專利名稱：：去除城市污水處理廠二級出水中氨氮的復配材料的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明是關于水處理材料，特別涉及一種去除城市污水處理廠二級出水中氨氮的復配材料。
背景技術：
：水資源短缺和水資源的開發(fā)利用已成為人們研究和探討的熱點問題，解決這種供需矛盾的有效途徑之一就是對城市污水的再生利用。污水經(jīng)過污水處理廠的常規(guī)處理后多數(shù)指標能夠達到達標排放，但仍含有一些物質(如溶解鹽類)不能滿足工業(yè)冷卻水、環(huán)境景觀用水和城鎮(zhèn)雜用水的水質要求。因此，針對工業(yè)用水、城鎮(zhèn)雜用水、景觀環(huán)境用水等不同的回用途徑，以城市污水廠的二級處理出水為水源，通過對高效脫氮除磷、膜生物反應器、膜技術、沉淀混凝、過濾等單元技術進行最大程度的組合，研究和開發(fā)出分別或同時滿足工業(yè)用水、城鎮(zhèn)雜用水、景觀環(huán)境用水的水質要求的再生利用工藝技術及其配套設備，使之發(fā)揮環(huán)境和經(jīng)濟效益?，F(xiàn)有城市污水處理廠二級出水水質日益提高，但往往由于這樣或那樣的原因使出水中仍殘留有較高的氨氮濃度，這些殘留的氨氮或在處理系統(tǒng)中易轉換為氨氮的有機化合物有以下危害(1)殘留在出水中的氨氮因硝化作用要消耗大量水中的溶解氧，造成水體黑臭；(2)加速水體的富營養(yǎng)化；(3)導致給水處理時加氯量的增加，降低消毒效率。因此，氮化合物是再生水水質重要的控制指標。城市污水的再生利用是解決目前水資源短缺的有效途徑之一，但城市污水二級出水中仍含有較高濃度的氨氮等溶解性物質，不能滿足環(huán)境景觀用水等的水質要求，在利用天然礦成功制備出納米分子篩的基礎上，嘗試應用其處理水中氨氮。單獨投加納米分子篩的試驗表明，納米分子篩雖然對溶液中氨氮具有吸附速度快的特點，但存在著反應后溶液pH偏堿性，溶液濁度大幅度增高的現(xiàn)象；而采用硅藻土不僅具有吸附能力，能夠起到混凝作用，而且產生的硅藻土污泥可通過再生重新利用，單獨投加硅藻土的試驗表明，硅藻土對溶液中氨氮幾乎沒有作用，但投加硅藻土后溶液顯酸性，而且硅藻土的沉降速度比較快。目前已有利用納米材料對水中溶解性污染物進行吸附，然后再通過絮凝方法將尺寸在膠體粒子范疇的納米材料顆粒凝聚沉淀，使之從水中分離去除的研究，但研究者利用的是納米Si02、Ti02等，以及微孔分子篩等;硅藻土用于城市污水的處理還處于初期階段，工程實踐上可以借鑒的工程實例較少，理論上硅藻土污水處理的完整的機理還不清楚，且處理對象多為有機物、重金屬，這里是在認識納米分子篩和硅藻土單獨作用于氨氮溶液的試驗結果。對于任何污染物，人們都能發(fā)明相應的有效治理方法，關鍵問題是污染防治技術的成本問題，這也是妥善解決環(huán)保與生產之間、環(huán)境與發(fā)展之間矛盾的關鍵所在。對于生產力水平較低的廣大發(fā)展中國家，開發(fā)、利用成本低廉的環(huán)保技術其意義更為重大。
