[發明專利]一種磁性活性炭的制備方法及其基于磁性活性炭強化提升混凝處理二級出水效能的方法

在審

• 申請號: 202010078578.4
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111921491A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 馮玉杰;呂淼;張照韓;劉國宏;孫沐晨;戴常超;韓曉禹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/48;C02F9/12
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明公開了一種磁性活性炭的制備方法及其基于磁性活性炭強化提升混凝處理二級出水效能的方法。將三價鐵鹽和二價金屬鹽在水中充分溶解；向上述溶液中加入活性炭，超聲10?30min；在機械攪拌下，向上述溶液中緩慢滴加堿液，控制溶液pH值為9?13；將上述溶液置于高溫高壓反應釜中，在180?260℃下加熱8?24h即得到磁性活性炭。磁性活性炭強化混凝工藝較傳統混凝工藝絮體比重增大，在外磁場作用下可將絮體沉淀時間從20?45min縮短至3?6min；可將傳統混凝對溶解性有機碳的去除率從20?30％提升至60?80％，同時對濁度和總磷均保持良好的處理效能；將生成絮體破碎后，磁性活性炭可有效分離，損失率20％。

技術領域

本發明屬于污水處理技術領域，特別是涉及一種磁性活性炭的制備方法及其基于磁性活性炭強化提升混凝處理二級出水效能的方法。

背景技術

水資源短缺是我國目前社會經濟亟待解決的重大難題之一，城市二級出水深度處理回用是解決此難題的重要舉措。混凝工藝的基本原理是水體中的溶解性或膠體物質聚集成絮體并沉降的過程。主要通過膠體顆粒與混凝劑水解產物的相互作用，如電性中和、吸附架橋和卷掃等，克服膠體顆粒的動力學穩定性逐步聚集生成可沉降的絮體。由于二級出水中顆粒物濃度較低使混凝過程中形成的絮體小且沉降性差，導致絮體沉淀時間長且占地面積較大。

磁加載強化混凝是在磁分離技術的基礎上發展起來的。隨著上世紀70-80年代磁分離技術的快速發展，實現了流體中微細、弱磁性顆粒的去除，磁分離技術快速擴展至水處理領域。通過磁種加載與傳統混凝過程的結合實現了多種廢水中非磁性物質的快速分離。磁粉加載有效加速了絮體沉降過程，降低反應停留時間。但隨著水質處理需求的提升，眾多研究通過吸附劑的添加升級傳統磁加載混凝技術，強化其對有機物的去除效能。

針對傳統磁加載混凝技術中對有機物去除效能差的問題，吸附與磁加載混凝技術的組合引起了高度關注。專利CN 102399042 A公開了一種吸附劑結合磁盤分離技術處理廢水的方法，以沸石、活性炭、樹脂、硅藻土、樹脂、高爐渣、煤灰、焦炭中的一種或幾種混合作為吸附劑先與廢水混合去除廢水中的化學需氧量(COD)和色度，后通過混凝劑、磁粉和助凝劑的投加完成絮凝過程的同時去除水中的吸附劑。該方法與磁加載混凝技術相比顯著提高了有機物去除效能，但沉渣量增加且吸附劑未能回收。專利CN 105540987A提供了一種深度凈水方法，在磁加載混凝步驟前增加粉末活性炭吸附步驟。對沉淀污泥進行磁泥分離后產生磁粉和粉狀吸附劑污泥。從粉狀吸附劑污泥中分離出粉狀吸附劑和廢棄污泥，粉狀吸附劑回流進入吸附步驟循環利用。雖然本專利提出通過回流步驟，形成粉末活性炭和磁粉的再利用。但由于粉末活性炭的粒度為200-600目，從沉淀污泥中分離難度大，且專利中未給出具體實施方法。專利CN 106219892A中公開了一種粉末活性炭磁混凝澄清池處理難降解工業廢水方法及裝置，該方法通過污泥回流，使得粉末活性炭多次循環利用進而降低活性炭用量，提高吸附率。但方法中回流的磁性復合體易將活性炭包埋，限制其吸附性能，且通過回流難以實現回流污泥較好的流化效果。專利CN 110386713A中公開了一種基于磁混凝沉淀與活性炭吸附的超分離系統及方法，該專利中在活性炭吸附池中采用下流式攪拌和上流式曝氣強化活性炭在池中的流化效果，保障水質處理效果。雖其污泥回流點設置在磁粉加載池底部不影響前端的活性炭吸附工藝，但活性炭的利用率仍然較低。

綜上，現有的吸附劑加載強化混凝工藝雖可強化混凝對有機物的去除，但從污泥中直接分離回收吸附劑難度較大；若通過污泥回流實現吸附劑的循環應用，吸附劑的利用率仍然較低。且在實際應用過程中由于污泥包覆可產生吸附劑流化效果差且吸附效能差等問題。