一种去除阴离子表面活性剂的铁碳微电解填料制备方法与流程

1.本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种去除阴离子表面活性剂的新型铁碳微电解填料制备方法。


背景技术：

2.研究表明，阳台洗衣废水的错接排放已成为当下溢流污水的重要组成部分，一个省级二线城市每年有近一千万吨的洗衣废水通过阳台雨水立管直接进入雨水收集管网系统，而某些城市洗衣废水排放总量甚至超过城市内河总环境容量。这些洗衣废水中含有高浓度的阴离子表面活性剂(las)等污染物，其在水中引起的起泡作用会降低水中的复氧速率和充氧程度，使水质变坏，影响水生生物的生存，使水体自净受阻，从而增加了河流的自净负担，导致河流很容易发展成黑臭水体。因此，针对阳台洗衣水错接排放导致的水体污染问题，研究其中主要污染物las的处理方法，将有助于黑臭水体的消除，从局部助力当前美丽中国建设。
3.当前含las废水的各种处理方法中，如吸附法出水水质好，但投资高，吸附易饱和；如微电解法，处理效率高，降解速度快，但处理成本较高等。由于单一技术处理的局限性，应考虑优化组合各种技术。如此的优化组合技术不仅能促进各方法之间的协同，且根据文献资料表明，往往还有利于吸附填料挂膜性能的提升，以推动在长时间处理过程中实现电化学、化学、生物耦合除污。然而，目前关于这类针对性处理las废水的复合联用技术的研究较少：尽管如发明专利cn201811452400.0公开了一种加拿大一枝黄花茎秆生物炭在去除洗涤废水中las的应用，但是其未考虑与铁碳微电解法的联用协同效应，处理效率较为有限；又如发明专利cn201910527830.2公开了一种改性竹炭的制备方法及其应用，对竹子材料进行功能化处理，得到多孔竹炭颗粒，再通过超声作用制备得到性能优良的改性竹炭，但其联合铁碳微电解的应用对象较为宽泛，并未见有关如las这类有机污染物去除的优化讨论。因此，以实现高效快速处理las废水为目标，开发出适合我国国情的复合联用技术，将具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种去除阴离子表面活性剂的新型铁碳微电解填料制备方法，解决现有技术中洗衣废水中含高浓度las污染物，直排进入雨水管网，引起城市黑臭水体，以及处理las废水的复合联用技术研究有限的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
6.去除阴离子表面活性剂的铁碳微电解填料制备方法，包括如下步骤：
7.s1：将竹炭短管浸入硝酸中浸泡；
8.s2：将完成浸泡后的竹炭用蒸馏水洗涤至中性，然后放入烘干机中烘干；
9.s3：将铁粉用聚氨酯粘合剂粘合在烘干后的碳管表面，即可制得酸改性短管状铁碳微电解填料。
10.优选地，步骤s1中，浸泡所用硝酸浓度为2mol
·
l
‑1，浸泡时间不短于24小时。酸改性可以去除竹炭表面原有有机物，同时可以使竹炭表面粗糙以及优化表面官能团，使之更有利于吸附，但是时间一般相对较长。此步骤中的酸液浓度较为适中，不会过度腐蚀破坏竹炭结构，且浸泡至少一天有利于充分实现酸改性。
11.优选地，所述步骤s1中，将竹炭短管浸入硝酸中浸泡时，浸泡容器上加设有密封盖，防止硝酸的挥发。
12.优选地，所述步骤s2中，烘干温度为100℃，且烘干后的竹炭仍为碳管形态。在管状形态下，填料的中空部分使得阴阳极与las溶液充分接触，同时碳管外表面通过粘合剂与铁粉充分接触，而碳管部分主要在内表面与las溶液相接触，阴阳极的分离较好，可较球状填料获得更高的去除效率。
13.优选地，所述步骤s3中，铁粉选用还原铁粉，fe含量大于98％。
14.优选地，所述步骤s3中制得的铁碳微电解填料，为竹炭和铁粉的质量比为1:1。在该质量比下，形成的铁碳原电池数量已接近最佳饱和状态，而过量的铁掺杂反而会压缩铁碳间距，影响原电池的电极反应。
15.优选地，步骤s3后，在应用该填料处理含阴离子表面活性剂废水时需要添加cao2粉末，添加的cao2质量为竹炭质量的一半，且cao2粉末中cao2的有效成分为45％。加入cao2粉末可以促进沉降与氧化效果，尤其是对短管形态的填料。
16.以本发明所述铁碳微电解填料的改性为核心，结合处理方式与填料形态优化选择，高效去除las的方法，主要技术特点及原理简述如下：
17.基于腐蚀原电池原理的铁碳微电解将在处理中产生初生态高活性的fe
2
和原子h，能有效改变las的化学结构(如断链、开环等)，而氧化生成的fe
3
还可以逐渐水解生成fe(oh)3这样的胶体絮凝剂，可以进一步通过吸附凝聚作用去除las，缓解活性炭吸附饱和趋势。且fe
3
还可以同时提高微生物酶的活性，并刺激eps的产生，可促进生物膜的黏附疏水性增强，使生物膜更加致密，从而促进微生物群落的生长与聚合，使得作为阴极的活性炭在原有吸附作用的基础上，挂膜性能也得到了极大提升，利于后期应用于大规模las处理。
