專(zhuān)利名稱(chēng)：活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，是一種以工業(yè)廢棄物粉煤灰為原料的用于去除水中磷的吸附劑的制備方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)多而引發(fā)的湖泊、河流富營(yíng)養(yǎng)化污染已成為我國(guó)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題?？茖W(xué)研究表明，當(dāng)湖泊水庫(kù)等緩流水體中的總磷含量超過(guò)0.02mg/L時(shí)就可能爆發(fā)藍(lán)綠藻水華。目前國(guó)內(nèi)外大都采用生物法或物化法除磷。采用生物除磷法時(shí)需要對(duì)常規(guī)的二級(jí)城市污水處理廠進(jìn)行大規(guī)模的改造，建設(shè)成本和運(yùn)行成本大大增加。采用物化法時(shí)雖然無(wú)須改建，可在污水廠的初沉池或者二沉池直接投加化學(xué)藥劑或磷吸附劑，但是到目前為止，所選用的藥劑大都為常規(guī)的鋁鹽或鐵鹽和活性氧化鋁鐵等吸附劑，其投藥成本過(guò)高，去除效果有限。
另一方面，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源需求猛增。煤炭在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中一直占據(jù)主體地位。粉煤灰是煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物，平均每年我國(guó)發(fā)電廠產(chǎn)生的粉煤灰總量在一億噸以上。目前，粉煤灰的處置方式以貯灰場(chǎng)堆放為主。據(jù)測(cè)算，一般電廠的大型貯灰場(chǎng)的建設(shè)費(fèi)用都在1億元上下，而且還占用了大量的土地，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的潛在危害。在我國(guó)，粉煤灰的綜合利用率僅為40％左右，基本都應(yīng)用于建筑業(yè)，以生產(chǎn)粉煤灰磚、粉煤灰陶粒等輕質(zhì)建材，和混凝土、砂漿中的摻合劑為主。但此類(lèi)粉煤灰產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高，附加值低，不利于廣泛推廣。因此，為解決粉煤灰的綜合利用問(wèn)題，迫切需要找到能提高粉煤灰產(chǎn)品附加值，且工藝成本低廉的新用途。
國(guó)內(nèi)外的眾多研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰可替代化學(xué)藥劑，投加于污水中除磷。相關(guān)文獻(xiàn)如1、改性粉煤灰去除抗生素廢水中的磷和色度.中國(guó)給水排水.2002.18(10).49-51。2、粉煤灰處理含磷廢水的研究.上海環(huán)境科學(xué).2000.19(1).33-34。利用粉煤灰除磷，以廢治廢，成本低廉，適合我國(guó)國(guó)情。盡管普遍認(rèn)為粉煤灰的最大磷吸附容量達(dá)到20g/kg左右，但對(duì)于成分復(fù)雜，磷濃度為2-5mg/L的實(shí)際生活污水而言，粉煤灰的除磷能力僅能發(fā)揮5-10％左右，從而大大增加了單位污水中粉煤灰的投加量。實(shí)踐證明，要想獲得60％以上的去除效率，常規(guī)粉煤灰的投加量必須達(dá)到2g/L以上，而二級(jí)污水處理廠曝氣池中活性污泥的含量也僅僅為2g/L。如此之高的投加量造成以下三大問(wèn)題1.灰分過(guò)多，灰水分離困難，導(dǎo)致出水中固體懸浮物-SS嚴(yán)重超標(biāo)；2.粉煤灰中含大量的游離態(tài)氧化鈣，氧化鈣與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成氫氧化鈣，從而提升堿度，實(shí)際研究表明，投加量為2g/L時(shí)污水中pH值顯著升高到10，超出國(guó)家二級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)；3.產(chǎn)泥量過(guò)大，污泥處理處置難度大。