發(fā)明內容本發(fā)明是為了克服以上技術存在的問題，提供一種去除城市污水處理廠二級出水中氨氮的復配材料，將納米分子篩和硅藻土二者復配進行研究的思路，而且二者復配后大大改善了溶液的pH環(huán)境，充分發(fā)揮了了各自的特點，發(fā)生了協(xié)同效應，對氨氮的去除率明顯高于單獨投加納米分子篩的去除率，而且可以減少納米分子篩的用量，降低成本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種去除城市污水處理廠二級出水中氨氮的復配材料，其特征是，包括納米分子篩和硅藻土，納米分子篩和硅藻土的配比為5:1，納米分子篩和硅藻土在污水中的投加量為0.6g/50ml，先投加分子篩，再投加硅藻土或先投加硅藻土，再投加分子篩或同時投加納米分子篩和硅藻土，按上述方式投加納米分子篩和硅藻土后，進行攪拌，靜置沉淀后，進行離心分離，然后進行水的測定和分析。本發(fā)明的有益效果納米分子篩與硅藻土復配對不同氨氮初始濃度的去除效果表明，當初始氨氮濃度小于30mg/L時，氨氮出水值小于5mg/L，去除率達80%以上，反應后溶液pH值和殘余濁度指標也符合要求；對氨氮初始濃度較高、一次處理后殘余氨氮濃度不達標的情況下，可對出水進行回流再處理，直至滿足出水指標為止；其出水水質接近于地表水環(huán)境質量標準的V類相關回用指標，可滿足各種再生水水質要求。我國有豐富的硅藻土資源，而納米分子篩也是利用天然礦高嶺土制備的，使用后都可重新再生回收利用；另外，產生的硅藻土污泥要比其它鋁鹽、鐵鹽等的化學污泥的脫水性能好，可以節(jié)省后續(xù)污泥處理費用；且由于硅藻土應用領域廣泛，硅藻土污泥的回收利用可能性大，經(jīng)適當處理，可回用到農業(yè)、污水處理或建材等方面，產生良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。圖l是本發(fā)明的試驗方法方框圖，圖2是本發(fā)明的反應時間對納米分子篩去除水中氨氮效果影響圖，圖3是投加納米分子篩反應平衡后溶液濁度與納米分子篩投加量的關系曲線圖，圖4是納米分子篩用量與氨氮的去除效果及反應后溶液pH的關系曲線圖，圖5是硅藻土投加量與反應后溶液濁度和pH的關系曲線圖，圖6是納米分子篩和硅藻土復配比與反應后溶液濁度的關系曲線圖，圖7是納米分子篩和硅藻土復配比與反應后溶液pH的關系曲線圖，圖8是納米分子篩和硅藻土復配比與反應后溶液殘余氨氮濃度的關系曲線圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明如圖1所示。試驗儀器主要有六聯(lián)攪拌機、電子天平、722型分光光度計、濁度儀、pH計等。試驗使用六聯(lián)攪拌機完成混凝過程。先在每個燒杯內加入試驗配水，然后迅速加入一定量的納米分子篩/硅藻土，在加入藥劑后，先快速攪拌，而后慢速攪拌，最后靜置沉淀，再離心分離、取上清液分析測定。其中，氨氮的測定用納氏試劑分光光度法。當氨氮配水P朋.8，氨氮初始濃度40mg/L，分子篩投加量O.lg/50ml條件下，考察吸附時間對納米分子篩吸附效果的影響。圖2為反應時間對納米分子篩去除水中氨氮效果的影響曲線圖，從圖2可看出，納米分子篩吸附氨氮的速度在起始階段很快，而后逐漸緩慢趨于平衡。在吸附時間5min時，已達飽和吸附容量的90%(吸附5min時氨氮的去除效果接近54X，而吸附60min時氨氮的去除效果僅為60%)，故在應用納米分子篩去除氨氮時，其吸附時間可以控制在一個較短時間范圍內，使反應設備容積減小。當氨氮配水pH值接近中性時，氨氮初始濃度40mg/L，溶液濁度小于1NTU情況下，投加不同納米分子篩達反應平衡后溶液的濁度情況。