畜禽废水的吸附净化方法
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申请日 2020.09.29
公开（公告）日 2021.01.12
IPC分类号 C02F9/14; B01J20/26; B01J20/28; B01J20/30; C02F103/20; C02F101/30
摘要
本发明提供了一种畜禽废水的吸附净化方法，该方法先将畜禽废水进行预处理，然后加入莫来石粉，混匀后进行厌氧发酵产生沼气以及处理液，沼气供后续使用，处理液中加入吸附剂，静置，固液分离，得到出水和污泥，前者直接排放，后者加药混合和干化后外运使用，能够有效降低畜禽废水中的化学需氧量(COD)浓度、氨氮(NH3?N)浓度以及总磷(TP)浓度，应用前景广阔。
权利要求书
1.一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，以重量份计，先将100份畜禽废水进行预处理，然后加入0.8～1份莫来石粉，混匀后进行厌氧发酵产生沼气以及处理液，沼气供后续使用，处理液中加入1.2～1.8份吸附剂，静置8～10小时，固液分离，得到出水和污泥，前者直接排放，后者加药混合和干化后外运使用；其中，所述吸附剂的制备方法如下：
(1)先将褐煤粉末利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行表面改性，得到改性褐煤粉末；
(2)然后以丙烯酰胺、N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺为原料进行聚合反应，在聚合过程中加入改性褐煤粉末，制成凝胶颗粒；
(3)最后将凝胶颗粒加入聚乙烯醇水溶液中，接着加入聚硅硫酸铝搅拌反应，后处理，即得所述吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，畜禽废水预处理的具体方法如下：先将畜禽废水的pH调节至6.5～7.5，然后在1～2mA条件下电解处理10～15分钟。
3.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，厌氧发酵的工艺条件为：溶解氧控制在0.3～0.5mg/L，温度32～40℃，时间为5～8天。
4.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，步骤(1)的具体方法为：先将褐煤粉末加入3～5倍重量的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中，120～130℃搅拌反应4～6小时，离心即得所述改性褐煤粉末。
5.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，以重量份计，步骤(2)的具体方法如下：先将1份丙烯酰胺和0.08～0.1份N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺加入3～5份水中，搅拌至完全溶解，转移至钴源室内，以68.34Gy/min辐照2～3小时，加入0.7～0.9份改性褐煤粉末，搅拌混匀，继续以108.93Gy/min辐照8～10小时，得到水凝胶，后处理，制成凝胶颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，后处理的具体方法为：先用正己烷充分置换水凝胶中的水，然后经二氧化碳超临界流体干燥得到干凝胶，粉碎，得到凝胶颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，二氧化碳超临界流体干燥的工艺条件为：压力6～8MPa，温度45～50℃，时间8～10小时。
8.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，步骤(3)中，凝胶颗粒、聚乙烯醇水溶液和聚硅硫酸铝的质量比为1：3.5～4.5：5.5～7.5，其中，聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8～10％。
9.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，步骤(3)中，搅拌反应时间为30～40分钟。
10.根据权利要求1所述的一种畜禽废水的吸附净化方法，其特征在于，步骤(3)中，后处理的具体方法为：利用成球机制成生料球，100～107℃焙烧2～3小时，自然冷却至室温，即得所述吸附剂。
说明书
一种畜禽废水的吸附净化方法
技术领域
本发明涉及吸附净化技术领域，特别是涉及一种畜禽废水的吸附净化方法。
背景技术
随着养殖业的发展，中国的畜禽废水排放量正在不断增加。这些畜禽废水的通常是含有高氮磷、难以生物降解的有机废水，如直接排放可能会导致水体富营养化，大量消耗水中的溶解氧并导致水体黑臭。同时，用畜禽废水直接还田也容易导致土壤氮磷过高而发生烧苗现象。
传统上处理废水的方法是将废水引入废水处理厂中以集约化方式处理，然而农村畜禽养殖的问题在于养殖面积大、密度低，建设废水处理厂铺设管道成本过高。因此，原位畜禽废水处理技术，即在污染源处添加材料直接处理废水的技术是一种较为经济且高效的废水处理技术。
吸附技术是将吸附剂投入受污染的介质(如废水、土壤、烟气等)，运用吸附剂本身的物理化学性质富集污染物至吸附剂表面，从而达到净化水体或其他介质的目的。市面上常见的吸附剂都经过一定加工，具有成本相对较高及可能造成二次污染的特点。因此，开发天然低成本的吸附剂材料已刻不容缓。
畜禽废水的化学需氧量(COD)浓度高达10000mg/L，氨氮(NH3-N)浓度500～1300mg/L，总磷(TP)浓度50～100mg/L，是一种富含N、P的有机废水，是城乡一种较严重的污染源，处理难度大、成本高。畜禽养殖废水的特点如下：排放量大，冲击负荷大；固液混杂，有机质浓度高，处理难度很大；N、P营养物含量特别高，碳氮比低。
褐煤是一种是变质程度较低的一种天然煤种，在我国多地均有产出。由于褐煤比表面积高，孔隙度大，在吸附领域也得到了一定关注。专利CN109012588A公开了一种以褐煤为原料制备污水处理剂的方法，是将褐煤经酸、碱处理后与氯化铁复合而得，具有吸附和光催化作用，主要适用于甲基橙等染料的去除，去除率也仅为92％，对畜禽废水的处理效果更是较差。并且，在制备过程中使用大量盐酸和氢氧化钠，酸碱污染性较大，不环保。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种畜禽废水的吸附净化方法，有效降低畜禽废水中的化学需氧量(COD)浓度、氨氮(NH3-N)浓度以及总磷(TP)浓度。
