專利名稱：一種去除污水中磷污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理與固體廢棄物資源化領(lǐng)域，特別是一種利用經(jīng)煅燒后的氨堿廠廢渣作為吸附劑去除污水中磷的方法。
背景技術(shù)：
磷是生物體所必須的營養(yǎng)元素，由于人類大規(guī)模頻繁的生產(chǎn)活動，能夠直接被利用的磷資源正不斷的減少。但是，人類的生活污水與工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水中的磷越來越多，此類廢水排入天然水體，日積月累，最終會導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。在現(xiàn)有的除磷方法中，以吸附法最受人們親睞，其具有較高的穩(wěn)定性、操作簡單、處理效果好等優(yōu)點。所以尋找高效廉價的吸附劑已成為磷廢水處理領(lǐng)域的熱點。前人已有利用采煤或金屬采礦酸性礦山污水污泥作為吸附劑，去除廢水中的磷污染物，但是此類廉價的吸附劑吸附容量小，對于高濃度含磷廢水去除效果不好；活性鋁、沸石具有大的比表面積，多孔等優(yōu)點也被用做除磷吸附劑，但是原材料價格較高，除磷成本太高。堿渣是氨堿法治純堿過程中產(chǎn)生的一種廢渣，每生產(chǎn)I純堿約產(chǎn)生30(T300Kg堿渣，大量堿渣的堆積，不僅會侵占大量土地，而且對周圍的地表水、地下水及空氣都有潛在的威脅。其主要成分有CaC03、Mg(OH)2、CaCl2、Fe203、Al2O3等。目前，堿渣的主要綜合利用方法包括兩方面:一是用于建筑工程領(lǐng)域，可以作為建筑材料的原料來成產(chǎn)水泥、磚等建材；二是作為工業(yè)原料，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に嚳梢灾频贸恋硖妓徕}、煙氣脫硫劑等。然而將堿渣應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域，尤其是水處理方面的應(yīng)用很少。本課題組曾研究過利用未處理的堿渣去除廢水中的磷，但是最終發(fā)現(xiàn)未處理的堿渣在處理相同濃度的廢水時，需加大投加量才能達到理想的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是針對越來越嚴(yán)重的水體磷污染，為了更好的利用氨堿廠堿渣，將煅燒后的堿渣作為吸附劑來去除水體中的磷污染物的方法。本方法與現(xiàn)有除磷方法相比具有無二次污染的顯著特點，吸附完的含磷物質(zhì)可以作為土壤改良劑或其他磷源而被再次利用，且本方法符合以廢制廢的環(huán)保理念。為解決本發(fā)明提出的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種去除污水中磷污染物的方法，其特征在于它包括如下步驟:
(1)將原堿渣破碎、水洗、烘干、磨細得堿渣粉；
(2)將堿渣粉置于馬弗爐中煅燒，冷卻后得吸附材料；
(3)將吸附材料投加入裝有含磷廢水的反應(yīng)器中；
(4)使吸附材料 與含磷廢水充分混合反應(yīng)；
(5)吸附材料與廢水分離，得到處理后的水。
其中，步驟(I)中，堿渣破碎至8(Γ100目，水洗后在8(TllO°C下烘干24h，磨細至過100 200目篩得到堿渣粉。步驟(2)中，馬弗爐的煅燒溫度為40(Tll0(TC，煅燒時間為2 3h。步驟(3)中，吸附材料投加量為0.0f0.07mg/100mL廢水，廢水中磷濃度控制在50mg/L 以下，廢水 pH 為 3.5^11.5。步驟(4)中，充分混合反應(yīng)時控制轉(zhuǎn)速為18(T200r/min，反應(yīng)時間為5 120min，溫度為 20^600C ；
步驟(5 )中，液固分離采用過濾分離或者離心分離的方法。本發(fā)明的原理在于:據(jù)表征測試，煅燒完堿渣的表面成蜂窩狀，具有較大的比表面積，且經(jīng)過煅燒后，表面裸露的鈣和鎂位點較多，更能富集磷；除此之外，堿渣中的其他活性物質(zhì)，如Fe203、Al203等也能富集污水中的磷酸根，從而達到去除效果。堿渣的沉降性能好，可以有效的實現(xiàn)吸附完的泥水分離。本發(fā)明的有益效果:依照本發(fā)明堿渣不需要復(fù)雜的加工或改造，經(jīng)過簡單的破碎水洗研磨煅燒后，即可對廢水中磷污染物有較好的吸附去除作用(最佳條件下廢水中磷去除率可達95%以上)。本發(fā)明利用氨堿廠堿渣，不僅實現(xiàn)了以廢治廢，去除了廢水中的磷，而且將寶貴的磷資源儲存了起來 ，以作為其他的磷源而被再次利用，同時實現(xiàn)了減量化和資源化。本發(fā)明為氨堿廠堿渣綜合利用開辟了新途徑，變廢為寶，開拓了堿渣的潛在環(huán)保價值，符合以廢制廢環(huán)保理念，具有廣范的實用意義。


圖1是實施例1中不同煅燒溫度與磷去除率的關(guān)系圖2是實施例1中吸附時間與磷去除率的關(guān)系圖3是實施例1中投加量與磷去除率的關(guān)系圖4是實施例1中吸附溫度與磷去除率的關(guān)系圖5是實施例1中進水磷濃度與磷去除率的關(guān)系圖6是實施例1中進水pH與磷去除率的關(guān)系圖。
具體實施例方式實施例1:
為了確定堿渣吸附廢水中磷的最佳條件，先用模擬廢水進行一系列影響因素的吸附試驗。用KH2PO4配置含磷模擬廢水，將吸附材料與模擬廢水混合，裝入錐形瓶中，在恒溫振蕩培養(yǎng)箱中振蕩，充分混合反應(yīng)，反應(yīng)后的泥水混合物經(jīng)離心取上清夜，利用鑰銻抗分光光度法測定上清液中磷濃度。對比初始濃度及殘余濃度，即可得知吸附材料對廢水中磷污染物的去除率、吸附容量等吸附性能。各影響因素的的實驗方法如下:
煅燒溫度:將若干份堿渣粉置于40(ni00°C下煅燒2 3h，分別取不同溫度下煅燒后的堿渣進行除磷實驗，確定最佳煅燒溫度；吸附時間:固定初始進水磷濃度，吸附材料投加量，反應(yīng)溫度，恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速，PH值，測定不同吸附時間吸附材料對磷的吸附狀況，確定飽和吸附時間。投加量:固定初始進水磷濃度，反應(yīng)溫度，恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速，pH值，吸附時間，改變吸附材料投加量，測定其對吸附的影響。吸附溫度:固定初始進水磷濃度，吸附材料投加量，恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速，pH值，吸附時間，改變吸附溫度，測定其對吸附的影響。進水磷濃度:固定吸附材料投加量，吸附溫度，恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速，pH值，吸附時間，改變進水磷濃度，測定其對吸附的影響。pH值:固定初始進水磷濃度，吸附材料投加量，吸附溫度，吸附時間，改變初始pH，測定其對吸附的影響。1.吸附材料的準(zhǔn)備與溶液的配置
將原堿渣破碎至100目，水洗后在80°C烘干，研磨至過100目篩獲得堿渣粉。將堿渣粉分成若干份置于馬弗爐中，在40(Tii0(rc下煅燒2h，冷卻后得吸附材料，置于干燥器中備用。用KH2PO4配置含磷(以P記)濃度為1000mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液待用。2.不同影響因素對磷吸附去除率的影響 (O不同煅燒溫度對磷去除的影響
取9份含磷濃度為50mg/L，pH=5的模擬廢水IOOmL,裝入帶蓋錐形瓶中，同時分別加入
0.05g40(ril00°C下煅燒的堿渣，控制溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為200r/min，吸附2h后的混合液經(jīng)
0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。發(fā)現(xiàn)當(dāng)煅燒溫度為800°C時，磷的去除率最高，為98.75%。(附圖1所示)
(2)吸附時間對磷去除率的影響
取8份含磷濃度為50mg/L，pH=5的模擬廢水IOOmL,裝入帶蓋錐形瓶中，同時分別加入0.05g800°C煅燒后的堿渣，控制溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為200r/min，分別取吸附5min，IOmin,15min, 30min, 45min, 60min, 90min, 120min后的混合液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。發(fā)現(xiàn)隨著吸附時間的增加，去除率不斷增加，當(dāng)吸附30min時，去除率已達95%，當(dāng)吸附Ih時，吸附到達平衡，去除率可達98%以上。此條件下，最大吸附容量為98.75mg/g。(附圖2所示)
(3)吸附材料投加量對磷去除率的影響
取7份含磷濃度為50mg/L，pH=5的模擬廢水IOOmL,裝入帶蓋錐形瓶中，同時分別加入
0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05g、0.06g、0.07g800°C煅燒后的堿渣，控制溫度為 25。。，轉(zhuǎn)速為200r/min，吸附時間為I小時，混合液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。發(fā)現(xiàn)隨著投加量的增加，去除率不斷增加，當(dāng)投加量為0.05g/100mL時，磷去除率已達98%，當(dāng)投加量增加至0.07g/100mL時，去除率可高達99%。(附圖3所示)
(4)吸附溫度對磷去除率的影響
取6份含磷濃度為50mg/L，pH=5的模擬廢水IOOmL,裝入帶蓋錐形瓶中，同時分別加入
0.05g吸附材料，控制溫度分別為10。。、20。。、30。。、40。。、50 V >60°C,轉(zhuǎn)速為200r/min,吸附時間為I小時，混合 液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。發(fā)現(xiàn)隨著吸附溫度的升高，去除率不斷增加，一般控制溫度在20°C 30°C便可獲得98%的磷去除率。(附圖4所示)(5)初始進水磷濃度對去除率的影響
取 7 份含磷濃度分別為 50mg/L、70mg/L、90 mg/L、110 mg/L、130mg/L、150 mg/L、200mg/L, pH=5的模擬廢水lOOmL，裝入帶蓋錐形瓶中，同時分別加入0.05g800°C煅燒后的堿渣，控制溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為180r/min，吸附時間為I小時，混合液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。發(fā)現(xiàn)隨著初始濃度的增加，吸附材料的吸附容量也在增加，至磷濃度為130mg/L時，吸附材料吸附飽和，最大吸附容量為165.92mg/g。(附圖5所示)