圖3為投加納米分子篩反應平衡后溶液濁度與納米分子篩投加量的關系圖，如圖3所示，投加納米分子篩后溶液濁度大大增加，且溶液中濁度與納米分子篩投加量間存在良好的函數(shù)關系，在用多項式擬合時，其相關關系R2達0.9997;導致溶液濁度顯著增加的主要原因是納米分子篩的比重較輕，經(jīng)攪拌后分散于水中，長時間靜置后仍呈混濁狀態(tài)，如果在實際工程實踐中在反應器中只單純投加納米分子篩所產生的最重要的問題就是大大影響出水濁度，需要應用離心設備或采取其它措施來解決。除了出水濁度外，這里把出水pH作為一項重要的考核指標來考察，投加納米分子篩前后溶液的pH變化及出水是否滿足回用標準。圖4為納米分子篩用量與氨氮的去除效果及反應后溶液pH的關系曲線。在上述水質情況下，由圖4可以看出投加納米分子篩后溶液pH值均增加，呈現(xiàn)堿性，隨納米分子篩投加量的增多，溶液堿性增加越顯著，當納米分子篩投加量為O.10g/50ml時，溶液pH值己經(jīng)達到8.6，隨著投加量的進一步增加，溶液pH繼續(xù)增加，當投加量為0.40g/50ml時，反應后溶液中pH值竟高達pH9.6，即使此時氨氮去除率很高，溶液中殘余氨氮濃度能滿足回用水標準要求，但pH遠遠超過國家標準，不能直接回用，需增加中和工藝或采取其它措施來解決；對納米分子篩投加量與對應反應后溶液pH值進行數(shù)據(jù)擬合，可以發(fā)現(xiàn)二者間存在良好的函數(shù)關系，在用指數(shù)關系表征時，其相關關系R2達0.9879，可用來進行納米分子篩投加量與反應后溶液pH值的數(shù)據(jù)估算。從圖4可以看出，隨納米分子篩投加量的增加，氨氮的去除率逐漸增加，當投加量為O.10g/50ml時，氨氮去除率達63%，繼續(xù)增大納米分子篩投加量，去除效果趨于穩(wěn)定，如果進一步增加投加量，不但氨氮去除效果不增加，反而降低，故選定納米分子篩最佳投加量為O.10g/50ml。投加硅藻土試驗過程及操作過程同納米分子篩，從多組試驗現(xiàn)象來看，投加硅藻土于配水中，經(jīng)充分攪拌后，呈現(xiàn)出與納米分子篩試驗完全不同的現(xiàn)象和結果。由于硅藻土比重較大，沉淀速度很快；另一方面就是無論怎樣改變硅藻土的投加量，投加前后溶液中氨氮的濃度始終是一樣的，證明試驗用硅藻土對氨氮沒有去除效果，這與前人的試驗結果相一致。以硅藻土為混凝劑不能有效去除水體中的NH3—N，如需去除水體中的朋3—N，還需配合使用其它處理方法；用改性硅藻土對城市垃圾滲濾液進行處理，發(fā)現(xiàn)對懸浮物和色度的去除率分別大于98%和96%，而對NH3—N的去除沒有任何作用。圖5是硅藻土投加量與反應后溶液濁度和pH的關系曲線。如圖5所示，在氨氮配水中投加硅藻土后，溶液pH值大大降低，溶液顯酸性，且隨硅藻土加入量的增加，溶液pH值降低程度也在增加；投加硅藻土經(jīng)反應沉淀后，溶液濁度顯著增加，硅藻土加入量越多，溶液殘余濁度越大，不過遠遠低于投加納米分子篩后的溶液濁度。在單獨投加納米分子篩和硅藻土所得試驗現(xiàn)象和結論的基礎上，我們進行了納米分子篩和硅藻土的復配試驗研究。通常情況下，兩種作用機理的絮凝劑復配使用比單獨使用一種絮凝劑的效果要好，但是兩種藥品的投加順序不一樣，其絮凝效果不同。