用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法及其產品的製作方法

2023-07-13 22:30:31

專利名稱：用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法及其產品的製作方法
技術領域：
本發明屬於環保技術領域，具體涉及一種用於去除汙染水體中磷 的汙泥顆粒的製備方法及其產品。
背景技術：
磷廣泛存在於地表水及城市生活汙水中，是導致湖泊、水庫等水 體產生藻類富營養化的主要因素，汙水中磷的處理已經成為環境研究 領域的熱點課題之一。現有的水體中磷去除方法還存在著工藝成本 高，處理效率低等幾個關鍵的科學技術難題，使其在工業上的廣泛應 用受到極大制約。
對汙水中磷去除方法的研究始終是國內外水汙染淨化處理研究 的前沿領域，主要使用的方法為物化法和生物法。物化法機理可歸納 為吸附作用、離子交換以及化學沉澱，單純的物化方法運行費用較高， 原材料、化學藥劑用量較大；生物法採用硝化/反硝化細菌和聚磷菌 對汙水中存在的氮磷分步或同步去除(如SBR、 Phostrip、 Barde叩ho 以及A-A-O工藝等)，單純的生物法工藝去除氮磷(特別是除磷)效 果不穩定，受外界條件變化影響較大。
為應對水源汙染的加劇，飲用水廠處理中普遍採用增加混凝劑 (硫酸鋁、氯化鋁等)及其助凝劑(活化矽酸、聚丙烯醯銨等)投加 量等手段提高有機物和濁度等水質指標的去除效率，硫酸鋁等混凝劑 投加到水體中後，Al3+可迅速水解生成多種高聚物和低聚物，如 [Al (H20) 50H]2+、 [Al(H20)40H2]+、 [A16(0H) 15]3+、 [A18(0H)2。]4， Al (0H)3等。通過沉降作用使得汙泥中含有大量鋁的各種形態結構，這些物質 對水中磷化合物具有高效吸附作用。不同的飲用水處理工藝，汙泥組 成成分有所不同，但其主要成分性質是相對穩定的，對某飲用水廠產
生的汙泥主要化學組成進行分析，汙泥中鋁及其複合結構(以A1203 計)為最主要成分，含量佔總汙泥乾重的50%以上，對其再利用方 法進行研究具有巨大的價值。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種用於去除汙染水體中 磷的汙泥顆粒的製備方法，以飲用水廠汙泥為基體材料，應用於地表 水中磷的去除或者用於汙水廠對磷進行深度處理，不僅在受磷汙染水 體整治方面獲得較大突破，而且為飲用水廠汙泥的再利用提供了新的 出路。
本發明所要解決的另一技術問題在於提供上述製備方法所獲得 的用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒產品。
本發明解決上述技術問題所採取的技術方案是 一種用於去除汙 染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法，包括下述步驟
第一步以飲用水廠沉澱池含水率為60 75%的含水汙泥為基體 材料，在製備容器中，含水汙泥中加入木質素，用量為0.5 lkg木 質素/1000kg含水汙泥，快速攪拌充分混合1. 5 2小時，木質素的 具體用量可以為0.5， 0.6， 0.7， 0.8， 0. 9或lkg木質素/1000kg含 水汙泥；
第二步第一步混合後的汙泥中先加入固體陰離子型聚丙烯醯
胺，用量為10 15kg/1000kg含水汙泥，聚丙烯醯胺的具體用量可以 為10， 11， 12， 13， 14或15kg/1000kg含水汙泥;然後，再加入氯化鋁、硫酸鋁和矽酸鋁，用量均為0.5 lkg/1000kg含水汙泥，固體 鹽(氯化鋁、硫酸鋁和矽酸鋁)的用量均可以為0. 5， 0. 6， 0. 7, 0. 8,
0、 9或lkg/1000kg含水汙泥，最後，慢速攪拌充分混合3. 5 4小時， 製得混合汙泥；
第三步混合汙泥進行脫水處理，可採用脫水機或者自然風乾的 方式，脫水至含固率為98 99%，形成固化顆粒，此時的汙泥固化顆 粒具有較好的硬度並富含所需的離子；
第四步將脫水後的固化顆粒進行慢慢敲打，使其粉碎後篩分， 篩分孔徑為1.0 1.2mm，收集篩分後的顆粒汙泥即為顆粒汙泥產品。
本發明基於磷去除的基本原理，利用飲用水處理過程中產生的廢 棄汙泥，重新製備成複合顆粒汙泥治理汙水中磷汙染，基本思想是
1、 顆粒汙泥中鋁/羥基複合結構孔隙對磷具有強烈的吸附作用；
2、 顆粒汙泥表面存在的C1—、 SO,和Si042—等陰離子與磷之間具有離 子交換作用。
