本發(fā)明屬于污泥活性炭材料技術領域，具體涉及一種富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭及其制備方法。

背景技術：

隨著科學技術和工業(yè)的迅速發(fā)展，給人們的生活帶來便利的同時，也產生了大量的廢水，廢水的不合理排放對水體環(huán)境會造成巨大的危害。水體環(huán)境危害中水體富營養(yǎng)化問題尤為突出，水體富營養(yǎng)化是指水中的營養(yǎng)物質如氮磷等過量，發(fā)質水生態(tài)系統中物種分布失衡，單一物種如藻類等植物瘋長，破壞了系統的物質和能力的流動，導致水質喪失了水體功能，不應影響了人們日常的用水安全，更對經濟和社會的發(fā)展有著嚴重的負面影響。

活性炭吸附是吸附方法中最為綠色高效的方法，活性炭可以吸附廢水中各種有毒有害物質，凈化效率高、不產生為此污染，操作靈活性大，但是目前精華廢水的活性炭價格相對較高，而且對磷的吸附容量低，吸附性能不穩(wěn)定，也存在再生困難等確定。因此，由污泥作為原料制備的活性炭技能解決了城市污水廠剩余污泥的后續(xù)處理問題，帶可以降低活性炭的生產成本，而且基于污泥活性炭的改性方面也較多。中國專利CN 102958084B公開的硝酸鎳改性污泥活性炭的制備方法，將濕污泥干燥過篩得到的干污泥顆粒，然后經高溫管式爐炭化得到污泥炭化料，將污泥炭化料經濃硝酸改性后浸漬與硝酸鎳改性，攪拌，烘干，加熱活化處理，冷卻得到硝酸鎳改性污泥活性炭，該污泥活性肽對硫元素有較好的脫除性。中國專利CN 104289180B公開的一種好氧硝化顆粒污泥活性炭吸附劑的制備及應用，將好氧硝化顆粒污泥干燥研磨過篩得到干污泥粉末，將干污泥封魔用氯化鋅活化，放入管式爐中，在氮氣作用下炭化，冷卻，洗滌至中性，烘干，得到好氧硝化顆粒污泥活性炭，該污泥活性炭對水中的陽離子染料有很好的去除率。由上述現有技術可知，通過對污泥活性炭的改性可以提高污泥活性炭的選擇吸附性能。本發(fā)明的申請人通過將聚磷菌和二氧化錳對污泥活性炭進行改性，提高污泥活性炭對磷元素的吸附能力，力求從生物和物理方面相配合，綜合除磷。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭，該污泥活性炭包括軟錳礦和富含聚磷菌的污泥活性炭，將絮狀污泥作為種泥，經乙酸和丙酸交替作為炭源，反應器運行制備得到富含聚磷菌的污泥活性炭，然后剛絮狀污泥干燥粉碎后與軟錳礦粉末混合，經氯化鋅復合活化劑活化，再經炭化得到二氧化錳改性污泥活性炭，將富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭混合得到產品。本發(fā)明制備方法簡單，制備的污泥活性炭從生物和物理方面綜合除磷，除磷效果顯著。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：

一種富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭，所述富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭包括軟錳礦和富含聚磷菌的污泥活性炭，所述軟錳礦的主要成分為二氧化錳，所述富含聚磷菌的污泥活性炭為污水處理廠的濕污泥經接種制備形成，所述富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭中軟錳礦的質量百分比為0.1-5％。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為65-75％。

本發(fā)明還提供一種富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭的制備方法，包括以下步驟：

(1)將含水率為80-90％的污水處理廠的濕污泥中加入凝絮劑，充分攪拌，置于流化床濃縮脫水得到絮狀污泥種泥；

(2)將步驟(1)制備的絮狀污泥種泥置于反應器中，采用乙酸和丙酸交替作為炭源，運行，取出，研磨篩分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭；

(3)將步驟(1)制備的絮狀污泥種泥研磨成污泥粉末，加入軟錳礦粉末，混合均勻，加入氯化鋅復合活化劑，攪拌均勻，超聲處理，加熱活化處理，高溫灼燒炭化，冷卻，水洗至中性，干燥研磨篩分，得到二氧化錳改性污泥活性炭；

