去除污水总磷和有机污染物的吸附剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及吸附净化领域，特别是涉及一种去除污水总磷和有机污染物的吸附剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着国家经济的快速发展，工业生产和生活也得到了高速的发展，在工业生产和生活水平提高的同时，产生的污水量也在逐年增大。据国家统计局《2020年中国统计年鉴》显示，我国2020年工业和生活污水使用量为1714亿立方米，总排放量为660.6亿立方米，其中工业污水年排放量为305.6亿立方米，占比46.26％；生活污水排放量为355亿吨，占比53.74％且将持续增长。
3.工业污水和生活污水主要通过城市工业污水处理厂和市政污水处理厂进行处理，达到国家污水排放标准后，排入外环境。工业污水具有高有机污染物(codcr)、高tds以及存在毒性物质的特点，而市政污水则具有高氮和高磷的特点。目前针对工业污水和市政污水的核心处理工艺为生化工艺及其后端的深度处理工艺，两种工艺主要针对污水中的总磷(tp)和有机污染物(codcr)指标，因生化系统在处理污水过程中受到进水污染物浓度、水温以及曝气量等因素的影响，因此可能存在总磷和codcr短期出水达不到技术指标的要求，目前应用的大部分除磷和除codcr的产品为通用化学品或者具有氧化性的药剂，在实际应用时会产生大量污泥或因化学品的自身氧化性对生化系统中微生物产生不良影响，因此无法安全稳定的保证污水的达标排放。
4.因此，急需一种产泥量小、性能温和且可协同生化系统使用的吸附材料，可在生化系统中协同微生物对污水中的总磷和有机污染物(codcr)进行去除，或单独用于深度处理工艺中具有较少的污泥产生量的产品，用于保证污水处理厂的稳定运行。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种去除污水总磷和有机物的吸附剂及其制备方法，可在工业和市政领域污水处理过程中，协同生化系统中的好氧微生物或单独用于深度处理工艺中，使处理后的污水达到gb8978《污水综合排放标准》中一级排放标准总磷≤0.5mg/l和codcr≤50mg/l的指标要求。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种去除污水总磷和有机污染物的吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
8.将生物炭、铁铝矾和水发生聚合反应得到铁铝矾生物炭吸附剂；
9.然后将所述铁铝矾生物炭吸附剂与无机金属盐溶液在50
‑
90℃下反应4
‑
6h，再进行水热反应，得到所述去除污水总磷和有机污染物的吸附剂；
10.所述无机金属盐溶液中至少包括一种无机铝盐和一种无机铁盐。
11.在其中一个实施例中，所述生物炭、铁铝矾和水的质量比为(0.1
‑
0.3):(0.2
‑
0.4):(0.3
‑
0.7)。
12.在其中一个实施例中，所述无机铝盐中的铝离子与所述无机铁盐中的铁离子的质量比为(0.16
‑
0.7):(0.3
‑
0.84)。
13.在其中一个实施例中，所述无机铝盐包括硫酸铝、氢氧化铝、三氯化铝；所述无机铁盐包括硫酸亚铁、硫酸铁和聚合硫酸铁。
14.在其中一个实施例中，所述发生聚合反应的条件：在150
‑
210℃下反应1
‑
4h。
15.在其中一个实施例中，所述进行水热反应的条件：在140
‑
180℃下反应时间为2
‑
3h。
16.本发明还提供一种去除污水总磷和有机污染物的吸附剂，采用所述的制备方法制备而成。
17.本发明还提供所述的去除污水总磷和有机污染物的吸附剂在去除污水中总磷和有机污染物中的应用。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明提供的去除污水总磷和有机污染物的吸附剂同时具备吸附污水中总磷和有机污染物的功能；在处理污水中污染物时同时具有吸附污染物和协同生化中微生物的作用(主要体现本发明吸附剂在好氧段可形成“类颗粒污泥”，使所产生的“类颗粒污泥”的颗粒同时具有好氧、缺氧和厌氧功能，提高污染物去除效率)；应用于污水生化单元的好氧段并且可用于混凝沉降段；且本发明提供的吸附剂具有污泥产生量少，泥水分离速度快的特点。
20.本发明提供的去除污水总磷和有机污染物的吸附剂作用机理是以铁铝矾生物炭为载核，在其孔道内接入铝盐和铁盐类无机分子结构，得到铁铝矾生物炭吸附剂，通过铁铝矾生物炭自身的物理吸附能力同时将总磷和有机污染物及部分fe2 吸附于活性炭表面及其孔道之中，fe2 为微生物提供必需的微量元素，可提高微生物的生物活性。同时聚合在铁铝矾生物炭孔道和表面的三价铝盐和铁盐作为生物炭的“触手”通过电荷作用抓捕周边活性污泥菌胶团及部分污染物。本发明提供的吸附剂在污水中最终会形成以生物炭为内核的具有紧密结构的“类颗粒污泥”，该“类颗粒污泥”可同时实现厌氧、缺氧和好氧功能，“类颗粒污泥”具有结构紧密且沉降性能好等优点。经本发明吸附剂处理后的市政和工业污水，可以达到gb8978《污水综合排放标准》中一级排放标准总磷≤0.5mg/l和codcr≤50mg/l。
附图说明
21.图1为去除污水总磷和有机污染物吸附剂生化单元工业应用示意图；
22.图2为去除污水总磷和有机物污染物吸附剂气浮单元工业应用示意图；
23.图3为去除污水总磷和有机物污染物吸附剂混凝沉淀单元工业应用示意图；
24.图4为实施例1投加吸附剂后污水中总磷含量的效果图；
25.图5为实施例1投加吸附剂后污水中codcr含量的效果图；
26.图6为实施例2投加吸附剂后污水中总磷含量的效果图；
27.图7为实施例2投加吸附剂后污水中codcr含量的效果图；
28.图8为实施例3投加吸附剂后污水中总磷含量的效果图；