本發明的特點在於製備汙泥要在保證適當強度、均勻性的同時， 控制汙泥的孔隙結構和表面離子含量。汙泥強度低可能會導致汙泥破 損而影響到對氮磷的吸附效率，汙泥顆粒的流出直接影響到處理水 質；汙泥孔隙組成影響到汙泥吸附作用的進行，吸附至顆粒表面的磷 化合物如能繼續內擴散至汙泥孔隙內部，有利於氮磷吸附過程的進 行；表面離子含量是顆粒與氮磷進行離子交換作用的基礎，添加陰離 子有利於磷的吸附效能。所以，汙泥強度、孔隙率及表面離子含量是 決定製備汙泥性能的重要參數。採用飲用水廠產生的廢棄汙泥，以廢 制廢，汙泥經科學方法製備後，對汙水中的磷汙染物進行徹底治理， 成本小、汙染少，經吸附氮磷飽和的顆粒汙泥再進行填埋處理可改善 土壤肥效，因此十分符合我國在環境汙染治理中高效率、低成本、資源化的要求。
在上述方案的基礎上，第一步中的快速攪拌為250 350轉/分鐘。
在上述方案的基礎上，第二步中的低速攪拌為30 60轉/分鐘。 針對上述的用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法的產 品，其中，所述的汙泥顆粒以飲用水廠沉澱池的汙泥為基體材料，該 汙泥顆粒表面具有鋁/羥基複合結構孔隙，且表面存在C1—、 S0廣和 Si0/-。
本發明的有益效果是本發明將飲用水廠廢棄汙泥採用科學方法 重新製備，使其形成高效、廉價、工藝簡單和使用方便顆粒態汙泥， 達到適應高效脫除磷的目的，可應用於地表水或者汙水廠處理，快速 徹底治理磷的危害，去除磷(包括偏磷酸鹽、正磷酸鹽)的效率為 80 97%，具有廣泛的經濟效益和應用前景。


圖l為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1
請參閱圖1為本發明的工藝流程圖所示， 一種用於去除汙染水體 中磷的汙泥顆粒的製備方法，包括下述步驟
第一步以飲用水廠沉澱池含水率為60 75%的含水汙泥為基體材料，
含水汙泥中加入木質素，用量為lkg木質素/1000kg含水汙泥，300
轉/分鐘快速攪拌充分混合2小時；
第二步第一步混合後的汙泥中先加入固體陰離子型聚丙烯醯胺，用量為10kg/1000kg含水汙泥，再加入氯化鋁、硫酸鋁和矽酸鋁，用量 均為0. 5kg/1000kg含水汙泥，50轉/分鐘慢速攪拌充分混合4小時， 製得混合汙泥；
第三步混合汙泥進行脫水處理，脫水至含固率為98 99%，形成固 化顆粒；
第四步:將脫水後的固化顆粒進行敲打粉碎後篩分，篩分孔徑為1. 0 1. 2咖。
實施例2
一種用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法，包括下述步
第一步以飲用水廠沉澱池含水率為60 75%的含水汙泥為基體材料， 含水汙泥中加入木質素，用量為0. 8kg木質素/1000kg含水汙泥，350 轉/分鐘快速攪拌充分混合1. 5小時；
第二步第一步混合後的汙泥中先加入固體陰離子型聚丙烯醯胺，用 量為12kg/1000kg含水汙泥，再加入氯化鋁、硫酸鋁和矽酸鋁，用量 均為0. 8kg/1000kg含水汙泥，60轉/分鐘慢速攪拌充分混合3. 5小 時，製得混合汙泥；
第三步混合汙泥進行脫水處理，脫水至含固率為98 99%，形成固 化顆粒；
第四步:將脫水後的固化顆粒進行敲打粉碎後篩分，篩分孔徑為1. 0 1. 2mm。 實施例3
一種用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法，包括下述步
驟
第一歩以飲用水廠沉澱池含水率為60 75%的含水汙泥為基體材料，含水汙泥中加入木質素，用量為0. 5kg木質素/1000kg含水汙泥，250 轉/分鐘快速攪拌充分混合2小時；
第二步第一步混合後的汙泥中先加入固體陰離子型聚丙烯醯胺，用
量為15kg/1000kg含水汙泥，再加入氯化鋁、硫酸鋁和矽酸鋁，用量 均為lkg/1000kg含水汙泥，40轉/分鐘慢速攪拌充分混合4小時， 製得混合汙泥；
第三步混合汙泥進行脫水處理，脫水至含固率為98 99%，形成固 化顆粒；
第四步:將脫水後的固化顆粒進行敲打粉碎後篩分，篩分孔徑為1. 0 1. 2ram。 應用例1
某自然水體河道富營養化水體，試驗期間，原水的CODer平均值 為661.2mg/L， CODa受降水量影響很大，枯水期CODc;r值較大，最高 可達825. 23mg/L;總氮平均濃度57. 8mg/L;總磷最高濃度8. 15mg/L， 最低濃度2. 83mg/L，試驗期間平均濃度為和6. lmg/L，溶解態TP佔 總磷的比例為64. 4%。屬於重度富營養化水體。
將河道水用水泵抽入調節池中，進行簡單的物理處置並靜沉 30min後，去除大塊漂浮物質和泥沙等懸浮物質，取上清液進行試驗 研究。試驗將本發明的汙泥顆粒產品放入反應器中，反應器為直徑為 30cm，高度2m的直圓柱體，設置進水口和出水口，將河道水上清液 從進水口進入，流量為50L/h，濾速為8m/h,取過濾後的水樣進行分 析，主要指標包括總磷濃度、偏磷酸鹽濃度和正磷酸鹽濃度。