(4)將步驟(2)制備的富含聚磷菌的污泥活性炭與步驟(3)制備的二氧化錳改性污泥活性炭混合均勻，得到富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，絮狀污泥種泥的含水率為10-25％。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，富含聚磷菌的污泥活性炭的粒徑為0.5-1mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為65-75％。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，污泥粉末的粒徑為150-250目。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，氯化鋅復合活化劑中包括氯化鋅、稀硫酸和水，氯化鋅的濃度為1-6mol/L，稀硫酸的質量分數為20-30％。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，超聲的頻率為15-25KHz，時間為1-2h。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，加熱活化處理的溫度為80-130℃，時間為24-36h，高溫灼燒炭化的溫度為450-650℃，時間為1-3h。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭的質量比為1:0.8-1.5。

與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭中包括二氧化錳改性污泥活性炭，其中軟錳礦的孔隙率高，表面具有明顯的折皺狀突起，比表面積大，因此可提供的活性吸附點位多，可以有效的實現污水除磷，除磷效果好，本發(fā)明制備的富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭中還包括富含聚磷菌的污泥活性炭，其中聚磷菌可以大量吸收水中溶解的磷酸鹽，將吸收的大量的磷酸鹽通過長鏈聚磷顆粒的形式存在于細胞內，達到污水中除磷的目的。此外，聚磷菌也會轉移到軟錳礦的孔隙中，進一步提高軟錳礦的除磷效果，因此本發(fā)明制備的污泥活性炭從生物和物理兩個方面進行除磷，除磷效果非常有益，且可控性強。

(2)本發(fā)明制備的富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭的原料來用污水處理廠廢棄污泥，來源廣泛，儲量豐富，價格低廉，綠色經濟，具有很強的市場應用前景。

(3)本發(fā)明制備的富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭與普通的污泥活性炭相比，磷的去除率非常高，活性炭的長時間作用穩(wěn)定，吸附容量大，而且水體中的穩(wěn)定性好，不會造成水體的二次污染。

具體實施方式

下面將結合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1：

(1)將含水率為80％的污水處理廠的濕污泥中加入凝絮劑，充分攪拌，置于流化床濃縮脫水得到含水率為10％的絮狀污泥種泥。

(2)將絮狀污泥種泥置于反應器中，采用乙酸和丙酸交替作為炭源，運行，取出，研磨篩分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒徑為0.5mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為65％。

(3)將絮狀污泥種泥研磨成150目的污泥粉末，加入軟錳礦粉末，混合均勻，加入氯化鋅復合活化劑，其中氯化鋅復合活化劑中包括氯化鋅、稀硫酸和水，氯化鋅的濃度為1mol/L，稀硫酸的質量分數為20％，攪拌均勻，在15KHz下超聲處理1h，在80℃下加熱活化處理24h，在450℃下高溫灼燒炭化1h，冷卻，水洗至中性，干燥研磨篩分，得到二氧化錳改性污泥活性炭，其中軟錳礦的質量百分比為0.1％。

(4)質量比為1:0.8，將富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭混合均勻，得到富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭。

實施例2：

(1)將含水率為90％的污水處理廠的濕污泥中加入凝絮劑，充分攪拌，置于流化床濃縮脫水得到含水率為25％的絮狀污泥種泥。

(2)將絮狀污泥種泥置于反應器中，采用乙酸和丙酸交替作為炭源，運行，取出，研磨篩分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒徑為1mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為75％。

(3)將絮狀污泥種泥研磨成250目的污泥粉末，加入軟錳礦粉末，混合均勻，加入氯化鋅復合活化劑，其中氯化鋅復合活化劑中包括氯化鋅、稀硫酸和水，氯化鋅的濃度為6mol/L，稀硫酸的質量分數為30％，攪拌均勻，在25KHz下超聲處理2h，在130℃下加熱活化處理36h，在650℃下高溫灼燒炭化3h，冷卻，水洗至中性，干燥研磨篩分，得到二氧化錳改性污泥活性炭，其中軟錳礦的質量百分比為5％。

(4)質量比為1:1.5，將富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭混合均勻，得到富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭。

實施例3：

(1)將含水率為85％的污水處理廠的濕污泥中加入凝絮劑，充分攪拌，置于流化床濃縮脫水得到含水率為15％的絮狀污泥種泥。

(2)將絮狀污泥種泥置于反應器中，采用乙酸和丙酸交替作為炭源，運行，取出，研磨篩分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒徑為0.8mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為70％。

