一种基于火山灰土富集水体中磷的吸附剂及其制备方法与应用

1.本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于火山灰土富集水体中磷的吸附剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.火山灰土为在第四纪火山活动区由火山灰母质形成的各种土壤。分布在世界各地近代火山活动较频繁的地区，在中国的分布面积很小。有些发育程度较深的火山灰土剖面出现明显分化，肥力较高。这种土壤的特点是土壤质地较粗，孔隙度高，受侵蚀危害较大，并含有大量火山起源矿物。
3.成土年龄较轻、发育程度低者，仍保留火山灰原来的特征，剖面分化微弱；发育程度较深者，已有明显的剖面分化，表层有机质含量可达15%以上，土色暗灰，肥力颇高。这种土壤孔隙度高，质地较粗，易受侵蚀，含有大量火山起源的矿物（如火山玻璃、火山碎屑等），其量超过70%；粘土矿物以水铅英石为主，对磷有固定作用。然而在火山灰土壤中有较高的磷吸持量, 并与ph (na f)值有良好的相关性, 但ph (na f) 值》9.4时, 磷酸盐吸持量》85%,这是由于火山灰土壤中类水铝英石和铝-腐植质络合物的高磷吸附的特性所致。
4.随着新时代的到来，随着社会经济的日益进步和人们生活水平的不断提高，城市生活用水量剧增，污水处理厂所需要处理的生活污水量也在增长。由于污水量的增长导致污水处理厂的有机物含量降低，磷的含量在逐渐地增高，对城市生活污水除磷研究已经成为污水处理的瓶颈。从城市生活污水中磷的来源来看，其主要来自包含排泄物、食物残渣、农药、化肥等的生活污水。若是对其中的磷处理不当的话，必然会引起水体的富营养化。因此，在现阶段对于城市生活污水的处理过程中，则需要研究除磷技术，在提升除磷效率的同时，提升生活污水处理的效率与水平。
5.城市生活污水除磷就是指将污水中的磷酸盐通过多种方式转化为固体颗粒，以此来从污水中将磷排除。从这些固体颗粒来看，其属于不可溶解的磷酸盐沉淀物，或者是活性污泥中的微生物固体，亦或是人工湿地植物组分。从城市生活污水除磷技术来看，现阶段污水除磷的技术种类很多，但是除磷效果好、应用范围较广的主要为生物法、化学沉淀法和吸附法。吸附法除磷的关键是吸附剂的选择，除磷吸附剂应具备生产成本低，吸附容量大，原料来源广等特点。目前常用的吸附剂主要为天然材料及废渣、活性氧化铝及其改性物和人工合成吸附剂等三大类。天然材料和活性氧化铝因其吸附容量小，成本高，容易产生二次污染等应用受到限制，现在人工合成除磷吸附剂越来受到重视。


