CN103241794A - 一种利用改性碱渣去除污水中磷污染物的方法 - Google Patents

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马芳变
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Abstract

本发明涉及一种利用改性碱渣去除污水中磷污染物的方法,包括下列步骤:(1)将原碱渣在80~110℃烘干后破碎至50~100目;(2)将破碎碱渣与1mol/L氢氧化钠按照固液比1∶10~1∶20的比例混合并煮沸2~3h,得到的浆液经过滤分离出固体,对其洗涤并烘干研磨至过100~200目筛,获得吸附剂,备用;(3)吸附剂按照0.05~0.2g/100mL的比例投加到含磷浓度低于50mg/L的废水中,控制转速为180~200r/min,控制温度在20~60℃,充分接触反应5~120min,即完成除磷过程,最佳条件下的吸附去除率可达95%以上。吸附完的碱渣可以作为制肥的原料以及酸性土壤改良剂而被再次利用。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

一种利用改性碱渣去除污水中磷污染物的方法
技术领域
  本发明属于污水处理与工业固体废弃物资源化领域,特别是一种利用改性后的氨碱厂废渣作为吸附剂去除污水中磷的方法。
 
背景技术
目前,各种各样的方法被用到废水除磷上,主要有化学沉淀法、吸附法、生物法以及这些方法的联合使用。其中吸附法具有操作简单、可控制性强、去除速度快等特点而受到重视,对于吸附法而言,寻找一种高吸附容量、价格低廉的材料是核心问题。前人已发现许多种吸附剂运用于废水除磷,例如活性炭、钢渣、活性氧化铝、粉煤灰、鸡蛋壳、废矿石等。其中钢渣、粉煤灰、废矿石等虽然有较好的去除率以及低廉的价格,但是其成分复杂,可能会将自身携带的有害离子带入废水中造成二次污染;活性炭、活性氧化铝虽然具有较高的吸附容量,但是其价格相对昂贵;鸡蛋壳等虽然价格低廉,但是其吸附容量小,吸附高浓度磷废水所需的蛋壳量较多。
碱渣是氨碱法治纯碱过程中产生的一种废渣,每生产1纯碱约产生300~300Kg碱渣,大量碱渣的堆积,不仅会侵占大量土地,而且对周围的地表水、地下水及空气都有潜在的威胁。其主要成分有CaCO3、Mg(OH)2、CaCl2 、Fe2O3、Al2O3等。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。本课题组曾研究过利用未处理的碱渣去除废水中的磷,但是最终发现未处理的碱渣在处理相同浓度的废水时,需加大投加量才能达到理想的效果。
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,将改性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,吸附完的碱渣可以作为酸性土壤改良剂以及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:一种利用改性碱渣去除污水中磷污染物的方法,包括如下步骤:
(1)将碱渣烘干、破碎、磨细后,与1mol/L的氢氧化钠溶液混合煮沸,将煮沸后的浆液过滤分离出固体,将得到的固体水洗烘干后研磨至需要的目数,即得到吸附剂;
(2)将吸附剂投加入装有含磷废水的反应器中;
(3)使吸附剂与含磷废水充分混合反应;
(4)将吸附剂与废水分离,最终得到处理后的水。
    其中,步骤(1)中,碱渣在80~110℃下烘干24h,碱渣破碎至50~100目;碱渣与氢氧化钠混合比为1:10~1:20,煮沸时间为2~3h;分离出的固体物质水洗烘干后研磨至过100~200目筛。
    步骤(2)中,含磷废水中磷浓度控制在50mg/L以下,含磷废水中pH为3~11。
    步骤(3)中,充分混合反应时控制转速为180~200r/min,反应时间为5~120min,温度为20~60℃;
步骤(4)中,液固分离采用离心分离或过滤的方法。
    本发明的原理在于:原碱渣中含有部分溶解态的CaCl2,氢氧化钠可以使之固定在碱渣的表面。据XRF(X射线荧光光谱仪)结果显示,改性后的碱渣中钙含量增高,表面钙的位点增多,利于磷在改性碱渣的表面富集。吸附剂表面还含有其他诸如Mg、Al、Fe等位点,同样有利于水中磷的富集。改性碱渣的沉降性能较好,可以有效的实现吸附完的泥水分离。
本发明的有益效果:依照本发明改性后的碱渣钙含量较高,相比为改性的碱渣,处理同样浓度的废水,少量的吸附剂即可达到理想的效果。本发明利用氨碱厂碱渣,不仅实现了以废治废,获得了高的磷去除率(废水中磷去除率可达95%以上),而且吸附完的材料可以作为制肥原料以及酸性土壤该来改良剂而被再次利用,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
一种利用改性碱渣去除污水中磷污染物的方法,包括以下步骤:   
(1)将原碱渣在80~110℃烘干24h后破碎至50~100目;
(2)将破碎碱渣与1mol/L氢氧化钠按照固液比1:10~1:20的比例混合并煮沸2~3h,得到的浆液经过滤分离出固体,对其洗涤并烘干研磨至过100~200目筛,获得吸附剂,备用;
(3)吸附剂按照0.1~0.3g/100mL的比例投加到含磷浓度低于50mg/L的废水中,调节pH为3~11,控制转速为180~200r/min,控制温度在20~60℃,充分接触反应5~120min;
    (4)采用离心或者过滤的分离方法将吸附完的吸附剂与废水分离开。    
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。
    各影响因素的的实验方法如下:
    吸附时间:固定初始进水磷浓度,吸附剂投加量,反应温度,恒温振荡器转速,pH值,测定不同吸附时间吸附剂对磷的吸附状况,确定饱和吸附时间。
    吸附剂投加量: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,改变吸附剂投加量,测定其对吸附的影响。
    吸附温度:固定初始进水磷浓度,吸附剂投加量,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:固定吸附剂投加量,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,吸附剂投加量,吸附温度,吸附时间,改变初始pH,测定其对吸附的影响。
    1.吸附剂的准备与溶液的配置
    原碱渣在80℃烘干24h后破碎至100目,将破碎碱渣与1mol/L氢氧化钠按照固液比1:10的比例混合并煮沸2h,得到的浆液经过滤分离出固体,对其洗涤并烘干研磨至过100目筛,获得吸附剂备用。用KH2PO4配置含磷浓度为1000mg P/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8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吸附剂,控制温度为25℃,转速为200r/min,分别取吸附5min,10min,15min,30,min,45min,60min,90min,120min后的混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液中磷浓度。发现改性碱渣除磷速率很快,在5min的时候去除率已达到98%。60min后达到平衡,去除率为98.25%。此条件下,最大吸附容量为49.12mg/g。(附图1所示)
    (2)吸附材料投加量对磷去除率的影响
    取4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0.05g、0.1g、0.15g、0.2g吸附材料,控制温度为25℃,转速为180r/min,吸附时间为1小时,混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液中磷浓度。发现随着投加量的增加,去除率增加,但增幅不大,当投加量为0.1g/100mL时,磷去除率已达98%,当投加量增加至0.2g/100mL时,去除率可高达99.5%。(附图2所示)
    (3)吸附温度对磷去除率的影响
    取6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吸附材料,控制温度分别为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃转速为180r/min,吸附时间为1小时,混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液中磷浓度。发现随着吸附温度的升高,去除率不断增加,一般控制温度在20℃~30℃便可获得98%的磷去除率。(附图3所示)
    (4)初始进水磷浓度对去除率的影响
    取7份含磷浓度分别为50 mg/L、70 mg/L、90 mg/L、110 mg/L、130mg/L、150 mg/L、200 mg/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吸附材料,控制温度为25℃,转速为200r/min,吸附时间为1小时,混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液磷浓度。发现随着初始磷浓度的增加,吸附容量也在不断增加。初始浓度为200mg/L时,吸附容量为199.73mg/g,说明改性后的碱渣富集磷的能力有了很大的提高。(附图4所示)
    (5)初始进水pH对去除率的影响
    取9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3、4、5、6、7、8、9、10、11,同时分别加入0.1g吸附材料,控制反应温度为25℃,转速为200r/min,吸附时间为1小时,混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液中磷浓度。pH对磷的去除没有太大的影响,在pH为3~11的范围内都能获得较高的磷去除率93~98.5%。(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)将原碱渣在80~110℃烘干24h后破碎至50~100目;
(2)将破碎碱渣与1mol/L氢氧化钠按照固液比1:20的比例混合并煮沸3h,得到的浆液经过滤分离出固体,对其洗涤并烘干研磨至过200目筛,获得吸附剂;
    (3)将吸附剂按0.05g/100mL的比例加入到磷含量为18.2mg/L的废水(pH约为5.4)中,充分混合反应(转速200r/min,时间为2小时,温度为25℃)后,混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液磷浓度。废水中磷污染物去除率高达90.3%。
    实施例3:
    (1)将原碱渣在80~110℃烘干24h后破碎至50~100目;
(2)将破碎碱渣与1mol/L氢氧化钠按照固液比1:10的比例混合并煮沸2h,得到的浆液经过滤分离出固体,对其洗涤并烘干研磨至过140目筛,获得吸附剂;
    (3)将吸附材料按0.2g/100mL的比例加入到磷含量为40.2mg/L的废水(pH约为8.6)中,充分混合反应(转速200r/min,时间为2小时,温度为25℃)后,混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液磷浓度。废水中磷污染物去除率达98.1%。
    实施例4:
    (1)将原碱渣在80~110℃烘干24h后破碎至50~100目;
(2)将破碎碱渣与1mol/L氢氧化钠按照固液比1:10的比例混合并煮沸2.5h,得到的浆液经过滤分离出固体,对其洗涤并烘干研磨至过100目筛,获得吸附剂;
    (3)将吸附材料按0.05g/100mL的比例加入到磷含量为4.3mg/L的废水(pH约为4.0)中,充分混合反应(转速200r/min,时间为2小时,温度为25℃)后,混合液经0.45μm滤膜过滤后测定滤液磷浓度。废水中磷污染物去除率达95.5%。

