申请日2008.11.17
公开(公告)日2010.06.16
IPC分类号B01J20/12; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明公开了一种除磷脱氮吸附材料、其制备方法以及利用该吸附材料净化污水的方法，本发明吸附材料的制备方法包括步骤：使黏土矿物材料、有机改性剂和适量去离子水混合而对黏土矿物材料进行有机改性处理。本发明方法制备的吸附材料能够高效的脱除氮磷，其吸附容量高，去除效率高，抗水质变化冲击能力强，可以处理生化方法无法处理的污水，处理不产生污泥，处理费用低。
翻译权利要求书
1.一种用于除磷脱氮的吸附材料的制备方法，包括步骤：使黏土矿物材料、有机改性剂和适量去离子水混合，通过有机改性剂对黏土矿物材料进行有机改性处理。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的有机改性剂与黏土矿物材料的阳离子可交换容量的摩尔比为0.4-1.2∶1。
3.如权利要求2所述吸附材料的制备方法，其特征是所述的有机改性剂与黏土矿物材料的阳离子可交换容量的摩尔比为0.6-1.0∶1。
4.如权利要求1至3任一所述的制备方法，所述混合过程包括以下步骤：
(1)将黏土矿物材料、有机改性剂和适量去离子水混合并搅拌均匀，其中控制去离子水含量为混合物总重量的12-50%;
(2)将混合均匀的黏土矿物材料、有机改性剂和去离子水混合物于50-90℃下，搅拌反应1-60分钟;
(3)将反应后的混和料干燥，即得。
5.如权利要求1至3任一所述的吸附材料的制备方法，其特征是所述的黏土矿物材料选自膨润土、蒙脱石、伊利石、凹凸棒石、沸石、硅藻土和蛭石中的一种或多种;所述的有机改性剂选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种。
6.如权利要求5所述的吸附材料的制备方法，其特征是所述的阳离子表面活性剂选自氯化或溴化十二烷基三甲基铵、十四烷基二甲基苄基铵、十六烷基三甲基铵、十八烷基三甲基铵、二-十八烷基二甲基铵、十六烷基吡啶、十四烷基吡啶中的一种或多种;所述的阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、N-油酰基N-甲基牛磺酸钠中的一种或多种;所述的两性表面活性剂为邻苯二甲酸二乙酯;所述的非离子表面活性剂选自辛基酚聚氧乙烯醚、硬脂醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸脂中的一种或多种。
7.一种除磷脱氮吸附材料，其特征是按照如权利要求1-6任一所述的的制备方法制备而成。
8.一种利用如权利要求7所述吸附材料净化水体的方法，其特征是将吸附材料均匀喷撒于水体中，其中所述的吸附材料的用量为每平方米水域喷撒5-1200g的所述吸附材料。
9.一种利用如权利要求7所述吸附材料净化污水的方法，其特征是所述的吸附材料与污水接触而使吸附材料吸附污水中的磷和氮，其中所述吸附材料的用量为每升污水使用1000-1300g的所述吸附材料。
10.一种除磷除氮吸附材料，其特征是所述的吸附材料对含磷含氮污水的去除效果是：总磷去除率67%以上，总氮去除率37%以上。
说明书
吸附材料、其制备方法和利用该材料净化污水的方法
技术领域
本发明涉及一种固体吸附材料及其制备方法，特别涉及一种包含无机材料的脱氮除磷固体吸附材料及其制备方法，属环保领域。
背景技术
由于自然和人为因素的影响，排入江、河、湖、海的氮、磷等营养物质不断增加，水体氮磷超标，水体富营养化不断加剧，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，造成蓝藻或赤潮频繁爆发。藻类水华不仅导致水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡;而且还严重影响了国民的饮水安全，严重威胁着生态环境健康。
目前常用的除磷除氮工艺包括中和沉淀法、生物法和吸附法。