本發(fā)明的目的就是比較在不同的投加順序條件下的絮凝效果，確定兩種試劑復配使用時的最佳投藥順序。試驗中固定納米分子篩和硅藻土配比，分別按不同的投加順序投加到250ml原水中(氨氮模擬配水40mg/L，pH6.8pH7.0)，考察不同投加順序對溶液中氨氮的去除效果及投加復配材料前后溶液pH值、濁度的變化。表l分子篩和硅藻土復配在不同投加順序時的去除效果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>觀察試驗現(xiàn)象，各試驗沉淀都很明顯，沉降速度快，沉淀物呈絮狀，但液面有少量殘留懸浮物，測定反應后溶液濁度，如表1所示，濁度均小于l，滿足國家標準，其中，編號4試驗過程中沉淀完全，液面完全澄清，其出水濁度也是這些試驗中最低的；不同投加順序影響反應后溶液的pH，同時投加分子篩和硅藻土時溶液pH最低，但各組間相差不大；各組試驗平行樣間氨氮殘余濃度差異不大，只是同時投加分子篩和硅藻土時殘余氨氮濃度稍稍偏高。綜合以上，我們在后續(xù)的試驗中采用同時投加分子篩和硅藻土的方式。改變納米分子篩與硅藻土投加總量，固定二者配比35:1、29:1、23:1、17:1、11:1、5:1、1:1、1:5、1:11、1:17、1:23、1:29、1:35，分別稱取相應量的納米分子篩和硅藻土并使二者混合均勻，準備投加到配置好的氨氮模擬配水中，進行混凝攪拌試驗。圖6納米分子篩和硅藻土復配比與反應后溶液濁度的關系曲線圖，從圖6中可以看出，當納米分子篩投加量占優(yōu)勢時(納米分子篩與硅藻土配比在35:1—17:1)，反應后的溶液的殘余濁度較高，各配比間變化較陡；當納米分子篩與硅藻土配比在ll:1—5:1—1:l范圍段時，反應后的溶液的殘余濁度較低，尤其是在二者配比為5:l時，溶液的殘余濁度最低，這一點在試驗現(xiàn)象中也可以體現(xiàn)出來，往往是在配比5:l時形成絮體的速度最快，最大，而且沉降速度極快，在lmin左右即可完成，絮體為白色，只有絮體最底部有少量硅藻土顆粒，且液面澄清，在配比17:1、11:l及l(fā):l時形成絮體至沉淀下來需要3——5min;硅藻土投加量占優(yōu)勢時，沉淀速度也較快，溶液液面呈現(xiàn)明顯的硅藻土顏色，沉淀完全后，沉淀物中只有很少量的白色絮體，而且很小。由此可見，對納米分子篩和硅藻土進行復配后，解決了單純投加分子篩后溶液濁度偏高的現(xiàn)象，而且在二者配比5:l時，反應后溶液的濁度明顯低于單獨投加納米分子篩和硅藻土或者二者其它配比時的溶液濁度。圖7表明，納米分子篩投加量占優(yōu)勢時，反應后溶液pH偏堿性，而硅藻土投加量占優(yōu)勢時，反應后溶液pH偏酸性。反應后溶液pH值在p服.58.5范圍的納米分子篩與硅藻土配比為5:1—1:1。圖7是納米分子篩和硅藻土復配比與反應后溶液pH的關系曲線圖，氨氮配水初始濃度為40mg/L，從圖8中可以發(fā)現(xiàn)，硅藻土投加量占優(yōu)勢時反應前后溶液中氨氮濃度幾乎沒變，而納米分子篩投加量占優(yōu)勢時可大幅度降低溶液中氨氮濃度，當納米分子篩與硅藻土投加量配比在ll:1—5:l時反應后溶液殘余氨氮濃度最低，結合二者復配后對溶液濁度和pH的影響關系，選取納米分子篩和硅藻土的最佳投加量配比為5:1。