申请日2018.05.24
公开(公告)日2018.11.02
IPC分类号B01J20/18; C01B39/02; C02F1/28; C02F101/16; C02F103/20
摘要
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种利用粉煤灰合成的沸石及其处理高浓度氨氮废水的方法，该沸石的制备方法包括预处理，预处理是指依次利用水洗和酸洗粉煤灰得到水洗‑酸洗粉煤灰;水洗是指将粉煤灰与纯水混合均匀，在15‑30℃下搅拌48h，固液分离，得到水洗粉煤灰;酸洗是指将水洗粉煤灰与2mol/L HCl溶液以1：9的体积混合，80℃下搅拌1h，然后固液分离，水洗、醇洗、干燥得到水洗‑酸洗粉煤灰。该沸石采用酸洗和水洗联用的预处理方式，使得沸石的氨氮去除率高于仅用酸洗预处理的沸石，远远高于仅用水洗预处理的沸石;与直接酸洗相比，降低了18.18%的盐酸使用量，降低了制备成本。
翻译权利要求书
1.一种利用粉煤灰合成的沸石，其特征在于，所述沸石的制备方法包括预处理，所述预处理是指依次利用水洗和酸洗粉煤灰得到水洗-酸洗粉煤灰。
2.如权利要求1所述的沸石，其特征在于，所述水洗是指将粉煤灰与纯水混合均匀，在15-30℃下搅拌48h，然后固液分离，得到水洗粉煤灰。
3.如权利要求2所述的沸石，其特征在于，所述酸洗是指将水洗粉煤灰与2mol/L HCl溶液以9:1的体积混合，80℃条件下搅拌1h，然后固液分离，水洗、醇洗、干燥得到水洗-酸洗粉煤灰。
4.如权利要求3所述的沸石，其特征在于，所述沸石的制备方法还包括晶化步骤和水热合成步骤，晶化步骤是指将水洗-酸洗粉煤灰与2M NaOH溶液在常温常压条件下搅拌12h，然后超声处理30～40min。优选的，2M NaOH溶液的加入量是6mL/g。
5.如权利要求2-4任一项所述的沸石，其特征在于，所述搅拌的搅拌转速为180r/min。
6.如权利要求2-4任一项所述的沸石，其特征在于，所述水热合成步骤是将超声后的混合溶液在95℃条件下反应48h得到合成沸石，水洗、醇洗、干燥、过筛得到沸石成品。
7.利用权利要求1-6任一项所述沸石处理高浓度氨氮废水的方法，其特征在于，所述方法包括物理吸附和生化处理两个步骤，所述物理吸附是向废水水中投加沸石，混合均匀后吸附反应。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，废水进水水质指标为pH 6-8、氨氮浓度100-600mg/L，TN:100-700,COD 200-4000mg/L,正磷酸10-60mg/L，TP 60-200mg/L。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述废水中沸石的投加量分别为10g/L，30g/L。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述吸附反应的时间为20分钟。
说明书
一种利用粉煤灰合成的沸石及其处理高浓度氨氮废水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种利用粉煤灰合成的沸石及其处理高浓度氨氮废水的方法。
背景技术
氨氮是导致水体富营养化的重要原因之一，因此，废水特别是高浓度氨氮废水处理中氮负荷的控制尤为关键。高浓度氨氮废水主要来自工业废水及养殖废水。根据《第一次全国污染源普查公告》(2010)，各类源水污染物排放量中氨氮为172.91万吨，总氮为472.89万吨。其中，工业废水每年氨氮产生量为201.67万吨，厂区排放后经城镇污水处理及工业废水集中处理设施削减后实际排入环境水体的污染物中氨氮为20.76万吨。农业源总氮排放量为270.46万吨，其中畜禽业总氮排放量为102.48万吨，占全部农业园总氮排放量的37.89%，是农业氮源污染的主要途径之一。此外，随着我国水处理出水的氨氮及总氮排放限值的日益严格，工业及畜禽养殖业等高氨氮废水愈发成为水环境氨氮负荷控制的重点。
目前，废水中氨氮高于500mg/L，一般采用吹脱法、汽提法。针对氨氮(50-500mg/L)的高浓度特种行业废水及畜禽养殖业废水，国内外采用的处理方法主要有两种：①物理化学法脱氮，包括磷酸铵镁沉淀法、折点加氯法、离子交换法和沸石吸附法等;②生物脱氮方法，包括A/O法、A2/O法、SBR法、BAF法等。物化方法因投资高，能耗大，运行费用昂贵，管理复杂、存在二次污染等局限，其工程应用受到不同程度的限制。生物硝化反硝化脱氮法广泛应用于废水处理领域，是目前国内废水脱氮处理采用的最为普遍的技术方法。
