申请日2015.01.29
公开(公告)日2015.05.06
IPC分类号B01J20/20; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及含磷污水处理领域，具体涉及一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，为了解决含磷水体中含磷化合物的净化问题，提供一种可以吸附富营养化水体中含磷化合物、改善水质的吸附材料。包括以下步骤：研磨、制粒、烘焙，本发明添加膨润土为原料是作为黏合剂，且膨润土本身也可以利用自身孔隙具有一定吸附的能力，同时利用淀粉高温碳化这一特点，增强烧制材料的孔隙度，通过对水厂铝污泥研磨、加入其他原材料混合、烘干制粒、高温烘焙等技术手段，保证其高效吸附水体中含磷化合物的同时，能达到最佳吸附效果。相比其他水体除磷方法，本品所用原料简单易得，价格低廉，制作原理简单，具有成本低、操作简单、环保等优势，具有较大推广前景。
权利要求书
1.一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、研磨
将铝污泥研磨、过筛;
2)、制粒
将步骤1)研磨、过筛后的铝污泥、黏合剂以及淀粉按照质量比为(75-90): (5-20):5混合后制成粒径为0.5-1.5mm的铝污泥颗粒，得到的铝污泥颗粒干燥;
3)、烘焙
将步骤2)烘干后的铝污泥颗粒在300℃-1000℃下烘焙8-20min，得到除磷 的高温改性铝污泥。
2.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：所述的黏合剂为膨润土或高岭土。
3.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：所述的烘焙温度为500℃～700℃。
4.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：所述的过筛为过100目筛。
5.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：所述的淀粉为实验室用可溶性淀粉。
6.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：所述的研磨在球磨机中进行。
7.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：所述的铝污泥、黏合剂以及淀粉按照质量比为90:5:5混合。
8.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：步骤1)中的铝污泥通过将自来水厂脱水铝污泥使用含铝絮凝剂处理给水 获得。
9.根据权利要求1所述的一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法，其特征 在于：步骤2)中将铝污泥颗粒置于100℃-110℃恒温鼓风干燥箱中进行干燥。
说明书
一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法
技术领域
本发明涉及含磷污水处理领域，具体涉及一种除磷的高温改性铝污泥的制造方法。
背景技术
随着给水厂的数量不断增加，供水能力与日俱增，给水厂排出的污泥数量越来越多。自来水厂污泥主要来自沉淀池排泥水和滤池反冲洗排水。这些污泥如果不经处理直接排入水体，不但严重污染水体，而且浪费大量的水资源，自来水厂污泥处理工作势在必行。
现有的铝污泥处理方法有直接排放、城市污水处理厂处理、陆上埋弃、卫生填埋、海洋弃投、土地利用和焚烧处理等等。但是这些方法或多或少都会给环境带来一定程度的污染。当前大多数对铝污泥的处理方法，并没有将其作为一种资源加以利用。