其中，中和沉淀法需要加入大量的石灰和混凝剂，产生大量难于处理的污泥，容易造成二次污染，并且难以彻底消除含氮、磷废水对环境的污染。生物法是常有的一种除磷除氮方法，在污水处理中普遍采用这种工艺，但是采用生物处理法脱除氮磷的工艺过程繁琐，操作处理过程复杂，运行稳定性差，受污水的温度、酸碱度等影响大，对废水中有机物浓度依赖性强，不耐冲击等，特别是当来水的可生化性较低时，很难满足处理要求，并且脱除氮和磷的效果较低，污水处理成本高。
公开号为CN1884151A的中国专利申请公开了一种污水除磷脱氮生物处理方法，系统由吸附池、沉淀池、再生池、选择池、除磷池、硝化池、反硝化池及水解酸化池组成，污水首先进入吸附池，与选择池的回流污泥混合;混合液从吸附池排出到沉淀池，实现泥水分离，上清液进入硝化池硝化，再进入反硝化池实现脱氮后排出;沉淀池部分污泥进入水解酸化池进行厌氧水解，水解酸化池上清液进入除磷池进行化学除磷;沉淀池另一部分污泥回流，进入选择池，选择池工作在厌氧环境;选择池排出的混合液进入再生池;除磷池排出的另一部分上清液进入反硝化池促进反硝化。该除磷脱氮处理方法操作处理复杂，受来水水质影响大，实用性差。
公开号为CN1715218A的中国专利申请公开了一种传统污水处理工艺脱氮除磷的工艺，在沉砂池末端或初沉池出水口或曝气池曝气段及其出口投加化学除磷剂，同时回流30%～60%活性污泥及部分剩余污泥至初沉池，使传统污水处理工艺具有生物-化学协同除磷功能;同时在二沉池末端串联曝气沸石生物滤池，利用沸石的吸附生物作用去除二沉池出水中的氨氮，并通过化学-生物协同再生作用使沸石保持稳定的吸附容量。该发明方法同样存在受待处理的污水水质的影响，耐水质的冲击性差，而且污水处理成本高。
吸附法也是目前一种常用的除磷除氮方法，其优点是受来水水质波动的影响小，耐冲击能力强，可以处理生化法无法处理的污水，可能同时除磷除氮，且处理精度高，但一般处理成本较高，吸附剂的吸附容量低。
公开号为CN1817438A的中国专利申请公开了一种用离子吸附型稀土制备污水除磷吸附剂的方法，将离子吸附型稀土矿与粘土按10∶0.5～4的重量比配制、造粒、在温度为500～800℃下，焙烧1～3小时，入反应器先用酸活化液循环活化4～8小时，然后用碱液调节活化液pH值为8～12，再循环活化处理4～8小时，再在温度为100～120℃下，干燥半小时，然后再以每分钟10-20℃的升温速率升温，最终温度为400～700℃下焙烧0.5～2小时，冷却后制得离子吸附型稀土吸附剂。该发明方法采用离子吸附型稀土矿为原料，制备成本高，制备吸附剂的工艺复杂，生产效率低。
公开号为CN1803274A的中国专利申请涉及一种污水脱氮除磷稀土吸附剂的制备方法，将粒度为60-100目的粉状沸石、硅藻土或氧化铝，在蒸馏水中浸泡15～30分钟，过滤后在100～430℃温度下烘干1～2小时，按照1∶40～60的固液重量比加入配制好的稀土氢氧化物溶液中，常温下搅拌45～60分钟，静置浸渍15～20小时，将溶液过滤，得到滤饼和滤液，滤饼经温度300～600℃，时间0.5～2小时焙烧后经筛分，得到孔径0.3nm～0.5nm的吸附剂。该吸附剂的制备过程中添加稀土氢氧化物溶液，生产成本高，吸附剂的制备工艺复杂，吸附剂的吸附容量低。
授权公告号为CN1210205C的中国专利公开了一种微波合成有机膨润土的方法，将表面活性剂按膨润土原土的阳离子交换容量的20-200%CEC溶于水中，其质量固液比范围在1∶5-1∶500，加入经干燥、过筛的膨润土原土，放入100-5000W微波功率的微波反应器，辐照10s-30min，过滤，洗去游离的表面活性剂，微波干燥，于60-120℃下烘干，烘干时间为30min-24hr，经研磨、过筛，得到有机膨润土。该发明方法采用微波方法合成有机膨润土，谐振腔式微波反应设备要求严格，工艺条件苛刻，而且该发明改性得到的有机膨润土主要用于染料废水的脱色处理。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的以上问题而提供一种除磷脱氮吸附材料、其制备方法以及利用该材料净化污水的方法，该吸附材料对氮磷的吸附容量大，去除氮磷的效率高，处理后不产生污泥，而且制备工艺简单，处理费用低。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种除磷脱氮吸附材料的制备方法，包括步骤：使黏土矿物材料、有机改性剂和适量去离子水混合，对黏土矿物材料进行有机改性处理。
