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CN111377497B - 一种海藻酸钠包埋的铁碳-麦饭石高效除磷颗粒及其制备方法 - Google Patents

一种海藻酸钠包埋的铁碳-麦饭石高效除磷颗粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海藻酸钠包埋的新型铁碳‑麦饭石高效除磷颗粒，同时公开了该除磷颗粒的制备方法。该除磷颗粒包括麦饭石1～3g、活性炭1～3g、海藻酸钠1～4g、铁粉3～5g、去离子水290～310mL和氯化钙10～25g。该除磷颗粒不仅能克服铁、炭、麦饭石单独作为载体填料时存在的易随水流迁移、铁粉容易团聚和铁碳填料前期除磷作用缓慢等的弊端，还能充分发挥电化学、物理吸附作用、化学絮凝沉淀等多种作用从而达到除磷的目的。另外，本发明制备的海藻酸钠包埋的新型铁碳‑麦饭石高效除磷颗粒，无需添加造孔剂，也无需高温焙烧，制备方法简便，具有能耗低、处理效果好、适用范围广、成本低廉等优点，具有较高的研究价值和独特的应用优势。

Description

一种海藻酸钠包埋的铁碳-麦饭石高效除磷颗粒及其制备 方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种除磷颗粒及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国工业、农业的发展，水体污染日益严重，根据国家生态环境部2017年《中国环境状况公报》所报道，虽然全国地表水总磷浓度同比下降11.5%，但超标断面比例为19.1%，超过化学需氧量、氨氮，成为影响全国地表水水质的主要污染物。这说明水体富营养化尤其是水中除磷成为当前亟待解决的重大问题。
目前，国内外常用的除磷方法：化学法、生物法和吸附法等。化学法虽然具有运行稳定，工艺简单，除磷效率好，去除率高达75%~85%，但投资成本高，投加化学药剂会导致废水pH值增加，且产生大量化学污泥，容易发生二次污染。生物法投资成本低，在除磷的同时可以去除有机物，去除率最高可达90%，但易受pH、温度影响较大，稳定性较差，且对污水中有机物浓度依赖性较强，当有机物含量较低或磷含量>10mg/L，出水磷浓度的排放标准不能达到要求。吸附法是利用吸附剂具有的较大比表面积和较多的孔隙，使磷在吸附剂表面发生物理吸附、表面沉淀或离子交换，从而实现磷分离，再通过吸附-解吸过程达到磷去除和回收的双重效果。吸附法除磷效果稳定，在废水除磷中应用广泛，吸附剂的选择是吸附法的关键，粉煤灰、给水污泥、活性炭、沸石、麦饭石、改性或合成的材料是应用最广泛的吸附剂。铁碳微电解法自上世纪六七十年代最初由苏联研究并发展起来，历经四十多年的大量研究与发展，已广泛应用于污水处理，该法又称为铁碳法、内电解法，是利用金属腐蚀原理，形成原电池对污水进行处理，是一种高效的污水处理方法。但铁碳微电解发生作用比较缓慢，前期除磷效果稍低，而麦饭石的吸附作用较快，能够很好的弥补铁碳微电解前期除磷效率稍低的缺陷，可以很好的强化铁碳微电解的除磷作用。
发明内容
本发明的目的是一方面提供一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒，另一方面提供该除磷颗粒的制备方法。本发明海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒是由海藻酸钠、铁粉、活性炭、麦饭石、去离子水与氯化钙交联制成，其中，海藻酸钠和麦饭石为包埋剂，氯化钙为交联剂。
本发明的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒不仅能克服铁、炭、麦饭石单独作为载体填料时存在的易随水流迁移、铁粉容易团聚和铁碳填料前期除磷作用缓慢等的弊端，还能充分发挥电化学、物理吸附作用、化学絮凝沉淀等多种作用从而达到除磷的目的。另外，本发明制备的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒，无需添加造孔剂，也无需高温焙烧，制备方法简便，具有能耗低、处理效果好、适用范围广、成本低廉等优点，具有较高的研究价值和独特的应用优势。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒，包括麦饭石1～3g、活性炭1～3g、海藻酸钠1～4g、铁粉3～5g、去离子水290～310mL和氯化钙10～25g。
一种海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木质活性炭粉碎、过筛，使其粒径小于≤150μm；
（2）分别配置海藻酸钠溶液和氯化钙溶液；
（3）将铁、活性炭、麦饭石的混合物加入到海藻酸钠溶液中，连续搅拌数小时，混合均匀，得到混合液；
（4）使用注射器将步骤（3）的混合液逐滴滴入到氯化钙溶液中，得到凝胶小球，静置固化；
（5）将固化好的凝胶小球滤出，即可得海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒。
进一步，所述步骤（2）中海藻酸钠溶液的浓度为1wt%~3wt%，氯化钙溶液的浓度为8wt%~11wt%。
进一步，所述步骤（3）中铁、炭、麦饭石质量 : 海藻酸钠溶液质量=1:12.5。
进一步，所述步骤（4）中固化时间为24h，固化温度25℃。
上述海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒在处理含磷废水中的应用。
