CN101830553A - 一种用于污水处理的除磷晶种及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于污水处理的除磷晶种及其制备方法技术方案，该方案的除磷晶种是在颗粒状的钢渣表面覆盖一层具有缓释能力的水合硅酸钙的钢渣颗粒。其制备方法步骤如下：第一步：筛选颗粒状钢渣，加入CaO和SiO₂，然后以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中充分混合均匀，颗粒钢渣、CaO和SiO₂各组分占混合物总质量的质量百分比为：颗粒钢渣：85%～95%、CaO：1.5%～8%、SiO₂：2%～10%；第二步：将混合物置于高压反应釜内加热到175-225℃进行合成，保持合成时间24-48小时；第三步：在合成时间达到后，自然冷却至室温；第四步：降温后将高压反应釜内的钢渣颗粒滤出，再经去离子水反复冲洗8-10次；第五步：将经冲洗后的钢渣颗粒置于75-85℃的温度下干燥8-12小时，既得除磷晶种产品。

Description

一种用于污水处理的除磷晶种及其制备方法

技术领域：

本发明涉及的是一种用化学法处理污水用原料及该原料的制备方法，尤其是一种用于污水处理的除磷晶种及其制备方法。

背景技术：

在现有技术中，常用的污水除磷方法主要有化学沉淀法和生物法。化学沉淀法除磷效率高且稳定，但由于钙盐、铁盐及铝盐等除磷药剂的添加导致该法运行成本较高、污泥量较大且不易回收利用，使该法在实际生产应用中受到限制。生物法无需投放化学药剂且运行费用较低，但除磷效率不高、运行稳定性较差，其实质只是把磷从液相转移到污泥中去，仍需要其他的方法进行除磷。

用除磷材料除磷的有吸附法和结晶法。吸附法主要利用除磷材料的吸附能力，除磷效率稳定。但目前除磷材料大都存在回收再生困难、易造成二次污染等弊端。结晶法主要利用除磷材料作为结晶晶种来破坏溶液的亚稳态，使磷酸盐在晶种表明迅速的沉淀结晶，不仅达到除磷的目的，而且结晶的磷酸盐可以直接作为磷矿资源回收，实现磷资源的可持续利用。但由于结晶反应的苛刻性使得该法的推广应用受到限制。在公知的技术中，目前有用钢渣作为除磷材料使用。钢渣是一种含有Ca、Si、Al、Fe、Mg等金属氧化物的工业废弃物，其来源广泛、价格低廉且具有良好的吸附性能，故而应用于污水除磷处理领域。钢渣在污水除磷领域的应用主要是用其粉末作为吸附剂用，由于钢渣吸附能力的限制，在实际应用中为保证除磷效果，需要加大钢渣粉末的投放量，这又导致污泥的产量大，而且吸附剂再生困难，同时又会造成二次污染。至今还没有发现采用结晶法除磷是利用钢渣作为除磷结晶晶种的有关报道，这是现有技术所存在的不足之处。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种用于污水处理的除磷晶种及其制备方法的技术方案，该方案采用钢渣作为污水处理的除磷晶种，同时给出了采用水热法加工制作钢渣处理晶种的方法。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

本方案用于污水处理的除磷晶种其特点是：在颗粒状的钢渣表面覆盖一层具有缓释能力的水合硅酸钙的钢渣颗粒。

本方案用于污水处理的除磷晶种的制备方法，其工艺步骤特点如下：

第一步：筛选颗粒状钢渣，加入CaO和SiO₂，然后以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中充分混合均匀，颗粒钢渣、CaO和SiO₂各组分占混合物总质量的质量百分比为：

颗粒钢渣：85%～95%；

CaO：   1.5%～8%；

SiO₂：    2%～10%；

第二步：将第一步的混合物置于高压反应釜内加热到175-225℃进行合成，保持合成时间24-48小时；

第三步：在合成时间达到后，自然冷却至室温；

第四步：降温后将高压反应釜内的钢渣颗粒滤出，再经去离子水反复冲洗8-10次；

第五步：将经冲洗后的钢渣颗粒置于75-85℃的温度下干燥8-12小时，既得除磷晶种产品。

本方案具体的特点还有，所述的NaOH浓度为3-8mol/L。所述钢渣颗粒的直径在3-5毫米。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中是以颗粒钢渣作为主要原料，以CaO和SiO₂作为添加剂，在采用水热法将钢渣表面覆盖一层具有缓释能力的水合硅酸钙，即制备出一种具有吸附-缓释能力的结晶除磷晶种。钢渣作为一种工业废弃物不仅来源广泛，而且具有较大的比表面积，对水体中的磷具有一定的吸附能力。同时，钢渣中含有大量Ca、Si、Al等金属氧化物，研究表明，在水热条件下钢渣中的硅酸三钙、硅酸二钙及CaO、SiO₂、Al₂O₃等氧化物可发生水化，形成具有缓释碱度和Ca²⁺的水合硅酸钙，而高pH值和一定量的Ca²⁺是结晶反应所必要的保证条件，因此，钢渣可制成具有缓释能力的除磷晶种，这也就可以大大降低结晶除磷工艺的操作复杂性。在颗粒钢渣表面覆盖一层具有缓释能力的水合硅酸钙用于结晶除磷，利用钢渣的吸附能力使污水中的Ca²⁺、PO₄ ^3-和OH^-富集并迅速达到过饱和状态，使得离子积[Ca²⁺][PO₄ ^3-][OH^-]局部超过磷酸钙化合物的溶度积并利用其缓释能力实现磷酸钙的结晶。这种除磷晶种的反应速度快，除磷效果好，出水磷浓度可低于国家污水综合排放标准（GB18918-2002）中的一级（A）标准，能显著的改善水体富营养化状况，同时又能实现磷资源的回收和可持续利用。