Claims (7)

1. 一种利用改性碱渣去除污水中磷污染物的方法,其特征在于包括下列步骤:
(1) 将碱渣烘干、破碎、磨细后,与1mol/L的氢氧化钠溶液混合煮沸,将煮沸后的浆液过滤分离出固体,将得到的固体水洗烘干后研磨至需要的目数,即得到吸附剂;
(2) 将吸附剂投加入装有含磷废水的反应器中;
(3) 使吸附剂与含磷废水充分混合反应;
(4) 将吸附剂与废水分离,最终得到处理后的水。
2. 根据权利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法,其特征在于:步骤(1)中,碱渣在80~110℃下烘干24h,碱渣破碎至50~100目。
3. 根据权利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法,其特征在于:步骤(1)中,碱渣与氢氧化钠混合比为1:10~1:20,煮沸时间为2~3h。
4. 根据权利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法,其特征在于:步骤(1)中,分离出的固体物质水洗烘干后研磨至过100~200目筛。
5. 根据权利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法,其特征在于:步骤(2)中,含磷废水中磷浓度控制在50mg/L以下,含磷废水中pH为3~11。
6. 根据权利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法,其特征在于:步骤(3)中,充分混合反应时控制转速为180~200r/min,反应时间为5~120min,温度为20~60℃。
7.根据权利要求1所述的去除污水中磷污染物的方法,其特征在于:步骤(4)中,液固分离采用离心分离或过滤的方法。
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