18.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
19.1、优化改性制得的新型填料通过多效应耦合作用，有效强化了对las的去除效率，并且良好的挂膜特性将有利于长时间大规模处理的工业化应用。
20.2、竹炭等原料来源广，成本低，制备工艺简单，同时不会对环境造成二次污染，具有良好的经济与环境效益。
附图说明
21.图1采用实施例1和对比例1
‑
5中制得的铁碳微电解填料分别对las的去除率对比图；
22.图2采用实施例1制得的铁碳微电解填料对las去除率曲线图。
具体实施方式
23.以下通过具体实施例的对比对本发明技术方案作进一步说明。
24.实施例1：
25.一种去除阴离子表面活性剂的铁碳微电解填料制备方法：
26.将60g竹炭短管浸入浓度为2mol
·
l
‑1的硝酸中浸泡，浸泡所用的烧杯上应盖有塑料薄膜，以防止硝酸的挥发；
27.竹炭浸泡完成后用蒸馏水洗涤至中性，放入烘干机中于100℃下烘干；
28.将60g铁粉用聚氨酯粘合在碳管表面，即可制得酸改性短管状填料。
29.在后续的含las废水处理中投加30g cao2粉末。
30.对比实施例1：
31.将60g竹炭短管放入超声仪中处理2小时；
32.超声处理后用蒸馏水洗涤，放入烘干机中于100℃下烘干；
33.将60g铁粉用聚氨酯粘合在碳管表面，制得超声改性短管状填料。
34.在后续的含las废水处理中不添加cao2粉末。
35.对比实施例2：
36.将60g竹炭短管放入超声仪中处理2小时；
37.超声处理后用蒸馏水洗涤，放入烘干机中于100℃下烘干，经过实验室内研钵充分研磨，直至竹炭被研磨呈直径为1.0～2.5mm的颗粒，其中研磨时保证实验室干燥。此时竹炭变为碳粉形态；
38.将60g铁粉用聚氨酯与碳粉充分混合粘制成直径约为2cm的小球，即可制得超声改性球状填料。
39.在后续的含las废水处理中不添加cao2粉末。
40.对比实施例3：
41.将60g竹炭短管浸入浓度为2mol
·
l
‑1的硝酸中浸泡，要求同实施例1；
42.竹炭浸泡完成后用蒸馏水洗涤至中性，放入烘干机中于100℃下烘干；
43.将60g铁粉用聚氨酯粘合在碳管表面，制得酸改性短管状填料。
44.在后续的含las废水处理中不添加cao2粉末。
45.对比实施例4：
46.将60g竹炭短管浸入浓度为2mol
·
l
‑1的硝酸中浸泡，要求同实施例1；
47.竹炭浸泡完成后用蒸馏水洗涤至中性，放入烘干机中于100℃下烘干，经过实验室内研钵充分研磨，要求同对比实施例2；
48.将60g铁粉用聚氨酯与碳粉充分混合粘制成直径约为2cm的小球，即可制得酸改性球状填料。
49.在后续的含las废水处理中不添加cao2粉末。
50.对比实施例5：
51.将60g竹炭短管浸入浓度为2mol
·
l
‑1的硝酸中浸泡，要求同实施例1；
52.竹炭浸泡完成后用蒸馏水洗涤至中性，放入烘干机中于100℃下烘干，经过实验室内研钵充分研磨，要求同对比实施例2；
53.将60g铁粉用聚氨酯与碳粉充分混合粘制成直径约为2cm的小球，即可制得酸改性球状填料。
54.在后续的含las废水处理中投加30g cao2粉末。
55.上述实施例1及对比实施例1～5制备方案对比如表1所示。
56.表1实施例制备方案对比
[0057][0058]
应用实验：
[0059]
准备6个容积为1l的烧杯，每个烧杯中加入等量的浓度为2mol
·
l
‑1的las溶液，模拟的洗衣废水。然后将实施例1及对比实施例1～5制备得到的改性填料分别加入对应的每个烧杯的溶液中进行污水处理实验，对实施例1与对比实施例5对应的溶液中均投加30g cao2粉末，并使用小型气泵进行曝气处理。
[0060]
污水处理实验进行30min、1h、2h、3h、4h和5h时，分别提取6个烧杯中的处理液取样进行样液的提取，测定其中的las含量，以计算获得去除率，其中30min与5h的结果如表2与图1所示。图2显示了在实施例1的条件下las的去除率随时间的变化。
[0061]
表2各实施例下的las去除率对比
[0062][0063]
由表2、图1及图2可知，实施例1下las的去除效率最高，在30min时去除率就已经高达85.69％，这也印证了耦合作用的高效性。同时，通过与其他对比实施例的比较，得出：(1)酸改性的效果优于超声改性但差别不大，却可以节省能耗；(2)短管状填料可以获得更优的电解去除性能；(3)投加cao2粉末可以大大提高处理效率。故实施例1为最佳的改性填料制备方法。
[0064]
以上所述之实施例1仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，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。