CN103011330A

CN103011330A - 一种利用碱渣吸附去除废水中磷的方法

Info

Publication number: CN103011330A
Application number: CN2012105819585A
Authority: CN
Inventors: 孙秀云; 严玉波; 王连军; 马芳变; 李健生; 韩卫清; 沈锦优; 刘晓东
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，包括下列步骤：（1）将碱渣破碎至10~20目，用水洗净、80~110℃烘干、研磨至100~140目筛获得吸附材料（碱渣粉），备用；（2）吸附材料按照0.1~0.5g/100mL的比例放置于含磷浓度小于50mg/L的废水中，控制转速为150~200r/min，控制温度在25~55℃，充分接触反应8~10小时，即完成吸附过程，吸附去除率达90%以上。吸附完的碱渣可以作为制肥的原料而被再次利用。本技术不仅可以高效、简单、低成本的处理含磷废水，而且还能回收使用氨碱厂废渣，达到以废治废的效果。

Description

一种利用碱渣吸附去除废水中磷的方法

技术领域

本发明属于工业固体废弃物资源化领域，特别是一种利用氨碱厂废渣作为吸附剂去除污水中磷的方法。

背景技术

氨碱厂废渣是生产纯碱过程中产生的废渣，制得一吨碱约排放固体废渣约300~350Kg。大量的碱渣被堆置而未被利用，长时间定点堆放，不仅占用大量的土地资源，而且还会对大气、地下水环境等造成严重影响。

目前，碱渣的主要综合利用方法包括两方面：一是用于建筑工程领域，可以作为建筑材料的原料来成产水泥、砖等建材；二是作为工业原料，经过适当的工艺可以制得沉淀碳酸钙、烟气脱硫剂等。然而将碱渣应用于环境领域，尤其是水处理方面的应用很少。

随着社会经济的迅速发展，由于人类活动而引起的水体富营养化案例越来越多，从而水体除磷也日益受到研究者的重视。目前除磷主要有沉淀法、生物法、吸附法等。其中吸附法由于工艺简单、操作方便、处理效果好而陪受关注。吸附法中吸附剂的选择是关键。活性氧化铝、氧化硅等因其具有较大的比表面和较多的吸附位点而被广泛使用，但其缺点在于原材料价格较高，提高了处理成本；一些诸如钢渣、粉煤灰等价格低廉的吸附剂，虽然它们处理效果好，但由于其成分复杂，往往会有有害离子溶入水中，导致二次污染；还有一些天然的吸附剂，例如蛋壳，虽然不会造成二次污染，但其吸附容量小，如要吸附高浓度的磷，需要量比较大。

发明内容

本发明主要是针对越来越严重的水体磷污染，为了更好的利用氨碱厂碱渣，将碱渣作为吸附剂来去除水体中的磷污染物的方法。本方法与现有除磷方法相比具有无二次污染的显著特点，吸附完的含磷物质可以作为制肥原料而被再次利用，且本方法符合以废制废的环保理念。

为解决本发明提出的技术问题，本发明采取的技术方案是：一种利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）将碱渣破碎至10~20目，用水洗净，80~110℃烘干，磨细至过100~140目筛得到吸附材料（碱渣粉），备用；

2）将吸附材料按0.1~0.5g/100mL比例加入到磷含量为50mg/L以下的废水反应器中，充分混合反应；

3）调节含磷废水pH为5~12，充分混合反应时控制转速为150~200r/min，反应时间为8~10小时，温度为25~55℃；

4）液固分离最终通过离心分离或沉淀分离得到除磷后的水；吸附完的材料可以作为制肥原料而被再次利用。

本发明的原理在于：据表征测试，碱渣的表面成蜂窝状，比表面积约为31m²/g，具有丰富的吸附位点；碱渣主要矿物成分为方解石，含有钙、镁、铝等活性物质，可以与水中的离子想结合，从而达到吸附去除效果。碱渣的沉降性能好，可以有效的实现吸附完的泥水分离。