为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：
一种畜禽废水的吸附净化方法，以重量份计，先将100份畜禽废水进行预处理，然后加入0.8～1份莫来石粉，混匀后进行厌氧发酵产生沼气以及处理液，沼气供后续使用，处理液中加入1.2～1.8份吸附剂，静置8～10小时，固液分离，得到出水和污泥，前者直接排放，后者加药混合和干化后外运使用；其中，所述吸附剂的制备方法如下：
(1)先将褐煤粉末利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行表面改性，得到改性褐煤粉末；
(2)然后以丙烯酰胺、N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺为原料进行聚合反应，在聚合过程中加入改性褐煤粉末，制成凝胶颗粒；
(3)最后将凝胶颗粒加入聚乙烯醇水溶液中，接着加入聚硅硫酸铝搅拌反应，后处理，即得所述吸附剂。
优选的，畜禽废水预处理的具体方法如下：先将畜禽废水的pH调节至6.5～7.5，然后在1～2mA条件下电解处理10～15分钟。预处理有助于畜禽废水中有机物降解。
优选的，厌氧发酵的工艺条件为：溶解氧控制在0.3～0.5mg/L，温度32～40℃，时间为5～8天。
优选的，厌氧发酵产生的沼气进入水封器贮存，以供后续使用。
优选的，污泥加药所使用的药剂是通过以下方法制备得到：N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺、苯胺单体、二丙烯酸酯聚乙二醇酯与链转移剂加入N-乙烯基吡咯烷酮中，超声波振荡30～40分钟，加入引发剂，0～5℃搅拌反应8～10小时，水浴加热至40～50℃，继续搅拌反应3～5小时，即得；其中，N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺、苯胺单体、二丙烯酸酯聚乙二醇酯、链转移剂、N-乙烯基吡咯烷酮、引发剂的质量比为，1：0.7～0.9：0.3～0.4：0.05～0.08：2.8～3.5：0.03～0.04，药剂使用量为污泥重量的1.8～2.2％，处理时间为5～7小时。
进一步优选的，所述链转移剂为2-甲氧乙基2-苯基-2-(戊基硫代羰基硫)乙酸酯和乙基黄原酸基乙酸的混合物，两者摩尔比为1：2～3；所述引发剂为偶氮二异丙基咪唑啉。
优选的，干化时间为13～15小时。
优选的，步骤(1)的具体方法为：先将褐煤粉末加入3～5倍重量的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中，120～130℃搅拌反应4～6小时，离心即得所述改性褐煤粉末。
优选的，以重量份计，步骤(2)的具体方法如下：先将1份丙烯酰胺和0.08～0.1份N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺加入3～5份水中，搅拌至完全溶解，转移至钴源室内，以68.34Gy/min辐照2～3小时，加入0.7～0.9份改性褐煤粉末，搅拌混匀，继续以108.93Gy/min辐照8～10小时，得到水凝胶，后处理，制成凝胶颗粒。
进一步优选的，后处理的具体方法为：先用正己烷充分置换水凝胶中的水，然后经二氧化碳超临界流体干燥得到干凝胶，粉碎，得到凝胶颗粒。
更进一步优选的，二氧化碳超临界流体干燥的工艺条件为：压力6～8MPa，温度45～50℃，时间8～10小时。
进一步优选的，凝胶颗粒的粒径为1～2mm。
优选的，步骤(3)中，凝胶颗粒、聚乙烯醇水溶液和聚硅硫酸铝的质量比为1：3.5～4.5：5.5～7.5，其中，聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8～10％。
优选的，步骤(3)中，搅拌反应时间为30～40分钟。
优选的，步骤(3)中，后处理的具体方法为：利用成球机制成生料球，100～107℃焙烧2～3小时，自然冷却至室温(25℃)，即得所述吸附剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明先将畜禽废水进行预处理，然后加入莫来石粉，混匀后进行厌氧发酵产生沼气以及处理液，沼气供后续使用，处理液中加入吸附剂，静置，固液分离，得到出水和污泥，前者直接排放，后者加药混合和干化后外运使用，能够有效降低畜禽废水中的化学需氧量(COD)浓度、氨氮(NH3-N)浓度以及总磷(TP)浓度。
(2)本发明莫来石粉富含镁、铝等金属元素，起到催化作用，促进厌氧发酵的充分进行，降解畜禽废水中的有机物。厌氧发酵产生沼气可以再利用，绿色环保。
(3)本发明的关键技术点在于吸附剂的制备，先将褐煤粉末利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行表面改性，得到改性褐煤粉末；然后以丙烯酰胺、N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺为原料进行聚合反应，在聚合过程中加入改性褐煤粉末，制成凝胶颗粒；最后将凝胶颗粒加入聚乙烯醇水溶液中，接着加入聚硅硫酸铝搅拌反应，后处理，即得所述吸附剂。主要原料褐煤粉末成本低廉，多孔隙，具有一定的吸附作用，但是亲水性差，影响吸附效果。
(4)本发明将褐煤粉末利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行表面改性，引入双键，在丙烯酰胺、N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺聚合过程中也参与反应，以化学键的形式存在于体系中，结构稳定，形成的凝胶颗粒含有亲水性氨基，改善亲水性，而且凝胶化使得产品孔隙更为丰富，有利于吸附效果的提高。最后将凝胶颗粒加入聚乙烯醇水溶液中，接着加入聚硅硫酸铝搅拌反应，形成网状结构，使得产品孔隙更为丰富，进一步提高了吸附净化效果。
发明人 （高航;胡竞;）
免费方案咨询电话：400-806-2366 ，如需技术支持请直拨：185-8245-5006
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