技术实现要素：

6.本发明的第一目的在于提供一种基于火山灰土富集水体中磷的吸附剂；第二目的在于提供所述吸附剂的制备方法；第三目的在于提供所述吸附剂的应用。
7.本发明的第一目的是这样实现的，所述基于火山灰土富集水体中磷的吸附剂，包
括以下原料：火山灰土、生物炭、石英粉和稀硝酸。
8.进一步的，所述原料的质量百分比为：火山灰土70%~90%；石英粉10%~30%；生物炭5%~20%；每100g的火山灰土、生物炭、石英粉混合粉末中，加入稀硝酸40~50ml。
9.进一步的，所述稀硝酸为质量百分比不大于 1％的稀硝酸，因为硝酸的不稳定性,越浓越容易分解。
10.本发明的第二目的是这样实现的，所述基于火山灰土富集水体中磷的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：（1）按比例将火山灰土、生物炭、石英粉混合均匀得到混合粉末；（2）向步骤（1）所得混合粉末中加入质量百分比不大于1％的稀硝酸，搅拌，形成泥状混合物；（3）将步骤（2）所得泥状混合物挤成块状，自然风干，之后经过600~800℃条件下加热2~3h，最终得到磷吸附剂。
11.进一步的，步骤（3）所述块状长度为30~50mm，宽度为20~30mm，高度为5~10mm。
12.本发明的第三目的是这样实现的，所述吸附剂在生活污水中的磷去除或水体富营养化治理修复中的应用。
13.进一步的，所述的基于火山灰土富集水体中磷的吸附剂的应用方法为：将制作好的吸附剂放进含磷污水中，将污水与吸附剂充分接触，使废水中的磷与其中的吸附剂反应6-10小时，火山灰土的吸附能力将会吸附富集污水中的磷，从而达到显著除磷的效果，进而可以保证污水的达标排放。吸附后的除磷吸附剂附着大量的磷和悬浮物形成含磷污泥，污泥中火山灰土吸附富集污水中的磷，进一步提升火山灰土中磷的含量，从而提高火山灰土肥力，使其更适合用于改良土壤，并且所添加量会大幅度降低，不会造成二次污染，实现环境-经济的良性循环。
14.与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：1、本发明方法所用的火山灰土通常多孔， 渗水性良好，表层腐殖质含量极高，腐殖化作用明显，土壤容重小，对磷有固定作用。火山灰土有较高的磷吸持量。相较于其他材料，极大地提高了磷的去除效率。
15.2、本发明方法所制备的吸附剂表面积大，接触面大，除磷效率高。
16.3、本发明方法所得到的富集污水中的磷后的污泥，其更适合用于改良土壤，并且所添加量会大幅度降低。
17.4、本发明方法所得到的除磷吸附剂，在一定比例下，火山灰土添加量越多，除磷效果越好，除磷效率可达95%。
18.5、本发明方法所得到的除磷吸附剂除磷效果好，操作简单方便。
具体实施方式
19.下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
20.结合实施例1~4对本发明作进一步说明。
21.实施例1一种利用火山灰土吸收生活污水中磷的方法，包括以下步骤：s1、除磷吸附剂的原料包括火山灰土、生物炭、石英粉和稀硝酸。
22.s2、按质量将其混合：火山灰土70g；石英粉20g；生物炭10g；将火山灰土、生物炭和石英粉混合粉末，加入质量百分比不大于1％的稀硝酸40ml。搅拌成泥状，挤压制成块状，自然风干后制成长度为30mm，宽度为20mm，高度为5mm。将所得块状颗粒平铺在坩埚底部，放入中频炉中在600℃加热2h，最终将其取出，得到除磷吸附剂。
23.将上述除磷吸附剂投放在污水处理厂的预反应池中，每处理1吨含磷污水需消耗2.6千克除磷吸附剂。使废水中的磷与其中的除磷吸附剂反应8小时，最终废水中磷的浓度可从处理前的5.0mg/l降至处理后的0.5mg/l，除磷率可高达90%，从而可以保证污水的达标排放。吸附后的除磷吸附剂附着大量的磷和悬浮物形成含磷污泥，污泥中火山灰土吸附富集污水中的磷，进一步提升火山灰土中磷的含量，从而提高火山灰土肥力，使其更适合用于改良土壤，并且所添加量会大幅度降低，不会造成二次污染，实现环境-经济的良性循环。持续投加该除磷吸附剂可保证稳定的除磷率。
24.实施例2一种利用火山灰土吸收生活污水中磷的方法，包括以下步骤：s1、除磷吸附剂的原料包括火山灰土、生物炭、石英粉和稀硝酸。
25.s2、按质量将其混合：火山灰土75g；石英粉15g；生物炭10g；将火山灰土、生物炭和石英粉混合粉末，加入质量百分比不大于1％的稀硝酸40ml。搅拌成泥状，挤压制成块状，自然风干后制成长度为40mm，宽度为30mm，高度为5mm。将所得块状颗粒平铺在坩埚底部，放入中频炉中在800℃加热2h，最终将其取出，得到除磷吸附剂。
26.将上述除磷吸附剂投放在污水处理厂的预反应池中，每处理1吨含磷污水需消耗2.4千克除磷吸附剂。使废水中的磷与其中的除磷吸附剂反应8小时，最终废水中磷的浓度可从处理前的5.0mg/l降至处理后的0.42mg/l，除磷率可高达91.6%，从而可以保证污水的达标排放。吸附后的除磷吸附剂附着大量的磷和悬浮物形成含磷污泥，污泥中火山灰土吸附富集污水中的磷，进一步提升火山灰土中磷的含量，从而提高火山灰土肥力，使其更适合用于改良土壤，并且所添加量会大幅度降低，不会造成二次污染，实现环境-经济的良性循环。持续投加该除磷吸附剂可保证稳定的除磷率。
27.实施例3一种利用火山灰土吸收生活污水中磷的方法，包括以下步骤：
s1、除磷吸附剂的原料包括火山灰土、生物炭、石英粉和稀硝酸。
28.s2、按质量将其混合：火山灰土80g；石英粉10g；生物炭10g；将火山灰土、生物炭和石英粉混合粉末，加入质量百分比不大于1％的稀硝酸40ml。搅拌成泥状，挤压制成块状，自然风干后制成长度为50mm，宽度为30mm，高度为5mm。将所得块状颗粒平铺在坩埚底部，放入中频炉中在600~800℃加热2h，最终将其取出，得到除磷吸附剂。
29.将上述除磷吸附剂投放在污水处理厂的预反应池中，每处理1吨含磷污水需消耗2.2千克除磷吸附剂。使废水中的磷与其中的除磷吸附剂反应8小时，最终废水中磷的浓度可从处理前的5.0mg/l降至处理后的0.38mg/l，除磷率可高达92.4%，从而可以保证污水的达标排放。吸附后的除磷吸附剂附着大量的磷和悬浮物形成含磷污泥，污泥中火山灰土吸附富集污水中的磷，进一步提升火山灰土中磷的含量，从而提高火山灰土肥力，使其更适合用于改良土壤，并且所添加量会大幅度降低，不会造成二次污染，实现环境-经济的良性循环。持续投加该除磷吸附剂可保证稳定的除磷率。
30.实施例4一种利用火山灰土吸收生活污水中磷的方法，包括以下步骤：s1、除磷吸附剂的原料包括火山灰土、生物炭、石英粉和稀硝酸。
31.s2、按质量将其混合：火山灰土85g；石英粉10g；生物炭5g；将火山灰土、生物炭和石英粉混合粉末，加入质量百分比不大于1％的稀硝酸40ml。搅拌成泥状，挤压制成块状，自然风干后制成长度为50mm，宽度为40mm，高度为5mm。将所得块状颗粒平铺在坩埚底部，放入中频炉中在600~800℃加热2h，最终将其取出，得到除磷吸附剂。
32.将上述除磷吸附剂投放在污水处理厂的预反应池中，每处理1吨含磷污水需消耗2.0千克除磷吸附剂。使废水中的磷与其中的除磷吸附剂反应8小时，最终废水中磷的浓度可从处理前的5.0mg/l降至处理后的0.28mg/l，除磷率可高达94.4%，从而可以保证污水的达标排放。吸附后的除磷吸附剂附着大量的磷和悬浮物形成含磷污泥，污泥中火山灰土吸附富集污水中的磷，进一步提升火山灰土中磷的含量，从而提高火山灰土肥力，使其更适合用于改良土壤，并且所添加量会大幅度降低，不会造成二次污染，实现环境-经济的良性循环。持续投加该除磷吸附剂可保证稳定的除磷率。