另外，水体富营养化日趋严重，含磷化合物是罪魁祸首，而现在的除磷技术也有很多种，主要有三种方法：分别是化学除磷、生物除磷、物理除磷，其中化学除磷或化学辅助生物除磷应用比较广泛。化学除磷效率可靠，除磷控制过程相对简单，但是需要投加化学药剂，费用较高，并且处理过程中会产生大量污泥，处置费用较高。生物除磷依靠聚磷菌等微生物，对水体中的磷进行净化，作为污水处理厂对污水处理的一种工艺运行。生物除磷不需要投加额外的药剂，成本相对较低可利用污水处理过程中的其他工艺实现对氮及BOD的去除，但微生物对环境的敏感性较强，在运行过程中需要严格控制微生物生长条件，因此 限制了整个污水除磷过程及处理效果的稳定性。物理吸附主要依靠孔隙吸附，应用范围较小，并没有形成相关相对成熟的工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种能够吸附富营养化水体中含磷化合物、改善含磷水体中含磷化合物的除磷的高温改性铝污泥的制造方法。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：包括以下步骤：
1)、研磨
将铝污泥研磨、过筛;
2)、制粒
将步骤1)研磨、过筛后的铝污泥、黏合剂以及淀粉按照质量比为(75-90):(5-20):5混合后制成粒径为0.5-1.5mm的铝污泥颗粒，将得到的铝污泥颗粒置于100℃-110℃烘干至水分完全蒸发;
3)、烘焙
将步骤2)烘干后的铝污泥颗粒在300℃-1000℃下烘焙8-20min，得到除磷的高温改性铝污泥。
所述的黏合剂为膨润土或高岭土。
所述的烘焙温度为500℃～700℃。
所述的过筛为过100目筛。
所述的淀粉为实验室用可溶性淀粉。
所述的研磨在球磨机中进行。
所述的铝污泥、黏合剂以及淀粉按照质量比为90:5:5混合。
步骤1)中的铝污泥通过将自来水厂脱水铝污泥使用含铝絮凝剂处理给水获得。
步骤2)中使用恒温鼓风干燥箱对铝污泥进行干燥。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明将铝污泥研磨过筛后与黏合剂及淀粉混合并在高温下烘焙，由于黏合剂本身具有一定吸附的能力，且淀粉能够在高温下碳化，增强了高温改性铝污泥的孔隙度，高温改性后的铝污泥相较于原污泥粘合性强，孔隙度高，增加了污泥与含磷化合物接触的表面积，利于污泥对水中含磷化合物的去除，对磷的吸附效果更加理想，高效吸附了富营养化水体中的含磷化合物，起到了水质净化的作用，对水体环境有明显改善。本发明合理利用铝污泥，避免其他铝污泥处理方式诸如直接排放、城市污水处理厂处理、陆上埋弃、卫生填埋、海洋弃投和土地利用对环境造成的危害，节省水厂废弃物处理的成本，相比其他水体除磷方法，本发明所用原料简单易得，价格低廉，制作原理简单，具有成本低、操作简单、环保等优势，具有较大推广前景。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明包括以下步骤：
1)、研磨
将铝污泥研磨、过筛;
2)、制粒
将步骤1)研磨、过筛后的铝污泥、黏合剂以及淀粉按照质量比为(75-90):(5-20):5混合后制成粒径为0.5-1.5mm的铝污泥颗粒，将得到的铝污泥颗粒置 于100℃-110下℃烘干至水分完全蒸发;
3)、烘焙
将步骤2)烘干后的铝污泥颗粒在300℃-1000℃下烘焙8-20min，得到除磷的高温改性铝污泥。
实施例1：
1)、研磨
将水厂废弃脱水铝污泥使用含铝絮凝剂处理给水获得铝污泥，将得到的铝污泥在球磨机中进行研磨、过100目筛;
2)、制粒
将步骤1)研磨、过筛后的铝污泥、膨润土以及实验室用可溶性淀粉按照质量比为90:5:5混合后制成粒径为1.0mm的铝污泥颗粒，将得到的铝污泥颗粒置于105℃的恒温鼓风干燥箱中烘干至水分完全蒸发;
3)、烘焙
将步骤2)烘干后的铝污泥颗粒在700℃下烘20min，得到除磷的高温改性铝污泥。
实施例2：
1)、研磨
将水厂废弃脱水铝污泥使用含铝絮凝剂处理给水获得铝污泥，将得到的铝污泥在球磨机中进行研磨、过100目筛;
2)、制粒