其中，所述有机改性剂与黏土矿物材料的阳离子可交换容量的摩尔比为0.4-1.2∶1，优选为0.6-1.0∶1。
其中，所述混合过程包括如下步骤：
(1)将黏土矿物材料、有机改性剂和适量去离子水混合并搅拌均匀，其中控制去离子水含量为混合物总重量的12-50%;
(2)将混合均匀的黏土矿物材料、有机改性剂和去离子水混合物于50-90℃下，搅拌反应1-60min;
(3)将反应后的混和料干燥，即得。
特别是，步骤(1)中所述的去离子水含量为混合物总重量的20-40%;步骤(2)中反应的温度选择为60-70℃;反应时间选择为5-40min;步骤(3)中所述的干燥温度低于50℃，干燥的混合料含水量为8-10%。
其中，所述的黏土矿物材料为膨润土、蒙脱石、伊利石、凹凸棒石、沸石、硅藻土和蛭石中的一种或多种;所述的有机改性剂选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种。
特别是，所述的阳离子表面活性剂选自氯化或溴化十二烷基三甲基铵、十四烷基二甲基苄基铵、十六烷基三甲基铵、十八烷基三甲基铵、二-十八烷基二甲基铵、十六烷基吡啶、十四烷基吡啶中的一种或多种;
特别是，所述的阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、N-油酰基N-甲基牛磺酸钠中的一种或多种;所述的两性表面活性剂为邻苯二甲酸二乙酯;所述的非离子表面活性剂选自辛基酚聚氧乙烯醚(Triton X-100)、硬脂醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸脂中的一种或多种。
此外，还包括通过挤出机将反应后的混和料挤成条状物料后再进行干燥。
特别是，对干燥后的混合料进行粉碎并筛分，制得不同粒度范围的颗粒吸附材料。
本发明另一方面提供一种按照上述方法制备而成的除磷脱氮吸附材料。
本发明又一方面提供一种利用按照上述方法制备而成的除磷脱氮吸附材料净化水体的方法，包括将吸附材料均匀喷撒于水体中，其中所述的吸附材料的用量为每平方米水域喷撒5-1200g的所述吸附材料。
其中，所述水体是被蓝藻污染的水体;所述吸附材料的用量按照以水体表面蓝藻聚集层厚度为1cm计，每平方米水域喷撒5-1200g的所述吸附材料，优选每平方米水域喷撒800-950g。
本发明又一方面提供一种利用按照上述方法制备而成的除磷脱氮吸附材料净化污水的方法，使吸附材料与污水接触，吸附污水中的磷和氮，其中，所述吸附材料的用量为每升污水使用10-1500g的所述吸附材料。
其中，所述的吸附材料的用量优选为1000-1300g/L污水，最优用量为1200-1300/L污水。
其中，所述的吸附材料与污水的接触方式选择如下方式中的一种：
1)将吸附材料采用固定床式吸附装置固定，然后使污水流经装有所述吸附材料的固定床;
2)釜式处理装置
3)将吸附材料置于吸附柱内，然后使污水流经装有吸附材料的吸附柱。
本发明制备的脱氮除磷吸附材料具有如下优点：
1、本发明的吸附材料，经过有机改性后，黏土矿物材料表面由亲水性转变为疏水亲油性，含有氮或磷等元素的有机物通过分配原理或表面吸附，被有机改性黏土吸附，对氮磷的吸附容量大，去除效率高，总磷去除率达到67%以上，总氮去除率达到37%以上。
2、本发明的吸附材料吸附容量高，抗水质变化冲击能力强，可以处理生化法无法处理的污水，处理不产生污泥，处理费用低等。
3、本发明的吸附材料在污水处理过程中，可以采用多种使用方式，可以采用固定床式吸附装置，也可以使用釜式处理装置，或者其它已知的污水处理装置或方式;本发明制备的脱氮除磷吸附材料使用形态多样，可以是不同大小的颗粒形态，也可以是粉末形态。
4、本发明吸附材料的制备方法简单，原料来源广泛，工艺过程简单易行，工艺条件宽松，生产成本低，生产周期短，能耗低，利于技术的推广和使用。