通過試驗研究可得出以下結論在試驗水樣條件下，CODcr平均值 為661.2mg/L，總氮平均濃度57. 8mg/L，總磷平均濃度6. lmg/L。出 水總磷為0.4-0.7mg/L，去除率為88%-97%，平均去除率為91%。對殘留的總磷測定分析表明，其中偏磷酸鹽佔96%，其餘為正磷酸 鹽。該材料對含磷廢水處理後出水可達到《城鎮汙水處理廠汙染物排 放標準》中的一級A標準。 應用例2
某地表水水源地氮磷濃度相對較小，水質參數C0D^ 7.4mg/L， 濁度15-20NTU,氨氮含量2. 7-3. Omg/L，磷含量2-3mg/L。將該地表 水用水泵抽入調節池中，進行簡單的物理處置(因水質較好，不採用 靜沉方法)，去除大塊漂浮物質，取上清液進行試驗研究。試驗將本 發明的汙泥顆粒產品放入反應器中，反應器為直徑為30cm,高度2m 的直圓柱體，設置進水口和出水口，將河道水上清液從進水口進入， 流量為70L/h，濾速為10m/h，取過濾後的水樣進行分析，主要指標 包括總磷濃度、偏磷酸鹽濃度和正磷酸鹽濃度。
通過試驗研究可得出以下結論在試驗水樣條件下，水質參數 C0DMn: 7.4mg/L，濁度15-20NTU，氨氮含量2.7-3.0mg/L，磷含量 2-3mg/L。出水總磷低於0. 05mg/L，去除率為95%以上。對殘留的總 磷測定分析表明，其中偏磷酸鹽佔90%，其餘為正磷酸鹽。根據我 國《地表水環境質量標準》，處理後的水質從總磷指標來看，達到了 II類地表水的相關規定。 對照例
某實驗室配置的水樣進行過濾試驗。採用自來水進行配水試驗， 投加COD平均100mg/L,總氮20mg/L，總磷(以偏磷酸鹽代替)5mg/L。 直接選用配置好的溶液進行過濾試驗，流量為40L/h，濾速為7m/h， 取過濾後的水樣進行分析，出水總磷濃度為0.8 0.9mg/L，去除率 為80 85%，雖然對磷的去除率依然保持較高的水平，但綜合實施例 1和2來看，該工藝對偏磷酸鹽的去除率略微低於其他類型的磷。
權利要求
1、一種用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法，其特徵在於包括下述步驟第一步以飲用水廠沉澱池含水率為60～75％的含水汙泥為基體材料，含水汙泥中加入木質素，用量為0.5～1kg/1000kg含水汙泥，快速攪拌充分混合1.5～2小時；第二步第一步混合後的汙泥中先加入固體陰離子型聚丙烯醯胺，用量為10～15kg/1000kg含水汙泥，再加入氯化鋁、硫酸鋁和矽酸鋁，用量均為0.5～1kg/1000kg含水汙泥，慢速攪拌充分混合3.5～4小時，製得混合汙泥；第三步混合汙泥進行脫水處理，脫水至含固率為98～99％，形成固化顆粒；第四步將脫水後的固化顆粒進行粉碎後篩分製得，其中，篩分孔徑為1.0～1.2mm。
2、 根據權利要求1所述的用於去除汙染水伴中磷的汙泥顆粒的製備 方法，其特徵在於第一步中的快速攪拌為250 350轉/分鐘。
3、 根據權利要求1所述的用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備 方法，其特徵在於第二步中的低速攪拌為30 60轉/分鐘。
4、 針對權利要求1至3之一所述的用於去除汙染水體中磷的汙泥顆 粒的製備方法獲得的產品，其特徵在於所述的汙泥顆粒以飲用水廠 沉澱池的汙泥為基體材料，該汙泥顆粒表面具有鋁/羥基複合結構孔 隙，且表面存在cr、 S0/—和SiOf離子。
全文摘要
本發明屬於環保技術領域，具體涉及一種用於去除汙染水體中磷的汙泥顆粒的製備方法及其產品。所述的汙泥顆粒以飲用水廠沉澱池的汙泥為基體材料，該汙泥顆粒表面具有鋁/羥基複合結構孔隙，且表面存在Cl-、SO42-和SiO42-離子。製備方法為收集飲用水廠沉澱池汙泥，放入製備容器中，加入適量木質素，進行充分混合，在混合好的汙泥中再按順序加入固體陰離子型聚丙烯醯胺、Cl-、SO42-和SiO42-鹽，投加完畢後再次進行混合，此次混合要求慢攪，將混合好的汙泥進行脫水處理，可採用脫水機或者自然風乾的方式，脫水至含水率為98～99％，形成固化顆粒汙泥，此時汙泥具有較好的硬度並富含所需的離子。本發明可應用於地表水或者汙水處理，快速徹底治理磷。
文檔編號C02F1/58GK101439899SQ20081020479
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者東 安, 宋佳秀, 雲 張 申請人:復旦大學