在实验室中，分别取0.5克、1.0克、1.5克、2.0克、2.5克、3.0克的钢渣除磷晶种，分别置于6个250mL锥形瓶中，加入100mL磷质量浓度为10mg/L的模拟生活污水，调节溶液pH值为6.80～7.20，然后以150r/min的速度振荡2小时后过滤，测定滤液中残留磷浓度。结果是当钢渣除磷晶种投入量为1.5克时，其出水磷浓度小于0.5mg/L，满足国家污水综合排放标准一级A排放要求；当投入量为2克时，磷去除率已达到99%以上。再通过在模拟生活污水中，投入2克钢渣除磷晶种，分各个时间段测定残留磷浓度。结果表明，钢渣除磷晶种在较短的时间内就能达到较高的除磷率，一般反应一小时后除磷率便趋于稳定。通过上述实验表明，钢渣除磷晶种应用于生活污水的处理，可以达到高效除磷的效果。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

具体实施方式：

　　为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过二个具体实施方式，对本方案进行阐述。

第一个具体实施方式：

本方案用于污水处理的除磷晶种，是在颗粒直径为3-5毫米的钢渣表面覆盖一层具有缓释能力的水合硅酸钙的钢渣颗粒。

本方案用于污水处理的除磷晶种的制备方法步骤如下：

第一步：筛选颗粒直径为3-5毫米的钢渣，加入CaO和SiO₂，然后以液固比1-3的比例加入浓度为8mol/L的NaOH溶液中充分混合均匀，颗粒钢渣、CaO和SiO₂各组分占混合物总质量的质量百分比为：

颗粒钢渣：90%

CaO：   4.5%

SiO₂：   5.5%；

第二步：将第一步的混合物置于高压反应釜内加热到200℃进行合成，保持合成时间28小时；

第三步：在合成时间达到后，自然冷却至室温；

第四步：降温后将高压反应釜内的钢渣颗粒滤出，再经去离子水反复冲洗8次；

第五步：将经冲洗后的钢渣颗粒置于75℃的温度下干燥12小时，既得除磷晶种产品。

第二个具体实施方式：

本方案用于污水处理的除磷晶种，是在颗粒直径为3-5毫米的钢渣表面覆盖一层具有缓释能力的水合硅酸钙的钢渣颗粒。

本方案用于污水处理的除磷晶种的制备方法步骤如下：

第一步：筛选颗粒直径为3-5毫米的钢渣，加入CaO和SiO₂，然后以液固比1-3的比例加入浓度为3mol/L的NaOH溶液中充分混合均匀，颗粒钢渣、CaO和SiO₂各组分占混合物总质量的质量百分比为：

颗粒钢渣：95%；

CaO：   2%；

SiO₂：   3%；

第二步：将第一步的混合物置于高压反应釜内加热到175℃进行合成，保持合成时间48小时；

第三步：在合成时间达到后，自然冷却至室温；

第四步：降温后将高压反应釜内的钢渣颗粒滤出，再经去离子水反复冲洗10次；

第五步：将经冲洗后的钢渣颗粒置于85℃的温度下干燥9小时，既得除磷晶种产品。

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

 

Claims (4)

1.一种用于污水处理的除磷晶种，其特征是：所述的除磷晶种是在颗粒状的钢渣表面覆盖一层具有缓释能力的水合硅酸钙的钢渣颗粒。

2.一种根据权利要求1所述除磷晶种的制备方法，其特征是：工艺步骤如下：

第一步：筛选颗粒状钢渣，加入CaO和SiO₂，然后以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中充分混合均匀，颗粒钢渣、CaO和SiO₂各组分占混合物总质量的质量百分比为：

颗粒钢渣：85%～95%；

CaO：   1.5%～8%；

SiO₂：    2%～10%；

第二步：将第一步的混合物置于高压反应釜内加热到175-225℃进行合成，保持合成时间24-48小时；

第三步：在合成时间达到后，自然冷却至室温；

第四步：降温后将高压反应釜内的钢渣颗粒滤出，再经去离子水反复冲洗8-10次；

第五步：将经冲洗后的钢渣颗粒置于75-85℃的温度下干燥8-12小时，既得除磷晶种产品。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的NaOH浓度为3-8mol/L。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述钢渣颗粒的直径在3-5毫米。