申请日2016.03.08
公开(公告)日2016.08.03
IPC分类号C04B38/06; C04B33/135; C04B33/132
摘要
本发明提供一种用于中低浓度氨氮废水处理的污泥陶粒的制备方法：用3%~6%的NaOH溶液在20~30℃下浸泡粉煤灰3~4天后，用去离子水洗净后于100~110℃烘干;将剩余污泥、粘土于100~110℃烘干;上述三种原材料干燥后粉碎、过筛备用;取经过上述预处理的质量比为30%~60%的粉煤灰、30%~60%的剩余污泥、10%的粘土进行充分混合，得干料;向上述干料中加入适量去离子水后搅拌均匀，制成1~3mm的胚料，并放置于托盘中在110℃的烘箱中干燥到表面无水分;将烘干后的胚料放入马弗炉中加热至350℃~500℃，预热10~40分钟，再升温至800℃~1100℃烧制10~25分钟，于炉中冷却至180~200℃时取出，即得污泥陶粒。本发明方法制备的污泥陶粒价格低廉、经济高效、环境友好，适合于中低浓度氨氮废水的处理。
权利要求书
1.一种用于中低浓度氨氮废水处理的污泥陶粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原材料预处理：用质量百分比为3%～6%的NaOH溶液在20～30℃下浸泡粉煤灰3～4天后，用去离子水洗净，置于电热恒温干燥箱于100～110℃烘干;将取自城市污水厂脱水车间的剩余污泥于100～110℃烘干，将粘土在100～110℃下烘干;上述三种原材料干燥后经粉碎机粉碎，过100目筛备用;
2)原材料混合：取经过预处理的质量比为30%～60%的粉煤灰、30%～60%的剩余污泥、10%的粘土进行充分混合，得干料;
3)造粒：向上述干料中加入适量去离子水后搅拌均匀，制成1～3mm的胚料，并放置于托盘中在110℃的烘箱中干燥到表面无水分;
4)烧制：将烘干后的胚料放入马弗炉中加热至350℃～500℃，预热10～40分钟，再升温至800℃～1100℃烧制10～25分钟，于炉中冷却至180～200℃时取出，即得污泥陶粒。
2.根据权利要求1所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，取质量比为30%的粉煤灰、60%的剩余污泥、10%的粘土进行充分混合，得干料。
3.根据权利要求1或2所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，将烘干后的胚料放入马弗炉中加热至350℃，预热30分钟，再升温至800℃烧制10分钟，于炉中冷却至180～200℃时取出，即得污泥陶粒。
4.一种根据权利要求1所述方法制备的污泥陶粒的再生方法，其特征在于：采用有机玻璃圆柱型淋洗装置，装置内装填吸附氨氮达到饱和的污泥陶粒，淋洗过程中使用的洗脱液为自来水，水流以流速为0.531mL/s上进下出进行淋洗，每隔一定的时间间隔在下端出水口收集淋出液，用纳氏试剂比色法测定水样中的氨氮含量。
说明书
一种用于中低浓度氨氮废水处理的污泥陶粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种能用于中低浓度氨氮废水处理的污泥陶粒的制备方法，属于废物资源化利用及污水处理领域。
背景技术
氨氮，指以游离氨(或称非离子氨NH3，)或离子氨(NH4+)形态存在的氮。氨氮主要来源于人和动物的排泄物、雨水径流、农用化肥的流失以及石化、冶金、煤气、焦化等工业废水[1]。氨氮废水的大量排放带来的危害首先是过量消耗水中溶解氧，导致鱼类等水生生物缺氧死亡，同时造成水体富营养化现象;其次，氨氮氧化产物亚硝酸盐氮具有毒性，容易引起动物的肝、脾和肾脏的功能不全，血液的供氧能力逐渐丧失，感染多种疾病。为了减轻水体污染，保护生态环境，国家要求含氨氮废水必需达到《污水综合排放标准》(GB8978—2002)(氨氮一级排放标准≤15mg/L，二级排放标准为≤25mg/L)后才可排放。
