申请日2016.09.30
公开(公告)日2017.02.15
IPC分类号B01J20/24; B01J20/30; C02F3/34
摘要
本发明提供一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭及其制备方法，包括以下步骤：将湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，浓缩脱水得到絮状污泥种泥;将絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭;将絮状污泥种泥研磨成污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，搅拌均匀，超声处理，加热活化处理，高温灼烧炭化，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭;将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。本发明制备方法简单，制备的污泥活性炭除磷效果优异。
权利要求书
1.一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭，其特征在于：所述富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭包括软锰矿和富含聚磷菌的污泥活性炭，所述软锰矿的主要成分为二氧化锰，所述富含聚磷菌的污泥活性炭为污水处理厂的湿污泥经接种制备形成，所述富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭中软锰矿的质量百分比为0.1-5%。
2.根据权利要求1所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭，其特征在于：所述富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为65-75%。
3.一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含水率为80-90%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到絮状污泥种泥;
(2)将步骤(1)制备的絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭;
(3)将步骤(1)制备的絮状污泥种泥研磨成污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，搅拌均匀，超声处理，加热活化处理，高温灼烧炭化，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭;
(4)将步骤(2)制备的富含聚磷菌的污泥活性炭与步骤(3)制备的二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
4.根据权利要求3所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，絮状污泥种泥的含水率为10-25%。
5.根据权利要求3所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为0.5-1mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为65-75%。
6.根据权利要求3所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，污泥粉末的粒径为150-250目。
7.根据权利要求3所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为1-6mol/L，稀硫酸的质量分数为20-30%。
8.根据权利要求3所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，超声的频率为15-25KHz，时间为1-2h。
9.根据权利要求3所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，加热活化处理的温度为80-130℃，时间为24-36h，高温灼烧炭化的温度为450-650℃，时间为1-3h。
10.根据权利要求3所述的一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭的质量比为1:0.8-1.5。
说明书
一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭及其制备方法
技术领域
本发明属于污泥活性炭材料技术领域，具体涉及一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭及其制备方法。
背景技术
随着科学技术和工业的迅速发展，给人们的生活带来便利的同时，也产生了大量的废水，废水的不合理排放对水体环境会造成巨大的危害。水体环境危害中水体富营养化问题尤为突出，水体富营养化是指水中的营养物质如氮磷等过量，发质水生态系统中物种分布失衡，单一物种如藻类等植物疯长，破坏了系统的物质和能力的流动，导致水质丧失了水体功能，不应影响了人们日常的用水安全，更对经济和社会的发展有着严重的负面影响。
活性炭吸附是吸附方法中最为绿色高效的方法，活性炭可以吸附废水中各种有毒有害物质，净化效率高、不产生为此污染，操作灵活性大，但是目前精华废水的活性炭价格相对较高，而且对磷的吸附容量低，吸附性能不稳定，也存在再生困难等确定。因此，由污泥作为原料制备的活性炭技能解决了城市污水厂剩余污泥的后续处理问题，带可以降低活性炭的生产成本，而且基于污泥活性炭的改性方面也较多。中国专利CN 102958084B公开的硝酸镍改性污泥活性炭的制备方法，将湿污泥干燥过筛得到的干污泥颗粒，然后经高温管式炉炭化得到污泥炭化料，将污泥炭化料经浓硝酸改性后浸渍与硝酸镍改性，搅拌，烘干，加热活化处理，冷却得到硝酸镍改性污泥活性炭，该污泥活性肽对硫元素有较好的脱除性。中国专利CN 104289180B公开的一种好氧硝化颗粒污泥活性炭吸附剂的制备及应用，将好氧硝化颗粒污泥干燥研磨过筛得到干污泥粉末，将干污泥封魔用氯化锌活化，放入管式炉中，在氮气作用下炭化，冷却，洗涤至中性，烘干，得到好氧硝化颗粒污泥活性炭，该污泥活性炭对水中的阳离子染料有很好的去除率。由上述现有技术可知，通过对污泥活性炭的改性可以提高污泥活性炭的选择吸附性能。本发明的申请人通过将聚磷菌和二氧化锰对污泥活性炭进行改性，提高污泥活性炭对磷元素的吸附能力，力求从生物和物理方面相配合，综合除磷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭，该污泥活性炭包括软锰矿和富含聚磷菌的污泥活性炭，将絮状污泥作为种泥，经乙酸和丙酸交替作为炭源，反应器运行制备得到富含聚磷菌的污泥活性炭，然后刚絮状污泥干燥粉碎后与软锰矿粉末混合，经氯化锌复合活化剂活化，再经炭化得到二氧化锰改性污泥活性炭，将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合得到产品。本发明制备方法简单，制备的污泥活性炭从生物和物理方面综合除磷，除磷效果显著。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭，所述富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭包括软锰矿和富含聚磷菌的污泥活性炭，所述软锰矿的主要成分为二氧化锰，所述富含聚磷菌的污泥活性炭为污水处理厂的湿污泥经接种制备形成，所述富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭中软锰矿的质量百分比为0.1-5%。
作为上述技术方案的优选，所述富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为65-75%。
本发明还提供一种富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含水率为80-90%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到絮状污泥种泥;
(2)将步骤(1)制备的絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭;
(3)将步骤(1)制备的絮状污泥种泥研磨成污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，搅拌均匀，超声处理，加热活化处理，高温灼烧炭化，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭;