(6)初始進水pH對去除率的影響
取9份含磷濃度為50 mg/L的模擬廢水IOOmL,裝入帶蓋錐形瓶中，分別調(diào)節(jié)模擬廢水pH 為 3.5,4.5,5.5,6.5,7.5,8.5,9.5,10.5,11.5，同時分別加入 0.05g800°C煅燒后的堿渣，控制反應(yīng)溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為200r/min，吸附時間為I小時，混合液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。結(jié)果顯示，pH的變化對磷去除影響較小在3.5^11.5的范圍內(nèi)，均可獲得95%以上的去除率。(附圖6所示)
實施例2:
1)將原堿渣破碎至100目，水洗后在110°C烘干，研磨至過200目篩獲得堿渣粉。將堿渣粉分成若干份置于馬弗爐中，在800°C下煅燒3h，冷卻后得吸附材料，置于干燥器中備用；
2)將吸附材料按0.05g/100mL的比例加入到磷含量為33.4mg/L的廢水(pH約為9.1)中，充分混合反應(yīng)(轉(zhuǎn)速180r/min，時間為I小時，溫度為25°C )后，混合液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。廢水中磷污染物去除率為95%。實施例3:
1)將原堿渣破碎至100目，水洗后在110°C烘干，研磨至過200目篩獲得堿渣粉。將堿渣粉分成若干份置 于馬弗爐中，在800°C下煅燒3h，冷卻后得吸附材料，置于干燥器中備用；
2)將吸附材料按0.05g/100mL的比例加入到磷含量為50.6mg/L的廢水(pH約為7.5)中，充分混合反應(yīng)(轉(zhuǎn)速200r/min，時間為I小時，溫度為25°C )后，混合液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。廢水中磷污染物去除率為92%。實施例4:
1)將原堿渣破碎至100目，水洗后在110°C烘干，研磨至過100目篩獲得堿渣粉。將堿渣粉分成若干份置于馬弗爐中，在800°C下煅燒2h，冷卻后得吸附材料，置于干燥器中備用；
2)將吸附材料按0.05g/100mL的比例加入到磷含量為21.3mg/L的廢水(pH約為1.6)中，充分混合反應(yīng)(轉(zhuǎn)速200r/min，時間為I小時，溫度為25°C )后，混合液經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾后測定濾液中磷濃度。廢水中磷污染物去除率為95%。
權(quán)利要求
1.一種去除污水中磷污染物的方法，其特征在于包括下列步驟: (1)將原堿渣破碎、水洗、烘干、磨細得堿渣粉； (2)將堿渣粉置于馬弗爐中煅燒，冷卻后得吸附材料； (3)將吸附材料投加入裝有含磷廢水的反應(yīng)器中； (4)使吸附材料與含磷廢水充分混合反應(yīng)； (5)吸附材料與廢水分離，得到處理后的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法，其特征在于:步驟(I)中，堿渣破碎至80 100目，水洗后在8(TllO°C下烘干24h，磨細至過100 200目篩得到堿渣粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法，其特征在于:步驟(2)中，馬弗爐的煅燒溫度為40(Tll00°C，煅燒時間為2 3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法，其特征在于:步驟(3)中，吸附材料投加量為0.ΟΓΟ.07mg/IOOmL廢水，廢水中磷濃度控制在50mg/L以下，廢水pH為3.5 11.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法，其特征在于:步驟(4)中，充分混合反應(yīng)時控制轉(zhuǎn)速為18(T200r/min，反應(yīng)時間為5 120min，溫度為2(T60°C ； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法，其特征在于:步驟(5)中，液固分離采用過濾分離或者離心分離的方法 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種去除污水中磷污染物的方法，包括下列步驟(1)將原堿渣破碎至80~100目，水洗后在80~110℃烘干，研磨至過100~200目篩獲得堿渣粉；(2)將堿渣粉分成若干份置于馬弗爐中，在400~1100℃下煅燒2~3h，冷卻后得吸附材料，保存在干燥器中備用；(3)吸附材料按照0.01~0.07g/100mL的比例放置于含磷濃度低于50mg/L的廢水中，控制轉(zhuǎn)速為180~200r/min，控制溫度在20~60℃，充分接觸反應(yīng)5~120min，即完成吸附過程，最佳條件下可獲得高達95%以上的去除率。吸附完的材料可以作為土壤改良劑以及其他磷源而被再次利用。本技術(shù)不僅可以高效、簡單、低成本的處理含磷廢水，而且還能回收使用氨堿廠廢渣，達到以廢治廢的效果。
文檔編號C02F1/28GK103241795SQ201310183809
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者孫秀云, 王連軍, 嚴(yán)玉波, 韓衛(wèi)清, 李健生, 沈錦優(yōu), 劉曉東, 陳燦, 加娜爾, 馬芳變 申請人:南京理工大學(xué)