29.图9为实施例3投加吸附剂后污水中codcr含量的效果图。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
31.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.以下为具体实施例
33.以下结合实施例对本发明进一步说明：
34.如图1
‑
图3所示为污水中总磷和有机污染物的吸附剂工业应用中在污水处理流程中生化单元和深度处理单元投加位置示意图，从图1中可以看出，污水中总磷和有机污染物吸附剂在生化单元的好氧池或二沉池中投加；或投加至图2和图3中深度处理单元进水管线处。本发明提供的去除污水总磷和有机污染物的吸附剂适用于生化工艺中的ao、aao、cast和mbbr等具有内外回流或填料的工艺以及深度处理单元中的混凝沉淀池和气浮工艺。
35.现就几个较典型的实施案例进行描述：
36.实施例1
37.步骤1，向水热反应器中加入生物炭、铁铝矾和去离子水，三者质量分别为300kg、200kg和500kg，在200℃条件下反应3h，过滤烘干后制得铁铝矾生物炭吸附剂。
38.步骤2，向常压搅拌反应器中加入100kg的铁铝矾生物炭吸附剂及900kg的金属盐溶液，金属盐溶液由聚合硫酸铁、硫酸铝和去离子水混合制得，三者质量分别为360kg、180kg和360kg，在60℃条件下搅拌反应5h。
39.步骤3，将步骤2溶液600kg加入水热反应器中，在180℃条件下反应3h，过滤干燥后制得去除污水中总磷和有机物的吸附剂。
40.将制得的去除污水总磷和有机污染物的吸附剂在盘锦市工业污水厂开展了工业化应用研究，该污水厂采用“缺氧 aao工艺流程”，工业应用期间进水codcr为200
‑
340mg/l、tp为2.0
‑
4.0mg/l、日处理污水5000m3、ph为6.0
‑
7.5、do为1.0
‑
2.0mg/l。经为期1个月的现场应用，生化出水图1和2分别为投加吸附剂后codcr和tp的效果图，均达到了gb8978《污水综合排放标准》中一级排放标准要求的总磷≤0.5mg/l和codcr≤50mg/l。应用期间形成的“类颗粒污泥”沉降性能优良，污泥沉降时间由投加吸附剂前的15min减少至5min。
41.实施例2
42.步骤1，向水热反应器中加入生物炭、铁铝矾和去离子水，三者质量分别为100kg、300kg和600kg，在180℃条件下反应3h，过滤烘干后制得铁铝矾生物炭吸附剂。
43.步骤2，向常压搅拌反应器中加入200kg的铁铝矾生物炭吸附剂及800kg的金属盐溶液，金属盐溶液由硫酸亚铁、硫酸铝和去离子水混合制得，三者质量分别为250kg、150kg和600kg，在80℃条件下搅拌反应6h。
44.步骤3，将步骤2溶液400kg加入水热反应器中，在160℃条件下反应2h，过滤干燥后制得去除污水总磷和有机污染物的吸附剂。
45.将制得去除污水总磷和有机污染物的吸附剂在盘锦市市政污水厂开展了工业化应用研究，该污水厂采用“aao工艺流程”，工业应用期间进水codcr为200
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330mg/l、tp为2.1
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3.6mg/l、日处理污水10000m3、ph为6.5
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7.5、do为1.0
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1.5mg/l。经为期1个月的现场应用，生化出水图3和图4分别为投加吸附剂后codcr和tp的效果图，均达到了gb8978《污水综合排放标准》中一级排放标准要求的总磷≤0.5mg/l和codcr≤50mg/l。
46.实施例3
47.步骤1，向水热反应器中加入生物炭、铁铝矾和去离子水，三者质量分别为100kg、200kg和700kg，在150℃条件下反应4h，过滤烘干后制得铁铝矾生物炭吸附剂。
48.步骤2，向常压搅拌反应器中加入300kg的铁铝矾生物炭吸附剂及700kg的金属盐溶液，金属盐溶液由硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铝和去离子水混合制得，四者质量分别为250kg、100kg、200kg和450kg，在70℃条件下搅拌反应5h。
49.步骤3，将步骤2溶液500kg加入水热反应器中，在180℃条件下反应3h，过滤干燥后制得去除污水总磷和有机污染物的吸附剂。
50.将制得去除污水总磷和有机污染物的吸附剂在盘锦市乡镇污水厂开展了工业化应用研究，该污水厂采用“ao工艺流程”，工业应用期间进水codcr为220
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340mg/l、tp为2.1
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3.9mg/l、日处理污水300m3、ph为6.0
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8.0、do为0.8
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1.2mg/l。经为期1个月的现场应用，生化出水图5和图6分别为投加吸附剂后codcr和tp的效果图，均达到了gb8978《污水综合排放标准》中一级排放标准要求的总磷≤0.5mg/l和codcr≤50mg/l。
51.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
52.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。