一种活化给水厂污泥基陶粒强化其吸磷效果的方法与流程

本发明属于水处理领域，具体涉及一种活化给水厂污泥基陶粒强化其吸磷效果的方法。

背景技术：

磷是生物生长的基本营养元素，但磷含量＞0.02mg/L会导致水体富营养化，严重破坏水生生态系统。同时磷也是影响我国水体富营养化的关键因子。去除污水中的磷使其达到排放标准成为延缓水体富营养化的有效手段。吸附法作为一种简单、高效、快速的除磷技术受到广泛关注，其关键在于寻找高效而廉价的吸附材料。目前常用的吸附材料包含活性氧化铝、活性炭、沸石、粘土矿物以及一些工业副产物。其中，开发一些废弃物作为吸附材料，实现废弃物的资源化，符合循环经济的理念，具有重大的现实意义。

给水厂污泥是水处理工艺过程中的副产物，主要包括沉淀池排泥水和反冲洗水，产量巨大，为进水量的4-7％。目前，给水污泥处置方式主要包含土地填埋、直接排入受纳水体或市政管网，但是这些方式均存在一定的缺点，土地填埋处置费用较高；直接排入受纳水体，会抬高河床，影响水体生态系统；而排入市政管网，则会增加污水处理厂的负荷。给水厂污泥作为一种安全无害的废弃物，其富含无定形态的铁铝，具有巨大的比表面积和微孔体积，可作为吸附材料回收利用。目前，已有研究表明给水厂污泥可以有效去除水体中的磷。回收给水厂污泥做吸磷材料，解决污泥处置问题的同时开发了廉价、高效的吸附材料，这种变废为宝的处置方式，实现了污泥资源化，将成为未来污泥处置的发展趋势。

当前，针对开发给水厂污泥做吸磷材料的研究主要集中在利用给水厂污泥烧制陶粒，然后将其作为滤料或填料运用到水处理工艺中。已有些研究做了相关报道，如申请号为201210243400.6的专利公开了一种以给水污泥与污水污泥制备水处理滤料的方法；申请号为201511023099.8的专利公开了一种用给水厂污泥制备多孔型吸磷陶粒的方法。但目前污泥陶粒均存在给水厂污泥掺杂量低，吸附效果差的缺陷。这些缺点均限制了给水厂污泥的广泛使用，因此，制备高效除磷给水厂污泥陶粒将成为未来污泥资源化的必然趋势。

技术实现要素：

为了克服以上技术存在的问题，本发明旨在提供一种活化给水厂污泥基陶粒强化其吸磷效果的方法，通过将给水厂污泥干化破碎与粘土混和均匀，于成球机中喷洒适量的水造粒，干燥后经高温煅烧得到污泥陶粒，然后将污泥陶粒浸泡于盐酸中活化，清洗烘干后即得到活化污泥陶粒。

本发明提出的一种活化给水厂污泥基陶粒强化其吸磷效果的方法，具体步骤如下：

(1)将给水厂污泥自然干化，粉碎，过筛，使其粒径≤125μm；

(2)将给水厂污泥、粘土混合均匀后于成球机内，喷洒适量的水，造粒成球；

(3)筛分获得粒径为0.8mm～1mm的生料球，自然晾干，移入马弗炉中在400℃条件下预热20min，然后升温至900℃，焙烧10min，随炉冷却得到污泥陶粒；

(4)将陶粒浸泡于浓度为0.5mol/L～2mol/L的HCl溶液中24h；

(5)滤出陶粒，用去离子水洗净，烘干即得到最终产品。

优选的，步骤(2)中所述给水污泥与粘土的质量比为2:1。

优选的，步骤(2)中所述水的质量为物料总质量的15％。

优选的，步骤(2)中成球机的转速为40rpm。

优选的，步骤(3)中，陶粒重量(g)与HCl溶液的体积(mL)比为1:10。

用活化后的给水厂污泥陶粒处理模拟含磷废水，测定处理前后磷的浓度，计算去除率和吸附量。

吸附容量Q_t和去除率η的计算公式见(a)、(b)

吸附容量Q_t＝(C₀-C_t)V/m (a)

去除率η＝(C₀-C_t)/C₀ (b)

式中：Q_t—t时刻的吸附容量，mg/g；

η—去除率，％

C₀，C_t—磷初始浓度和t时刻的浓度，mg/L；

V—溶液体积，L；

m—吸附剂的质量，g。

本发明的有益效果：

本发明在污泥陶粒烧制过程中，提高了给水厂污泥掺量，既解决了给水厂污泥处理处置问题，同时降低了纯粘土陶粒的成本，保护了耕地；活化后的陶粒具有良好的磷吸附效果，克服了其工程应用缺陷。

附图说明

图1为本发明的给水污泥陶粒表观结构图。

图2为本发明陶粒活化前后对磷24h吸附情况图。

具体实施方式

实施例1：

用给水厂污泥制备陶粒的方法，具体步骤如下：

(1)将给水厂污泥自然干化，粉碎，过筛，使其粒径≤125μm；

(2)将给水厂污泥、粘土以质量2:1混合均匀后于成球机内，设置成球机的转速为40rpm，喷洒质量约为物料质量15％的水，造粒成球；

(3)筛分获得粒径为0.8mm～1mm的生料球，自然晾干，移入马弗炉中在400℃条件下预热20min，然后升温至900℃，焙烧10min，随炉冷却得到污泥陶粒。

该陶粒的筒压强度为4.3MPa，比表面积为2.7m²/g。

实施例2：

水厂污泥制备陶粒的活化方法，具体步骤如下：

(1)称取5g陶粒3份分别置于50mL浓度为0.5mol/L，1mol/L，2mol/L的HCl溶液中，浸泡24h；

(2)滤出陶粒，用去离子水洗净，烘干得到活化后的给水厂污泥陶粒。

实施例3：

活化前后给水污泥陶粒的磷吸附性能的确定

配制初始浓度为50mg/L的KH₂PO₄溶液模拟含磷废水，加入实施例1-2中制备的活化前后的给水污泥陶粒，在固液比为1:100的条件下，于振荡培养箱中以100rpm的转速振荡100h，活化前后陶粒除磷效果如图2所示。从图中可以看出，活化后陶粒除磷效果明显提高，并且随着盐酸浓度的增大，去除率和吸附量逐渐增大。当盐酸浓度为2mol/L时，陶粒对溶液中磷的去除率高达87％，吸附量为961mg/kg。

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。