CN103723854A - 应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，该技术可广泛应用于高浓度含磷废水中磷资源的回收，所述方法是通过磷固定化、强化成粒以及沉淀物后处理三个步骤，采用PAM强化成粒乳液，实现污水中磷的高效回收。采用此方法进行废水中磷资源的回收利用，回收效率高、成本低，絮凝所产生的絮体紧密粗实，絮体沉降速度快，沉降效果好，回收操作简便，易于实现工程化应用。

Description

应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法。

背景技术

磷是地球上一种不可自然再生的有限资源，磷的这一属性近年来已诱使国际磷矿石价格一路飙升。与此同时，全球范围内普遍存在着陆地磷矿产资源日益匮乏与水环境中磷含量过高而导致水体富营养化这一矛盾。这样的资源与环境现状目前正推动着以回收磷代替去除磷之理念的快速传播与研发技术的实际应用，从污水以及动物粪便中发掘第二磷矿的设想目前正被国际社会所日益青睐。

我国磷矿储量居世界第3位，探明磷矿资源储量约131亿吨，但真正可进行开采利用的仅为40亿吨，再扣除设计损失量和采矿损失量后的工业储量则仅为21亿吨。如果仅以富磷矿磷储量(P₂O₅≥30%)计算，我国富磷矿储量仅能维持使用10~15年。磷矿己被国土资源部列为我国2010年后不能满足国民经济发展需要的20种矿产之一，为我国的战略性矿产资源。

氮磷进入污水厂处理后，特别是生物脱氮除磷工艺处理后，使得进水中高达90%以上的磷和一部分氮负荷转移到污泥中；同时，由于厌氧环境的存在，使得污泥处理中的厌氧消化上清液和脱水滤液，都成为溶解性磷的富集处，将此部分磷加以回收利用，既可以解决废水排放所产生的环境问题，又可变废为宝。

磷回收或以纯粹的化学方法或以生物与化学相结合的方法来实现。磷回收最有可能在设有生物除磷脱氮的污水处理厂内实现，因为这些处理厂内的某些环节( 如厌氧池或污泥消化池) 能产生高浓度溶解性磷酸盐的液流，特别适合于可再生的鸟粪石、磷酸钙、磷酸铝等以沉淀形式分离。

鸟粪石法不仅可以有效地去除水中的氮、磷，生成的鸟粪石沉淀还可以作为缓释肥料用于农业生产和花卉种植，甚至可以制成清洁剂、化妆品, 是一种集环境效益和经济效益为一体的水处理方法。

但鸟粪石法的缺陷在于生成的晶体非常细小，不易与水分离，工业化应用中会导致二沉池出水水质下降，并且细小的晶体很容易在管路中淤积，造成管道堵塞。如何强化磷回收过程中晶体的成粒效果并增加回收率、简化操作是工业化生产中需要解决的关键问题。

发明内容

为了解决富磷污水中磷资源的回收过程中产生晶体细小并且操作复杂的问题，强化磷回收过程中晶体的成粒效果并增加回收率、简化操作，本发明提供了应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，通过磷固定化、强化成粒以及沉淀物后处理三个步骤，采用PAM强化成粒乳液，实现污水中磷的高效回收，此方法操作方便，回收效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，包括以下步骤：

(1)磷固定化：往待回收的富磷污水中加入适当比例的MgCl₂·6H₂O和NH₄Cl溶液，调节溶液的pH值至9.5~10.0之间，搅拌5~10min；

(2)强化成粒：往经过步骤(1)处理过污水中加入PAM强化成粒乳液，搅拌反应5~10min，然后停止搅拌，沉淀30~60min，排出上清液；

所用的PAM强化成粒乳液中各组分的质量百分浓度如下：

阴离子聚丙烯酰胺              0.01~0.1wt%

酸碱缓冲剂                        0.1~1wt%

硅藻土                              0.5~2wt%

(3)沉淀物的后处理。将经过步骤(2)处理后所得到的沉淀物进行脱水、干燥，即可收集利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过磷固定化、强化成粒以及沉淀物后处理三个步骤实现了污水中磷的高效回收，操作简便可行，回收效果好；

2.本发明用于污水中磷回收所用的PAM强化成粒乳液配方简单，浓度设计合理。PAM和硅藻土联合作用能够有效强化磷固定化过程中晶体的生成，解决了磷回收过程中絮体细小而无法回收或使回收效果降低的问题。缓冲剂的加入使溶液的pH值能够维持在PAM强化乳液最佳作用范围内，保证处理效果。三种成分按特定比例配制而成的强化成粒乳液对磷固定化步骤所产生的晶体具有很好的强化回收效果。操作简便，成本低，易于实现工业化应用；

3.采用本发明所提供的PAM强化成粒乳液强化成粒，产生的颗粒物紧密粗实，沉降速度快，沉降效果好，利于回收利用。

具体实施方式

本发明提供应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，通过磷固定化、强化成粒以及沉淀物后处理三个步骤，采用PAM强化成粒乳液，实现污水中磷的高效回收，此方法操作方便，回收效率高。