本发明的有益效果：依照本发明碱渣不需要复杂的加工或改造，简单的破碎、洗净烘干后经过磨细，即可对废水中磷污染物有良好的吸附去除作用。本发明利用氨碱厂碱渣，不仅实现了以废治废，获得了较高的磷去除率（废水中磷去除率可达90%以上），而且吸附完的材料可以作为制肥原料而被再次利用，同时实现了无二次污染。本发明为氨碱厂碱渣综合利用开辟了新途径，变废为宝，开拓了碱渣的潜在环保价值，符合以废制废环保理念，具有广范的实用意义。

附图说明

图1是实施例1中吸附时间与磷去除率的关系图。

图2是实施例1中吸附材料投加量与磷去除率的关系图。

图3是实施例1中吸附温度与磷去除率的关系图。

图4是实施例1中进水磷浓度与磷去除率的关系图。

图5是实施例1中进水pH与磷去除率的关系图。

具体实施方式

实施例1：

为了确定碱渣吸附废水中磷的最佳条件，先用模拟废水进行一系列影响因素的吸附试验。用KH₂PO₄配置含磷模拟废水，将吸附材料与模拟废水混合，装入锥形瓶中，在恒温振荡培养箱中振荡，充分混合反应，反应后的泥水混合物经离心取上清夜，利用钼锑抗分光光度法测定上清液中磷浓度。对比初始浓度及残余浓度，即可得知吸附材料对废水中磷污染物的去除率、吸附容量等吸附性能。

各影响因素的实验方法如下：

吸附时间：固定初始进水磷浓度，吸附材料投加量，反应温度，恒温振荡器转速，pH值，测定不同吸附时间碱渣粉对磷的吸附状况，确定饱和吸附时间。

碱渣粉投加量：固定初始进水磷浓度，反应温度，恒温振荡器转速，pH值，吸附时间，改变碱渣粉投加量，测定其对吸附的影响。

吸附温度：固定初始进水磷浓度，碱渣粉投加量，恒温振荡器转速，pH值，吸附时间，改变吸附温度，测定其对吸附的影响。

进水磷浓度：固定碱渣粉投加量，吸附温度，恒温振荡器转速，pH值，吸附时间，改变进水磷浓度，测定其对吸附的影响。

pH值：固定初始进水磷浓度，碱渣粉投加量，吸附温度，吸附时间，改变初始pH，测定其对吸附的影响。

1.吸附材料的准备与溶液的配置

将碱渣破碎至10目，用水洗净，80℃烘干，磨细至过140目筛得到吸附材料（碱渣粉），备用。用KH₂PO₄配置含磷（以P记）浓度为100mg/L的磷标准溶液待用。

2.不同影响因素对磷吸附去除率的影响

（1）吸附时间对磷去除率的影响

取9份含磷浓度为50mg/L，pH=5的模拟废水100mL，装入带盖锥形瓶中，同时分别加入0.3g吸附材料，控制温度为25℃，转速为180r/min，分别取吸附10min，20min，40min，1h，2h，5h，7h，8h，9h，10h后的混合液经离心后测定上清液中磷浓度。发现随着吸附时间的增加，去除率不断增加，当吸附2h时，去除率已达90%，当吸附8h时，吸附到达平衡，去除率可达95%以上。此条件下，最大吸附容量为15.9mg/g。（附图1所示）

（2）吸附材料投加量对磷去除率的影响

取5份含磷浓度为50mg/L，pH=5的模拟废水100mL，装入带盖锥形瓶中，同时分别加入0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g吸附材料，控制温度为25℃，转速为180r/min，吸附时间为8小时，离心后测定上清液中磷浓度。发现随着投加量的增加，去除率不断增加，当投加量为0.3g/100mL时，磷去除率已达95%，当投加量增加至0.5g/100mL时，去除率可高达99%。此条件下，最大吸附容量为24.2mg/g。（附图2所示）