高浓度氨氮工业废水采用生化方法处理时，一方面，由于高氨氮废水缓冲能力差，需要补充大量碱度以维持体系的pH值，另一方面高浓度的游离氨会抑制微生物的活性，导致生物处理效率低下，是工业废水处理中的一大难点。此外，碳源不足进一步限制了反硝化过程，这导致传统的生物脱氨工艺用来处理高氨氮废水脱氮效果不佳，在工业废水处理过程中，出水氨氮浓度居高不下或处理效率欠稳定的情况普遍存在，单独使用生化处理方法很难使高浓度氨氮废水达标排放。高浓度氨氮工业废水进行生化处理时，通常需要对废水进行稀释等物化预处理，使其氨氮浓度在300mg·L-1以下甚至更低再进行后续的生物处理，这大幅增加了废水的总量。
发明内容
为解决上述问题本发明提供一种利用粉煤灰合成的沸石，该沸石能够高速吸附高浓度氨氮废水中N，且废水中磷酸根的对氨氮吸收的影响较小，保证高效率地吸附废水中的氨氮。
一种利用粉煤灰合成的沸石，其特征在于，所述沸石的制备方法包括预处理，所述预处理是指依次利用水洗和酸洗粉煤灰得到水洗-酸洗粉煤灰。
进一步的，所述水洗是指将粉煤灰与纯水混合均匀，在25℃条件下，搅拌48h，然后固液分离，得到水洗粉煤灰。
进一步的，所述酸洗是指将水洗粉煤灰与2mol/L HCl溶液以9:1的体积混合，80℃条件下搅拌1h，然后固液分离，水洗、醇洗、干燥得到水洗-酸洗粉煤灰。
进一步的，所述沸石的制备方法还包括晶化步骤和水热合成步骤，晶化步骤是指将水洗-酸洗粉煤灰与2M NaOH溶液在常温常压条件下搅拌晶化12h，然后将晶化后的混合溶液超声处理30～40min。优选的，2M NaOH溶液的加入量是6mL/g。
进一步，所述搅拌的搅拌转速为180r/min。
进一步的，所述水热合成步骤是将超声后的混合溶液在95℃条件下反应48h得到合成沸石，水洗、醇洗、干燥、过筛得到沸石成品。
本发明还提供一种利用上述沸石处理高浓度氨氮废水的方法，其特征在于，所述方法包括物理吸附和生化处理两个步骤，所述物理吸附是向废水水中投加沸石，混合均匀后吸附反应。
进一步的，所述废水进水水质指标为pH6-8、氨氮浓度100-600mg/L，TN(总氮):100-700,COD(化学需氧量)200-4000mg/L,正磷酸10-60mg/L，TP(总磷)60-200mg/L。
进一步的，所述沸石的投加量分别为10g/L，30g/L。
进一步的，所述吸附反应的时间为20分钟。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的沸石，采用水洗和酸洗联用的预处理方式对粉煤灰进行预处理后，进行合成沸石的制备。使得沸石的氨氮去除率高于仅用酸洗预处理粉煤灰合成的沸石，且远远高于仅用水洗预处理粉煤灰何合成沸石;同时，水洗-酸洗联用的预处理方式，与直接酸洗相比，降低了18.18%的盐酸使用量，降低了制备成本;
2.本发明提供的沸石的吸附速率较快，能够在前20分钟完成吸附反应，有利于提高废水处理效率，沸石在准二级动力学模型中，得到的t0.5值分别为12.01min，8.83min，6.75min，5.87min。
3.本发明提供的沸石，在处理过程中，磷酸盐等共存离子对其氨氮去除效果无明显影响，当废水初始浓度20-500mg/L，P/N由0.1升至1时，磷酸盐的存在减弱合成沸石对氨氮的吸附能力，但这种影响微弱，最高氮去除率仅仅下降了6.87%;当采用沸石处理高氨氮废水时，沸石吸附氨氮的效率受其他离子影响小，有利于氨氮的快速去除，以便进入下一步的生化处理。
4.本发明采用粉煤灰合成沸石，既实现粉煤灰的资源化利用，又同时去除废水中的氨氮，以废治废，对高氨氮废水的生化处理及缓解水体的富营养化意义重大
5.针对氨氮浓度为584mg/L的养猪场综合进水，在投加量为10～60g/L时，氨氮实际去除率为21.64%～64.34%。当粉煤灰合成沸石投加量为60g/L时，氨氮吸附去除率高达64.34%，能够极大降低养猪场废水后续生化处理中高浓度氨氮对微生物活性的抑制。
6.针对氨氮浓度为189mg/L的生化单元出水，当沸石投加量为10～30g/L时，去除率为61.88%～75.61%。出水氨氮浓度为46.10～72.0mg/L，低于GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》中出水NH4+浓度限值(80mg/L)。采优化制备的粉煤灰合成废水进行养猪场高氨氮废水的处理具有良好的可行性，能够避免直接进行好氧处理曝气耗能成本的增高，保障了出水的达标排放。