上述海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒在处理偏弱酸性含磷废水中的应用。上述海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石除磷颗粒在实验应用中发现平衡时溶液pH稳定在5.8左右，因此适合处理偏弱酸性含磷废水。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的原料铁、炭、麦饭石和海藻酸钠来源广泛，制备方法简单，经济快捷。
2、本发明的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒不仅能克服铁、炭、麦饭石单独作为载体填料时存在的易随水流迁移、铁粉容易团聚、铁碳填料前期除磷作用缓慢等的弊端，还能充分发挥电化学、物理吸附作用、化学絮凝沉淀等多种作用从而达到除磷的目的。
3、本发明的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒无需添加造孔剂，也无需高温焙烧，制备方法简便，成本较低。
4、本发明海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒具有较强吸附磷的能力，较好的去除率和较高的吸附容量。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒；
图2为本发明制备的高效除磷颗粒的除磷性能图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例制备海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的具体步骤为：
（1）将木质活性炭粉碎、过筛，使其粒径小于≤150μm；
（2）配置10wt%氯化钙溶液200mL；
（3）配置2wt%海藻酸钠溶液100mL：将海藻酸钠加入到水中，搅匀后放入65℃烘箱中加热60min，连续搅拌至完全溶解；
（4）将8g混合均匀的单质铁、活性炭、麦饭石加入到步骤（3）的2wt%的海藻酸钠溶液中，混合均匀，形成混合液；上述单质铁、活性炭、麦饭石的质量比为2∶1∶1。
（5）使用注射器将步骤（4）中混合液逐滴滴入到步骤（2）的氯化钙溶液中，得到凝胶小球，25℃下静置固化24h；
（6）将固化好的凝胶小球滤出，得到凝胶小球，即海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒，形貌如图1所示。
实施例2
本实施例制备仅含海藻酸钠的凝胶小球的具体步骤为：
（1）配置10wt%氯化钙溶液200mL；
（2）配置2wt%海藻酸钠溶液100mL：将海藻酸钠加入到水中，搅匀后放入65℃烘箱中加热60min，连续搅拌至完全溶解；
（3）使用注射器将步骤（2）中海藻酸钠溶液逐滴滴入到步骤（1）的氯化钙溶液中，得到凝胶小球，25℃下静置固化24h；
（4）将固化好的凝胶小球滤出，得到凝胶小球。
实施例3
上述实施例1和实施例2制备的凝胶小球的除磷性能的评价
配制初始浓度为50mg/L的KH2PO4溶液模拟含磷废水，分别加入实施例1、2中制备的凝胶小球，在固液比为1:50的条件下，以150rpm的转速摇96h。
实验结束后测定磷的浓度，计算去除率和吸附量。
去除率计算公式：ŋ=（C0-Ce）*100 / C0。 式（1）
式（1）中ŋ-去除率（%）；C0，Ce-处理前磷初始浓度和处理后磷的浓度（mg/L）。
吸附容量计算公式Qe=（C0-Ce）*V/m。 式（2）
式（2）中Qe-吸附容量，mg/g；C0，Ce-处理前磷初始浓度和处理后磷的浓度（mg/L）；V-溶液体积，L；m-吸附剂的质量，g。
测定实验前模拟含磷废水PH在7左右，实验后模拟废水PH在5.8左右。
实验结果如图2所示，图中，A代表实施例1制备的凝胶小球的除磷曲线，B代表实施例2制备的海藻酸钠凝胶小球的除磷曲线。从图2中可以看出：（1）2wt%的海藻酸钠溶液成球效果较好；（2）最佳配方时，72h磷的去除率达到83.66%，吸附容量达到2.02mg/g。
以上所述仅为本发明优选的实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于提高铁碳微电解前期除磷效率的海藻酸钠包埋的铁碳-麦饭石高效除磷颗粒的制备方法，其特征在于，该除磷颗粒包括麦饭石1～3g、活性炭1～3g、海藻酸钠1～4g、铁粉3～5g、去离子水290～310mL和氯化钙10～25g；
该除磷颗粒的制备方法包括以下步骤：
（1）将木质活性炭粉碎、过筛，使其粒径小于≤150μm；
（2）分别配置海藻酸钠溶液和氯化钙溶液；
（3）将铁、活性炭、麦饭石的混合物加入到海藻酸钠溶液中，连续搅拌数小时，混合均匀，得到混合液；
（4）使用注射器将步骤（3）的混合液逐滴滴入到氯化钙溶液中，得到凝胶小球，静置固化；
（5）将固化好的凝胶小球滤出，即可得海藻酸钠包埋的新型铁碳-麦饭石高效除磷颗粒；
所述步骤（2）中海藻酸钠溶液的浓度为1wt%~3wt%，氯化钙溶液的浓度为8wt%~11wt%；
所述步骤（3）中铁、炭、麦饭石质量 : 海藻酸钠溶液质量=1:12.5；
所述步骤（4）中固化时间为24h，固化温度25℃；
所述海藻酸钠包埋的铁碳-麦饭石高效除磷颗粒在处理偏弱酸性含磷废水中应用。
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