目前，氨氮废水的处理方法主要有以下几种：生物法、离子交换吸附法、化学沉淀法、膜分离法、湿式氧化法、折点氯化法、吹脱及汽提法、电化学法等[2]。每种方法都有其优缺点和适用条件，要根据废水具体情况进行综合分析，确定出合适的处理方法或者采取几种方法相结合的形式。一般来说，对于高浓度氨氮废水(氨氮浓度大于500mg/L)，常用处理方法有：吹脱法+生物法，吹脱法+折点加氯，化学沉淀法+生物法等。对于中低浓度的氨氮废水(低浓度是指氨氮浓度小于50mg/L，中浓度是指氨氮浓度50-500mg/L)，常用方法有：离子交换吸附法，生物脱氮法等。
比如人工湿地污水处理系统中，除氮的主要机制为微生物的硝化-反硝化作用，但由于人工湿地内部DO不足，使得硝化作用不能充分进行，导致氨氮不能转化为硝态氮，致使脱氮效率下降。目前类似人工湿地这种因基质缺氧甚至厌氧而造成用生物法无法达到良好的脱氮效果的工艺还有厌氧、缺氧生物滤池等。所以，吸附法处理中低浓度氨氮废水在近几年受到越来越多的关注。
目前，能用于氨氮吸附的材料主要有：沸石、活性炭、蒙脱土、煤渣、氧化铝、硅胶、硅藻土、高岭土、麦饭石和离子交换树脂等。多数研究表明：这些物质吸附氨氮的机制是离子交换[3]。一些对沸石吸附低浓度氨氮废水的研究[4-9]表明：无论天然沸石还是改性沸石，即使水中存在有钙镁等干扰阳离子，沸石对低浓度氨氮仍具有很好的选择吸附性能。吸附法去除氨氮具有工艺简单，操作方便的优点，缺点是吸附材料交换容量有限，比表面积不够大，解吸过程频繁，同时也会耗费我国沸石等矿物的储量资源。因此，开发吸附效果优良、价格低廉、易于回收氨氮的氨氮吸附材料迫在眉睫。
基于此，本发明试图利用粉煤灰、城市污水厂剩余污泥等废弃资源为主要原料制备出具有氨氮吸附能力的污泥陶粒，作为吸附剂应用于中低浓度氨氮废水的处理。
粉煤灰是燃煤火力发电厂从烟道中排出的一种工业废渣，是磨成一定细度的煤粉在煤粉炉中燃烧(1100～1500℃)后由除尘器收集的细灰，是工业“三废”之一。粉煤灰若不加以妥善的处置，将会造成诸多方面的危害，如形成大气污染或其在被利用过程中对环境造成后期影响。因此，如何安全有效利用粉煤灰成为了目前亟待解决的一个问题[10]。
粉煤灰的化学组成类似沸石的矿物组成，具有较大的比表面积和固体吸附剂性能[11，12]。有研究表明[13，14]，采用碱性溶液在一定温度下混合对粉煤灰改性，改性后的粉煤灰可大大提高吸附性能及其对废水的脱氮功能。
在关注粉煤灰综合利用的同时，另一种废弃物——剩余污泥的资源化利用也开始引起科技工作者高度的重视。随着我国社会经济和城市化的快速发展，城市污水处理厂的规模、处理程度日益扩大。在处理污水的同时产生了大量的剩余污泥，剩余污泥产量大约为处理水体积的0.15%～1%[15]。尽管含有N、P等营养元素，但通常也会含有大量的有毒有害物质。若不经妥善处理，随意置放，会造成二次污染。国内常用的污泥处理技术有污泥浓缩、污泥调理、厌氧消化、脱水、堆肥等[16]。对污泥进行无害化和资源化处理，变废为宝，以废治废，符合社会和经济的可持续发展要求，具有极其重要的意义。
本发明阐述了利用粉煤灰、污水厂剩余污泥等废弃资源为主要原料制备污泥陶粒的方法，经过特殊预处理，该污泥陶粒具有氨氮吸附功能，能作为吸附剂应用于中低浓度氨氮废水的处理。本发明的污泥陶粒吸附氨氮效率高，成本低，还可实现以废治废、变废为宝的废弃物资源化利用的目标