因此有必要對(duì)粉煤灰進(jìn)行活化和改性，以充分發(fā)揮粉煤灰的除磷效能，大幅度提高其單位重量份的磷處理量，從而大大降低實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)的投加量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)的不足，提供一種活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，具有方法簡(jiǎn)便、生產(chǎn)成本低、制備的吸附劑具有單位重量份磷處理量大的特點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明利用工業(yè)廢棄物粉煤灰為原料，將粉煤灰與堿性活化劑在高速混合機(jī)中混合均勻后投入焙燒爐中焙燒活化，再將焙燒后冷卻的物料投入耐酸反應(yīng)罐中，添加酸改性劑并加熱反應(yīng)，將反應(yīng)后的物料烘干磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑。本發(fā)明借助低成本的活化劑和改性劑將粉煤灰中具有磷吸附潛力的物質(zhì)大量溶出，制得的吸附劑具有極大的除磷效能。
本發(fā)明活性粉煤灰磷吸附劑的組成和用量(重量份)如下粉煤灰100，活化劑20-100，改性劑50本發(fā)明所用的活化劑為硅酸鈉，硅酸鈣，碳酸鈣，碳酸鈉等，改性劑為按重量百分比計(jì)5-10％鹽酸，5-30％硫酸，5-10％硝酸等酸液。
本發(fā)明活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法如下1、將重量份為100份的粉煤灰與20-100份的活化劑在高速混合機(jī)中混合均勻。
2、將混合物投入中溫焙燒爐中焙燒活化。焙燒溫度在600℃-1000℃，焙燒時(shí)間1-4小時(shí)。將焙燒活化后的物料取出并冷卻。
3、將冷卻后的物料投入耐酸反應(yīng)罐中，添加重量份為50份的酸改性劑并加熱到60℃，反應(yīng)4-10小時(shí)。
4、將反應(yīng)后的物料取出，烘干后磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于借助低成本的活化劑和改性劑將粉煤灰中具有磷吸附潛力的物質(zhì)大量溶出，最大限度地發(fā)揮出粉煤灰的除磷潛力。如粉煤灰中原本含有大量的玻璃微珠體，但經(jīng)過(guò)以上工藝處理后，玻璃微珠體受侵蝕后出現(xiàn)許多孔穴，極大地增加了玻璃微珠的比表面積，提高了玻璃微珠自身的物化吸磷能力；再如粉煤灰中還含有大量的氧化鋁、氧化鐵，經(jīng)過(guò)以上工藝處理后會(huì)溶出鋁離子、鐵離子，可以與磷酸鹽直接作用生成磷酸鋁、磷酸鐵沉淀。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極作用具體體現(xiàn)在1.針對(duì)實(shí)際污水的單位重量磷吸附量達(dá)到每公斤粉煤灰10克磷到每公斤粉煤灰30克磷，為普通粉煤灰的10倍以上，若實(shí)際生活污水的含磷量為3mg/L，要獲得70％以上的去除率，所需粉煤灰投加量為2-5g/L左右，而所需的活性粉煤灰吸附劑投加量?jī)H為50-100mg/L，從而大大降低實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)的投加量，同時(shí)解決了由于投加量過(guò)高而帶來(lái)的一系列問(wèn)題。2.該吸附劑投入污水中吸磷極快，一分鐘以?xún)?nèi)就能達(dá)到90％以上的效果。3.該吸附劑投入水中后呈中性，有效pH范圍很寬，在4-11之間。4.采用來(lái)源廣泛，供應(yīng)穩(wěn)定的工業(yè)廢棄物粉煤灰為原料，其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于常用的鋁鹽，鐵鹽以及活性氧化鋁等藥劑，適合我國(guó)國(guó)情。5.再生利用了資源，有效地解決了粉煤灰的處置問(wèn)題。處理污水后生成的污泥中磷含量極高，可直接回收磷，也可用于土壤改良。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。本發(fā)明的實(shí)施不限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例1
原料采用上海某電廠粉煤灰，將10公斤粉煤灰與2公斤硅酸鈉在高速混合機(jī)中混合均勻。混合物投入中溫焙燒爐中在600℃焙燒活化，焙燒時(shí)間1小時(shí)。將焙燒活化后的物料取出并冷卻后投入耐酸反應(yīng)罐中，添加5L5％鹽酸并加熱到60℃，反應(yīng)4小時(shí)。反應(yīng)后生成物料，將該物料烘干后磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑產(chǎn)品共11.2公斤。
利用上述工藝制成的磷吸附劑進(jìn)行生活污水除磷實(shí)驗(yàn)。生活污水取自上海莘莊水質(zhì)凈化廠，原水磷含量為2.9mg/L，pH為7.1。取1克磷吸附劑投入10L該生活污水中，快速攪拌1分鐘，靜置沉淀2分鐘。處理后水中pH為7.0，磷濃度為1.3mg/L，磷去除率為55.2％，磷吸附量為16mg/kg。