（3）吸附温度对磷去除率的影响

取3份含磷浓度为50mg/L，pH=5的模拟废水100mL，装入带盖锥形瓶中，同时分别加入0.3g吸附材料，控制温度分别为25℃、40℃、55℃，转速为180r/min，吸附时间为8小时，离心后测定上清液中磷浓度。发现随着吸附温度的升高，去除率不断增加，但增幅不大，一般控制温度在25℃左右便可获得95%左右的磷去除率。此条件下，最大吸附容量为16.3mg/g。（附图3所示）

（4）初始进水磷浓度对去除率的影响

取5份含磷浓度分别为10 mg/L、30 mg/L、50 mg/L、70 mg/L、100mg/L，pH=5的模拟废水100mL，装入带盖锥形瓶中，同时分别加入0.3g吸附材料，控制温度为25℃，转速为180r/min，吸附时间为8小时，离心后测定上清液中磷浓度。发现在初始浓度为10~50mg/L的范围内，吸附材料投加量为0.3g/100mL均可以获得95%以上的去除率。此条件下，最大吸附容量为16.4mg/g。（附图4所示）

（5）初始进水pH对去除率的影响

取6份含磷浓度为50 mg/L的模拟废水100mL，装入带盖锥形瓶中，分别调节模拟废水pH为5、6、7、9、10、12，同时分别加入0.3g吸附材料，控制反应温度为25℃，转速为180r/min，吸附时间为8小时，离心后测定上清液中磷浓度。pH的升高有利于磷的去除，pH在5以上时，去除率达90%以上。此条件下，最大吸附容量为16.3mg/g。（附图5所示）

实施例2：

一种利用氨碱厂碱渣吸附废水中磷污染物的方法，它包括如下步骤：

1）将碱渣破碎至10目，用水洗净，105℃烘干，磨细至过100目筛得到吸附材料（碱渣粉），备用。

2）将吸附材料按0.31g/100mL的比例加入到磷含量为26.4mg/L的废水（pH约为8.7）中，充分混合反应（转速150r/min，时间为10小时，温度为25℃）后，离心后测定上清液中磷浓度。废水中磷污染物去除率高达99%。

实施例3：

1）将碱渣破碎至20目，用水洗净，110℃烘干，磨细至过140目筛得到吸附材料（碱渣粉），备用。

2）将吸附材料按0.5g/100mL的比例加入到磷含量为35mg/L的废水（pH约为6.4）中，充分混合反应（转速200r/min，时间为10小时，温度为55℃）后，离心后测定上清液中磷浓度。废水中磷污染物去除率达98%。

实施例4：

1）将碱渣破碎至20目，用水洗净，105℃烘干，磨细至过140目筛得到吸附材料（碱渣粉），备用。

2）将吸附材料按0.1g/100mL的比例加入到磷含量为10.8mg/L的废水（pH约为9.8）中，充分混合反应（转速200r/min，时间为9小时，温度为30℃）后，离心后测定上清液中磷浓度。废水中磷污染物去除率达94%。

Claims

1.一种利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于包括下列步骤：

（1）将碱渣破碎、水洗、烘干、磨细得吸附材料；

（2）将吸附材料投入装有含磷废水的反应器中；

（3）使吸附材料与含磷废水充分混合反应；

（4）液固分离，得到处理出水。

2.根据权利要求1所述的利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于：步骤（1）中，碱渣破碎至10~20目，水洗后磨细至100~140目筛得到吸附材料。

3.根据权利要求1所述的利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于：步骤（1）中，烘干温度为80~110℃。

4.根据权利要求1所述的利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于：步骤（2）中，吸附材料投加量在0.1~0.5mg/100mL废水，废水中磷浓度小于50mg/L。

5.根据权利要求1所述的利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于：步骤（2）中，调节含磷废水pH为5~12。

6.根据权利要求1所述的利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于：步骤（3）中，充分混合反应时控制转速为150~200r/min，反应时间为8~10小时，温度为25~55℃；

根据权利要求1所述的利用碱渣吸附去除废水中磷的方法，其特征在于：步骤（4）中，液固分离采用沉淀分离方法或者离心分离的方法。