本发明的具体实施方式是通过以下三个步骤来实现污水中磷的回收：

(1)磷固定化：往待回收的富磷污水中加入适当比例的MgCl₂·6H₂O和NH₄Cl溶液，调节溶液的pH值至9.5~10.0之间，搅拌反应5~10min，使污水中的磷转化为可回收的磷酸铵镁沉淀物。

(2)强化成粒：往经过步骤(1)处理过污水中加入由特定组分按一定比例配制而成的PAM强化成粒乳液，投加量为1%~5%，搅拌使絮体变的粗大密实而易于与水分离，同时此过程亦能增强磷回收率。反应5~10min后停止搅拌，静置沉淀30~60min，待溶液中的水和沉淀物分层后排出上清液，沉淀物待进一步处理；

本过程所用的PAM强化成粒乳液中各组分的质量百分浓度如下：

阴离子聚丙烯酰胺               0.01~0.1wt%

酸碱缓冲剂                          0.1~1wt%

硅藻土                                 0.5~2wt%

其中，所述酸碱缓冲剂包括NaH₂PO₄-Na₂HPO₄、三乙醇胺-HCl、三羟甲基甲胺-HCl、Na₂B₄O₇、NH₃-NH₄Cl中的任何一种；

所述硅藻土粒径范围为100~1000目；

(3)沉淀物的后处理：将经过步骤(2)处理后所得到的沉淀物进行脱水、干燥。即可收集利用。

本发明通过磷固定化、强化成粒以及沉淀物后处理三个步骤实现了污水中磷的高效回收，操作简便可行，回收效果好。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

某工业废水，其总磷浓度为98mg/L。其中磷资源的回收过程包括以下步骤：

(1)磷固定化：取待回收的污水1m3加入絮凝搅拌反应器中，往其中加入适量MgCl₂·6H₂O和NH₄Cl溶液，使水中Mg、N、P三种物质的摩尔比例为1:1:1。再往反应器中加入适量的NaOH溶液，调节溶液的pH值至9.5，搅拌反应5min，使污水中的磷转化为可回收的磷酸铵镁沉淀物；

(2)强化成粒：往经过步骤(1)处理过污水中加入由0.05wt%阴离子聚丙烯酰胺、0.5wt% NaH₂PO₄- Na₂HPO₄缓冲剂、0.5wt%硅藻土(粒径100目)配制而成的PAM强化成粒乳液25L，投加比0.25%。搅拌使絮体变的粗大密实而易于与水分离，同时此过程亦能增强磷回收率。反应10min后停止搅拌，静置沉淀30min，待溶液中的水和沉淀物分层后排出上清液，沉淀物待进一步处理；

(3)沉淀物的后处理：将经过步骤(2)处理后所得到的沉淀物进行脱水、干燥。收集处理后的固体物质即可作为工业原料利用。

采用上述方法处理后的废水中总磷含量低于0.9mg/L，磷回收率大于99%。

实施例2：

某工厂生产废水，其总磷浓度为49.6mg/L。其中磷资源的回收过程包括以下步骤：

(1)磷固定化：取待回收的污水1L加入絮凝搅拌烧杯中，往其中加入MgCl₂·6H₂O和NH₄Cl溶液，使水中Mg、N、P三种物质的摩尔比例为1:1:1。再往反应器中加入适量的NaOH溶液，调节溶液的pH值至9.6，搅拌反应5min，使污水中的磷转化为可回收的磷酸铵镁沉淀物。

(2)强化成粒：往经过步骤(1)处理过污水中加入由0.1wt%阴离子聚丙烯酰胺、0.5wt%三乙醇胺-HCl缓冲剂、1.5wt%硅藻土(粒径500目)配制而成的PAM强化成粒乳液10mL，投加比0.10%。搅拌使絮体变的粗大密实而易于与水分离，同时此过程亦能增强磷回收率。反应10min后停止搅拌，静置沉淀30min，待溶液中的水和沉淀物分层后排出上清液，沉淀物待进一步处理。

(3)沉淀物的后处理：将经过步骤(2)处理后所得到的沉淀物进行脱水、干燥。收集处理后的固体物质即可作为工业原料利用。

采用上述方法处理后的废水中总磷含量为0.42mg/L，磷回收率大于99%。

实施例3：

某制药厂发酵废水，其总磷浓度为288mg/L。其中磷资源的回收过程包括以下步骤：

(1)磷固定化：取待回收的污水1L加入絮凝搅拌烧杯中，往其中加入MgCl₂·6H₂O和NH₄Cl溶液，使水中Mg、N、P三种物质的摩尔比例为1.2:1:1。再往反应器中加入适量的NaOH溶液，调节溶液的pH值至10.0，搅拌反应10min，使污水中的磷转化为可回收的磷酸铵镁沉淀物。