(4)将步骤(2)制备的富含聚磷菌的污泥活性炭与步骤(3)制备的二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，絮状污泥种泥的含水率为10-25%。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为0.5-1mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为65-75%。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，污泥粉末的粒径为150-250目。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为1-6mol/L，稀硫酸的质量分数为20-30%。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，超声的频率为15-25KHz，时间为1-2h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，加热活化处理的温度为80-130℃，时间为24-36h，高温灼烧炭化的温度为450-650℃，时间为1-3h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭的质量比为1:0.8-1.5。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭中包括二氧化锰改性污泥活性炭，其中软锰矿的孔隙率高，表面具有明显的折皱状突起，比表面积大，因此可提供的活性吸附点位多，可以有效的实现污水除磷，除磷效果好，本发明制备的富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭中还包括富含聚磷菌的污泥活性炭，其中聚磷菌可以大量吸收水中溶解的磷酸盐，将吸收的大量的磷酸盐通过长链聚磷颗粒的形式存在于细胞内，达到污水中除磷的目的。此外，聚磷菌也会转移到软锰矿的孔隙中，进一步提高软锰矿的除磷效果，因此本发明制备的污泥活性炭从生物和物理两个方面进行除磷，除磷效果非常有益，且可控性强。
(2)本发明制备的富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭的原料来用污水处理厂废弃污泥，来源广泛，储量丰富，价格低廉，绿色经济，具有很强的市场应用前景。
(3)本发明制备的富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭与普通的污泥活性炭相比，磷的去除率非常高，活性炭的长时间作用稳定，吸附容量大，而且水体中的稳定性好，不会造成水体的二次污染。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将含水率为80%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到含水率为10%的絮状污泥种泥。
(2)将絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为0.5mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为65%。
(3)将絮状污泥种泥研磨成150目的污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，其中氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为1mol/L，稀硫酸的质量分数为20%，搅拌均匀，在15KHz下超声处理1h，在80℃下加热活化处理24h，在450℃下高温灼烧炭化1h，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭，其中软锰矿的质量百分比为0.1%。
(4)质量比为1:0.8，将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
实施例2：
(1)将含水率为90%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到含水率为25%的絮状污泥种泥。
(2)将絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为1mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为75%。
(3)将絮状污泥种泥研磨成250目的污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，其中氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为6mol/L，稀硫酸的质量分数为30%，搅拌均匀，在25KHz下超声处理2h，在130℃下加热活化处理36h，在650℃下高温灼烧炭化3h，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭，其中软锰矿的质量百分比为5%。
(4)质量比为1:1.5，将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
实施例3：
(1)将含水率为85%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到含水率为15%的絮状污泥种泥。
(2)将絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为0.8mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为70%。
(3)将絮状污泥种泥研磨成200目的污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，其中氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为4mol/L，稀硫酸的质量分数为25%，搅拌均匀，在20KHz下超声处理1.5h，在100℃下加热活化处理30h，在500℃下高温灼烧炭化2h，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭，其中软锰矿的质量百分比为2%。
(4)质量比为1:1，将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
实施例4：
(1)将含水率为82%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到含水率为18%的絮状污泥种泥。
(2)将絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为0.9mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为72%。
(3)将絮状污泥种泥研磨成180目的污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，其中氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为4mol/L，稀硫酸的质量分数为23%，搅拌均匀，在18KHz下超声处理1.4h，在110℃下加热活化处理32h，在500℃下高温灼烧炭化2.5h，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭，其中软锰矿的质量百分比为2.5%。
(4)质量比为1:1.3，将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
实施例5：
(1)将含水率为90%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到含水率为20%的絮状污泥种泥。
(2)将絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为0.7mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为69%。
(3)将絮状污泥种泥研磨成200目的污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，其中氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为2mol/L，稀硫酸的质量分数为23%，搅拌均匀，在18KHz下超声处理1h，在100℃下加热活化处理36h，在600℃下高温灼烧炭化3h，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭，其中软锰矿的质量百分比为3.5%。
(4)质量比为1:1.2，将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
实施例6：
(1)将含水率为90%的污水处理厂的湿污泥中加入凝絮剂，充分搅拌，置于流化床浓缩脱水得到含水率为20%的絮状污泥种泥。
(2)将絮状污泥种泥置于反应器中，采用乙酸和丙酸交替作为炭源，运行，取出，研磨筛分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒径为0.9mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量为73%。
(3)将絮状污泥种泥研磨成200目的污泥粉末，加入软锰矿粉末，混合均匀，加入氯化锌复合活化剂，其中氯化锌复合活化剂中包括氯化锌、稀硫酸和水，氯化锌的浓度为5mol/L，稀硫酸的质量分数为25%，搅拌均匀，在525KHz下超声处理15h，在5130℃下加热活化处理245h，在5650℃下高温灼烧炭化15h，冷却，水洗至中性，干燥研磨筛分，得到二氧化锰改性污泥活性炭，其中软锰矿的质量百分比为3.5%。
(4)质量比为1:1.5，将富含聚磷菌的污泥活性炭与二氧化锰改性污泥活性炭混合均匀，得到富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭。
经检测，实施例1-6制备的富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭与未改性的污泥活性炭、二氧化锰改性污泥活性炭和富含聚磷菌的污泥活性炭对磷溶液的去除结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的富含聚磷菌的二氧化锰改性污泥活性炭对磷的去除率非常好，远优于未改性的污泥活性炭，也高于二氧化锰改性污泥活性炭和富含聚磷菌的污泥活性炭。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。