将步骤1)研磨、过筛后的铝污泥、膨润土以及实验室用可溶性淀粉按照质量比为85:10:5混合后制成粒径为0.5mm的铝污泥颗粒，将得到的铝污泥颗粒 置于110℃的恒温鼓风干燥箱中烘干至水分完全蒸发;
3)、烘焙
将步骤2)烘干后的铝污泥颗粒在900℃下烘12min，得到除磷的高温改性铝污泥。
实施例3
1)、研磨
将水厂废弃脱水铝污泥使用含铝絮凝剂处理给水获得铝污泥，将得到的铝污泥在球磨机中进行研磨、过100目筛;
2)、制粒
将步骤1)研磨、过筛后的铝污泥、高岭土以及实验室用可溶性淀粉按照质量比为75:20:5混合后制成粒径为1.5mm的铝污泥颗粒，将得到的铝污泥颗粒置于100℃的恒温鼓风干燥箱中烘干至水分完全蒸发;
3)、烘焙
将步骤2)烘干后的铝污泥颗粒在1000℃下烘8min，得到除磷的高温改性铝污泥。
将铝污泥、膨润土、淀粉研磨过100目筛，并将铝污泥、膨润土、淀粉按不同质量比进行混合，制成1mm粒径的颗粒，在105℃下烘干2h，待水分完全蒸发，放置在不同温度下烘焙20min，得到不同配比污泥颗粒。
表格如下:
编号 配比(污泥：膨润土：淀粉) 烘焙温度/℃ 高温处理时间/min 1 90:5:5 700 10 2 85:10:5 900 12 3 75:20:5 1000 8
4 污泥 1000 10 5 污泥 400 30 6 厌氧环境污泥 1000 10
在烧杯中加入一定量的高温改性污泥和模拟污水。通过泥和水的充分接触，考察脱水污泥对水溶液中磷的去除效果，随后检测其对磷溶液吸附的能力。
分析结果得，当三者配比为90:5:5时，污泥颗粒在保持自身形态的同时，具有较高的吸附能力。
不同温度下烘焙的污泥对含磷模拟废水的去除
按照实施列1采用控制变量法，研究影响因子不同高温改性下，铝污泥处理含磷污水效果的影响。
通过对300℃-1000℃间不同温度下烘焙的16组污泥颗粒，分别与等量含磷溶液模拟废水，振荡吸附4小时后，采用钼锑抗分光光度法测定各组振荡吸附后溶液磷含量与原含磷模拟废水磷含量对比。实验结果表明(表格如下)，烘焙温度对磷的吸附有较强影响，温度过低或过高都会对污泥颗粒对磷的吸附产生不利影响。但同时发现当温度在500℃和700℃这两个温度间，吸附效果普遍较好，部分材料对磷的吸附率可达到99%以上。
实验结果表明污泥的高温改性对磷的吸附效果明显，当烘焙温度为500℃—700℃时吸附效果最佳，能够成为一种处理水中含磷化合物的新型材料。
本发明依据的原理：
Al-HO-H=Al-OH+H+ (1)
Al-Cl+HO-H=Al-OH+Cl-+H+ (2)
(Al)2SO4+2HO-H=2Al-OH+SO42-+2H+ (3)
Al-Humic+HO-H=Al-OH+Humic+H+ (4)
2Al-OH+H2PO4-=(Al)2HPO4+H2O+OH- (5)
2Al-Cl+H2PO4-=(Al)2HPO4+2Cl-+H+ (6)
(Al)2SO4+H2PO4-=(Al)2HPO4+SO42-+H+ (7)
2Al-Humic+H2PO4-=(Al)2HPO4+2Humic+H+ (8)
其中，Al-Humic为铝与腐植酸的结合物，Humic为腐植酸，铝与污泥中物质的结合物。由上述公式可以看出，脱水铝污泥表面具有大量的活性功能团，例如-OH，-Cl，-SO4和腐殖质，这些基团是铝污泥和磷酸盐进行表面配位体交换吸附的重要机制，也是利用铝污泥去除水体中磷元素的主要方式。
若能将脱水铝污泥作为吸附剂应用于吸附除磷技术中，一方面可以提供一种低价高效的吸附剂，另一方面也可以为脱水铝污泥提供一种新的资源化利用的处理方式。
江苏省南京科学研究院的研究(一种组合人工湿地系统，专利申请号CN201320859312)表明，可以利用脱水铝污泥作为人工湿地的填料，吸附污水 中的磷，达到去除污水中富营养化元素之一——磷的作用。国内胡静等人研究了脱水铝污泥对水中磷的等温吸附特征和动力学过程，发现脱水铝污泥对磷的吸附作用受脱水铝污泥粒径和初始溶液含量影响较大。且有试验结果表明，铝污泥不会对植物的正常生长造成影响。可见，脱水铝污泥是一种优良的吸附剂，能够很好的处理污水中的含磷化合物。