(3)將絮狀污泥種泥研磨成200目的污泥粉末，加入軟錳礦粉末，混合均勻，加入氯化鋅復合活化劑，其中氯化鋅復合活化劑中包括氯化鋅、稀硫酸和水，氯化鋅的濃度為4mol/L，稀硫酸的質量分數為25％，攪拌均勻，在20KHz下超聲處理1.5h，在100℃下加熱活化處理30h，在500℃下高溫灼燒炭化2h，冷卻，水洗至中性，干燥研磨篩分，得到二氧化錳改性污泥活性炭，其中軟錳礦的質量百分比為2％。

(4)質量比為1:1，將富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭混合均勻，得到富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭。

實施例4：

(1)將含水率為82％的污水處理廠的濕污泥中加入凝絮劑，充分攪拌，置于流化床濃縮脫水得到含水率為18％的絮狀污泥種泥。

(2)將絮狀污泥種泥置于反應器中，采用乙酸和丙酸交替作為炭源，運行，取出，研磨篩分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒徑為0.9mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為72％。

(3)將絮狀污泥種泥研磨成180目的污泥粉末，加入軟錳礦粉末，混合均勻，加入氯化鋅復合活化劑，其中氯化鋅復合活化劑中包括氯化鋅、稀硫酸和水，氯化鋅的濃度為4mol/L，稀硫酸的質量分數為23％，攪拌均勻，在18KHz下超聲處理1.4h，在110℃下加熱活化處理32h，在500℃下高溫灼燒炭化2.5h，冷卻，水洗至中性，干燥研磨篩分，得到二氧化錳改性污泥活性炭，其中軟錳礦的質量百分比為2.5％。

(4)質量比為1:1.3，將富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭混合均勻，得到富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭。

實施例5：

(1)將含水率為90％的污水處理廠的濕污泥中加入凝絮劑，充分攪拌，置于流化床濃縮脫水得到含水率為20％的絮狀污泥種泥。

(2)將絮狀污泥種泥置于反應器中，采用乙酸和丙酸交替作為炭源，運行，取出，研磨篩分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒徑為0.7mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為69％。

(3)將絮狀污泥種泥研磨成200目的污泥粉末，加入軟錳礦粉末，混合均勻，加入氯化鋅復合活化劑，其中氯化鋅復合活化劑中包括氯化鋅、稀硫酸和水，氯化鋅的濃度為2mol/L，稀硫酸的質量分數為23％，攪拌均勻，在18KHz下超聲處理1h，在100℃下加熱活化處理36h，在600℃下高溫灼燒炭化3h，冷卻，水洗至中性，干燥研磨篩分，得到二氧化錳改性污泥活性炭，其中軟錳礦的質量百分比為3.5％。

(4)質量比為1:1.2，將富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭混合均勻，得到富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭。

實施例6：

(1)將含水率為90％的污水處理廠的濕污泥中加入凝絮劑，充分攪拌，置于流化床濃縮脫水得到含水率為20％的絮狀污泥種泥。

(2)將絮狀污泥種泥置于反應器中，采用乙酸和丙酸交替作為炭源，運行，取出，研磨篩分，得到富含聚磷菌的污泥活性炭，其中富含聚磷菌的污泥活性炭的粒徑為0.9mm，富含聚磷菌的污泥活性炭中聚磷菌的含量為73％。

(3)將絮狀污泥種泥研磨成200目的污泥粉末，加入軟錳礦粉末，混合均勻，加入氯化鋅復合活化劑，其中氯化鋅復合活化劑中包括氯化鋅、稀硫酸和水，氯化鋅的濃度為5mol/L，稀硫酸的質量分數為25％，攪拌均勻，在525KHz下超聲處理15h，在5130℃下加熱活化處理245h，在5650℃下高溫灼燒炭化15h，冷卻，水洗至中性，干燥研磨篩分，得到二氧化錳改性污泥活性炭，其中軟錳礦的質量百分比為3.5％。

(4)質量比為1:1.5，將富含聚磷菌的污泥活性炭與二氧化錳改性污泥活性炭混合均勻，得到富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭。

經檢測，實施例1-6制備的富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭與未改性的污泥活性炭、二氧化錳改性污泥活性炭和富含聚磷菌的污泥活性炭對磷溶液的去除結果如下所示：

由上表可見，本發(fā)明制備的富含聚磷菌的二氧化錳改性污泥活性炭對磷的去除率非常好，遠優(yōu)于未改性的污泥活性炭，也高于二氧化錳改性污泥活性炭和富含聚磷菌的污泥活性炭。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。