.1。取1克磷吸附剂投入10L该生活污水中，快速搅拌1分钟，静置沉淀2分钟。处理后水中pH为6.9，磷浓度为0.2mg/L，磷去除率为93％，磷吸附量为27mg/kg。
实施例3
原料采用上海某电厂粉煤灰，将10公斤粉煤灰与3公斤碳酸钙在高速混合机中混合均匀。混合物投入中温焙烧炉中在700℃焙烧活化，焙烧时间2小时。将焙烧活化后的物料取出并冷却后投入耐酸反应罐中，添加5L7％硝酸并加热到60℃，反应6小时。反应后生成物料，将该物料烘干后磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂产品共12.6公斤。
利用上述工艺制成的磷吸附剂进行生活污水除磷实验。生活污水取自上海莘庄水质净化厂，原水磷含量为2.9mg/L，pH为7.1。取1克磷吸附剂投入10L该生活污水中，快速搅拌1分钟，静置沉淀2分钟。处理后水中pH为6.9，磷浓度为0.6mg/L，磷去除率为79.3％，磷吸附量为23mg/kg。
实施例4
原料采用上海某电厂粉煤灰，将10公斤粉煤灰与4公斤碳酸钠在高速混合机中混合均匀。混合物投入中温焙烧炉中在700℃焙烧活化，焙烧时间3小时。将焙烧活化后的物料取出并冷却后投入耐酸反应罐中，添加5L7％盐酸并加热到60℃，反应7小时。反应后生成物料，将该物料烘干后磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂产品共13.5公斤。
利用上述工艺制成的磷吸附剂进行生活污水除磷实验。生活污水取自上海莘庄水质净化厂，原水磷含量为2.9mg/L，pH为7.1。取1克磷吸附剂投入10L该生活污水中，快速搅拌1分钟，静置沉淀2分钟。处理后水中pH为6.8，磷浓度为1.3mg/L，磷去除率为55.2％，磷吸附量为16mg/kg。

Claims (3)

1、一种活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法，其特征在于将重量份为100份的粉煤灰与20-100份的碱性活化剂在高速混合机中混合均匀，然后将混合物投入焙烧炉中焙烧活化，焙烧温度600℃-1000℃，焙烧1-4小时后将物料取出并冷却，再将冷却后的物料投入耐酸反应罐中，添加重量份为50份的酸改性剂并加热到60℃，反应4-10小时，反应后将物料取出，烘干后磨细即制成粉末状高活性的磷吸附剂。
2、根据权利要求1的活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法，其特征在于所述碱性活化剂为硅酸钠，硅酸钙，碳酸钙或碳酸钠。
3、根据权利要求1的活性粉煤灰磷吸附剂的制备方法，其特征在于所述酸改性剂为按重量百分比计5-10％盐酸、5-30％硫酸或5-10％硝酸。
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