實(shí)施例2原料采用上海某電廠粉煤灰，將10公斤粉煤灰與10公斤硅酸鈣在高速混合機(jī)中混合均勻?；旌衔锿度胫袦乇簾隣t中在1000℃焙燒活化，焙燒時(shí)間4小時(shí)。將焙燒活化后的物料取出并冷卻后投入耐酸反應(yīng)罐中，添加5L10％硫酸并加熱到60℃，反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)后生成物料，將該物料烘干后磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑產(chǎn)品共19.7公斤。
利用上述工藝制成的磷吸附劑進(jìn)行生活污水除磷實(shí)驗(yàn)。生活污水取自上海莘莊水質(zhì)凈化廠，原水磷含量為2.9mg/L，pH為7.1。取1克磷吸附劑投入10L該生活污水中，快速攪拌1分鐘，靜置沉淀2分鐘。處理后水中pH為6.9，磷濃度為0.2mg/L，磷去除率為93％，磷吸附量為27mg/kg。
實(shí)施例3原料采用上海某電廠粉煤灰，將10公斤粉煤灰與3公斤碳酸鈣在高速混合機(jī)中混合均勻。混合物投入中溫焙燒爐中在700℃焙燒活化，焙燒時(shí)間2小時(shí)。將焙燒活化后的物料取出并冷卻后投入耐酸反應(yīng)罐中，添加5L7％硝酸并加熱到60℃，反應(yīng)6小時(shí)。反應(yīng)后生成物料，將該物料烘干后磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑產(chǎn)品共12.6公斤。
利用上述工藝制成的磷吸附劑進(jìn)行生活污水除磷實(shí)驗(yàn)。生活污水取自上海莘莊水質(zhì)凈化廠，原水磷含量為2.9mg/L，pH為7.1。取1克磷吸附劑投入10L該生活污水中，快速攪拌1分鐘，靜置沉淀2分鐘。處理后水中pH為6.9，磷濃度為0.6mg/L，磷去除率為79.3％，磷吸附量為23mg/kg。
實(shí)施例4原料采用上海某電廠粉煤灰，將10公斤粉煤灰與4公斤碳酸鈉在高速混合機(jī)中混合均勻?；旌衔锿度胫袦乇簾隣t中在700℃焙燒活化，焙燒時(shí)間3小時(shí)。將焙燒活化后的物料取出并冷卻后投入耐酸反應(yīng)罐中，添加5L7％鹽酸并加熱到60℃，反應(yīng)7小時(shí)。反應(yīng)后生成物料，將該物料烘干后磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑產(chǎn)品共13.5公斤。
利用上述工藝制成的磷吸附劑進(jìn)行生活污水除磷實(shí)驗(yàn)。生活污水取自上海莘莊水質(zhì)凈化廠，原水磷含量為2.9mg/L，pH為7.1。取1克磷吸附劑投入10L該生活污水中，快速攪拌1分鐘，靜置沉淀2分鐘。處理后水中pH為6.8，磷濃度為1.3mg/L，磷去除率為55.2％，磷吸附量為16mg/kg。
權(quán)利要求
1.一種活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，其特征在于將重量份為100份的粉煤灰與20-100份的堿性活化劑在高速混合機(jī)中混合均勻，然后將混合物投入焙燒爐中焙燒活化，焙燒溫度600℃-1000℃，焙燒1-4小時(shí)后將物料取出并冷卻，再將冷卻后的物料投入耐酸反應(yīng)罐中，添加重量份為50份的酸改性劑并加熱到60℃，反應(yīng)4-10小時(shí)，反應(yīng)后將物料取出，烘干后磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，其特征在于所述堿性活化劑為硅酸鈉，硅酸鈣，碳酸鈣或碳酸鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，其特征在于所述酸改性劑為按重量百分比計(jì)5-10％鹽酸、5-30％硫酸或5-10％硝酸。
全文摘要
一種活性粉煤灰磷吸附劑的制備方法，將粉煤灰與堿性活化劑在高速混合機(jī)中混合均勻后投入焙燒爐中焙燒活化，再將焙燒后冷卻的物料投入耐酸反應(yīng)罐中，添加酸改性劑并加熱反應(yīng)，將反應(yīng)后的物料烘干磨細(xì)即制成粉末狀高活性的磷吸附劑。本發(fā)明利用工業(yè)廢棄物粉煤灰為原料，借助低成本的活化劑和改性劑，將粉煤灰中具有磷吸附潛力的物質(zhì)大量溶出，制得的吸附劑具有極大的除磷效能。
文檔編號(hào)B01J20/00GK1669632SQ20041009919
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者孔海南, 陳雪初, 王新澤 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)