(2)强化成粒：往经过步骤(1)处理过污水中加入由0.1wt%阴离子聚丙烯酰胺、1wt%三羟甲基甲胺-HCl缓冲剂、2wt%硅藻土(粒径800目)配制而成的PAM强化成粒乳液50ml，投加比0.50%。搅拌使絮体变的粗大密实而易于与水分离，同时此过程亦能增强磷回收率。反应10min后停止搅拌，静置沉淀60min，待溶液中的水和沉淀物分层后排出上清液，沉淀物待进一步处理；

(3)沉淀物的后处理：将经过步骤(2)处理后所得到的沉淀物进行脱水、干燥。收集处理后的固体物质即可作为工业原料利用。

采用上述方法处理后的废水中总磷含量为2.2mg/L，磷回收率大于99%。

实施例4：

某工业废水，其总磷浓度为120mg/L。其中磷资源的回收过程包括以下步骤：

(1)磷固定化：取待回收的污水1m3加入絮凝搅拌反应器中，往其中加入MgCl₂·6H₂O和NH₄Cl溶液，使水中Mg、N、P三种物质的摩尔比例为1.2:1:1。再往反应器中加入适量的NaOH溶液，调节溶液的pH值至9.6，搅拌反应6min，使污水中的磷转化为可回收的磷酸铵镁沉淀物。

(2)强化成粒：往经过步骤(1)处理过污水中加入由0.08wt%阴离子聚丙烯酰胺、0.5wt% NH₃-NH₄Cl缓冲剂、1.6wt%硅藻土(粒径600目)配制而成的PAM强化成粒乳液15L，投加比0.15%。搅拌使絮体变的粗大密实而易于与水分离，同时此过程亦能增强磷回收率。反应10min后停止搅拌，静置沉淀40min，待溶液中的水和沉淀物分层后排出上清液，沉淀物待进一步处理；

(3)沉淀物的后处理：将经过步骤(2)处理后所得到的沉淀物进行脱水、干燥。收集处理后的固体物质即可作为工业原料利用。

采用上述方法处理后的废水中总磷含量为0.96mg/L，磷回收率大于99%。

实施例5：

某消化上清液，其总磷浓度为126mg/L。其中磷资源的回收过程包括以下步骤：

(1)磷固定化：取待回收的污水1m3加入絮凝搅拌反应器中，往其中加入适量MgCl₂·6H₂O和NH₄Cl溶液，使水中Mg、N、P三种物质的摩尔比例为1:1:1。再往反应器中加入适量的NaOH溶液，调节溶液的pH值至9.8，搅拌反应6min，使污水中的磷转化为可回收的磷酸铵镁沉淀物。

(2)强化成粒：往经过步骤(1)处理过污水中加入由0.08wt%阴离子聚丙烯酰胺、0.5wt% NaH₂PO₄- Na₂HPO₄缓冲剂、0.6wt%硅藻土(粒径800目)配制而成的PAM强化成粒乳液35L，投加比0.35%。搅拌使絮体变的粗大密实而易于与水分离，同时此过程亦能增强磷回收率。反应10min后停止搅拌，静置沉淀50min，待溶液中的水和沉淀物分层后排出上清液，沉淀物待进一步处理；

(3)沉淀物的后处理：将经过步骤(2)处理后所得到的沉淀物进行脱水、干燥。收集处理后的固体物质即可作为工业原料利用。

采用上述方法处理后的废水中总磷含量低于0.45mg/L，磷回收率大于99%。

综上可知，本发明实施例提供的应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，磷回收效率高达99%以上，通过磷固定化、强化成粒、沉淀物后处理三个步骤即可完成，所产生沉淀物粒径粗大，结构紧密，易于分离回收。采用本方法完成废水中磷的回收，操作简便可行，易于实现工程化应用。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，其特征是：该方法包括磷固定化、强化成粒以及沉淀物后处理三个步骤，采用PAM强化成粒乳液，实现污水中磷的高效回收。

2.根据权利要求1所述的应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，其特征在于：所述PAM强化成粒乳液中各组分的含量如下：

阴离子聚丙烯酰胺               0.01~0.1wt%，

酸碱缓冲剂                         0.1~1wt%，

硅藻土                                0.5~2wt%。

3.根据权利要求2所述的应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，

其特征在于：所述酸碱缓冲剂包括NaH₂PO₄- Na₂HPO₄、三乙醇胺-HCl、三羟甲

基甲胺-HCl、Na₂B₄O₇、NH₃-NH₄Cl中的任何一种。

4.根据权利要求2所述的应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，

其特征在于：所述硅藻土的粒径范围为100~1000目。

5.根据权利要求1所述的应用聚丙烯酰胺强化回收富磷污水中磷的方法，其特征在于：所述PAM强化成粒乳液的投加量为1%~5%。