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2是納米分子篩與硅藻土復配和單獨投加納米分子篩對氨氮去除效果的對照表，如表2所示，納米分子篩與硅藻土復配對氨氮的去除效果比單純投加納米分子篩對氨氮的去除效果好。NH/與朋3在水中呈下列反應NH3+H+—^NH4+當pH低時，平衡向右移動，即水中NH/增多；當pH高時，平衡向左移動水中NH3增多，在2CTC，pH二6條件下，氮的水溶液中NH3約占4.0%，pH=10時，氮的水溶液中朋3約占8.0%，由上可知，在堿性條件下，水中NH3相對增多，故氨氮去除率下降；在酸性條件下，水中NH/增多，故氨氮去除率較高。當納米分子篩和硅藻土復配投加到溶液后，由單獨投加納米分子篩產生的溶液呈堿性和單獨投加硅藻土使溶液呈酸性的溶液環(huán)境得到改善，充分發(fā)揮了納米分子篩對氨氮的吸附特性，而此時被充分攪拌混勻的硅藻土和納米分子篩通過電性中和、吸附架橋等作用凝集成較大的絮花，借重力沉淀至底部，達到較好降低溶液中氨氮的目的。這一過程充分發(fā)揮了二者的特點，發(fā)生了協(xié)同效應，達到了最佳的絮凝效果。固定納米分子篩與硅藻土投加量配比5:1，投加總量為0.6g/50ml。表3是納米分子篩與硅藻土復配對不同氨氮初始濃度的去除效果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3表明，當氨氮初始濃度小于30mg/L時，經(jīng)納米分子篩與硅藻土復配材料處理后氨氮出水值基本小于5mg/L，去除率達80%以上，反應后溶液pH值和殘余濁度指標也符合要求，對氨氮初始濃度較高、一次處理后殘余氨氮濃度不達標的情況可以對出水進行回流再次處理，直至滿足出水指標為止。故其出水水質接近于地表水環(huán)境質量標準的V類相關回用指標，可以滿足各種再生水水質要求。權利要求1.一種去除城市污水處理廠二級出水中氨氮的復配材料，其特征是，包括納米分子篩和硅藻土，納米分子篩和硅藻土的配比為51，納米分子篩和硅藻土在污水中的投加量為0.6g/50ml，先投加分子篩，再投加硅藻土或先投加硅藻土，再投加分子篩或同時投加納米分子篩和硅藻土，按上述方式投加納米分子篩和硅藻土后，進行攪拌，靜置沉淀后，進行離心分離，然后進行水的測定和分析。全文摘要本發(fā)明是關于一種去除城市污水處理廠二級出水中氨氮的復配材料，包括納米分子篩和硅藻土，其配比為5∶1，在污水中的投加量為0.6g/50ml，先投加分子篩，再投加硅藻土或先投加硅藻土，再投加分子篩或同時投加納米分子篩和硅藻土，按上述方式投加納米分子篩和硅藻土后，進行攪拌，靜置沉淀后，進行離心分離，然后進行水的測定和分析。按本發(fā)明處理的污水，可滿足各種再生水水質要求。我國有豐富的硅藻土資源，而納米分子篩也是利用天然礦高嶺土制備的，使用后都可重新再生回收利用；另外，產生的硅藻土污泥要比其它鋁鹽、鐵鹽等的化學污泥的脫水性能好，可以節(jié)省后續(xù)污泥處理費用；且由于硅藻土應用領域廣泛，硅藻土污泥的回收利用可能性大，經(jīng)適當處理，可回用到農業(yè)或建材等方面，產生良好經(jīng)濟和環(huán)境效益。文檔編號C02F101/38GK101412546SQ20071005990公開日2009年4月22日申請日期2007年10月16日優(yōu)先權日2007年10月16日發(fā)明者周崇坤,周巧玲,李大興,青王,譚相偉,瑞郭申請人:瑞郭