CN105771881A - 一种去除水中磷的材料及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除水中磷的材料及方法，其特征在于：把氧化镁或者氢氧化镁与硫酸钙制备成为颗粒，按照质量比2:1‑1:4的比例混合成为除磷过滤材料，或者把上述两种原料的粉体按照质量比2:1‑1:4的比例混合、成型得到除磷材料。该材料作为活性的过滤材料缓慢释放钙离子和羟基，与水中的磷作用形成羟基磷灰石沉淀，可以去除水中微量的磷酸盐，出水磷浓度达到地面水体四类标准。

Description

一种去除水中磷的材料及方法
一、技术领域
本发明涉及生活污水、地面水体磷的去除。
二、背景技术
随着水污染的加剧，我国地面水体普遍发生富营养化。国家设立水污染控制重大专项进行研究，投入巨资进行城市污水处理设施建设，提高城市生活污水的处理率。然而，目前城市生活污水处理普遍采用好氧活性污泥法工艺，但是好氧生物处理出水中总氮、总磷的浓度仍然分别达到20-35mg/L、0.3-3.0mg/L，是湖泊水体二类标准的10-50倍。很多情况下生活污水经过二级处理难以稳定达到国家一级A排放标准，需要增加深度处理设施以保证出水达标。生活污水处理即使达到排水标准，但对于已经富营养化的水体，需要对废水进行更严格的脱氮除磷才能保证水体的生态环境。尤其是生活污水处理后作为景观用水等实现废水资源化和生活污水处理厂二级处理出水需要进一步脱氮除磷才能满足废水资源化应用要求。
废水中高浓度磷的处理一般用石灰沉淀法、铁盐沉淀法或铝盐沉淀法。在中性pH值下沉淀的钙磷酸盐溶度积较大，需控制较高的pH值来保证除磷沉淀出水的较低磷浓度，不仅造成药剂消耗量过大，而且出水pH值过高，满足不了排放要求。因而用石灰处理低浓度磷不能达到预期效果。当水中磷浓度很低时，铁、铝离子与磷酸根形成溶胶，很难用通常使用的沉淀池把磷酸盐沉淀从水中分离出来。为了提高沉淀除磷效果，必须投加远超过沉淀磷所需剂量的沉淀剂，导致铁、铝金属离子投加量大。
国内外已有很多学者在吸附法除磷方面做了研究，常用除磷吸附剂主要有沸石、方解石、膨润土、凹凸棒石、蛭石、赤泥、粉煤灰等天然矿物质和固体废物，这些粘土矿物和材料对磷有一定的吸附作用，但是吸附容量低，再生比较困难。为了提高除磷吸附剂的吸附能力，很多学者进行除磷复合材料的制备研究，包括用有机废物作载体负载La、Ce、 Fe等金属离子，用石英砂、蒙脱石、凹凸棒石、沸石等矿物做载体负载La、Al、Fe制备改性吸附剂，这些复合吸附剂具有较高的除磷吸附作用。从国内外研究结果来看，上述复合材料具有较好吸附作用的原因是吸附剂表面活性组分Fe3+、Al3+、La3+、Ce3+氢氧化物与磷酸根具有较强的化学键合作用。用稀土元素改性的吸附材料除磷效率高，但是价格昂贵，推广应用的前景不大。廉价的高效除磷吸附剂仍然有待开发。
三、发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供去除水中磷的材料及方法。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
选择AB两种原料。A原料为煅烧菱镁矿、水镁石、轻烧白云石中的任何一种，或者几种混合物，要求A原料中的主要物相为方镁石和/或水镁石，氧化镁+水镁石的含量不小于50%；B原料为天然石膏、硬石膏、脱硫石膏、磷石膏、化工石膏、废弃的石膏模具及板材中的任何一种。
把AB两种原料分别破碎、筛分得到粒径介于0.5-10mm之间的不同粒级的颗粒物，0.5-1mm、1-2mm、2-3mm、3-6mm、6-10mm任一粒级，把AB两种原料的同一粒级颗粒物按照质量比2:1-1:4的比例混合均匀，即得到所述专门用于去除水中磷的过滤材料。
或者把AB两种原料分别磨成200目的粉体，把AB两种原料的粉体按照质量比2:1-1:4的比例混合均匀；或者把AB两种原料按照质量比2:1-1:4的比例配料，共同磨成得到过200目的AB混合粉体；加入混合粉体30-50%的水拌合均匀；用公知的成型方法，如成球盘成型、挤压成型，成型为直径 3-12mm之间的颗粒或者棒状物，经保湿常温养护，即得到所述专门用于去除水中磷的过滤材料。
把所述的材料装填在水处理柱或者处理池中，待处理的含磷水以过滤方式流过滤料，水力停留时间在0.2-1h，该材料作为活性的过滤材料缓慢释放钙离子和羟基，与水中的磷作用形成羟基磷灰石沉淀，可以去除水中微量的磷酸盐，出水磷浓度达到地面水体四类标准。
本发明去除水中磷的材料及方法，其突出效果体现在以下几个方面：
1、轻烧氧化镁、水镁石、煅烧菱镁矿、轻烧白云石中的主要物相为方镁石和水镁石，方镁石和水镁石都具有在水中缓慢释放羟基的能力，并维持溶液pH值在8-10.5之间，是缓释性的固体碱。
2、石膏、熟石膏、硬石膏、脱硫石膏、磷石膏、化工石膏、废弃的石膏模具及板材中的主要成分是硫酸钙，这类化合物都具有溶解释放钙离子的效能，是钙离子的缓释源。
3、把氧化镁或者氢氧化镁与硫酸钙制按照质量比2:1-1:4制备成为颗粒状水处理滤料，在水力停留时间0.5-1h的条件下，该材料作为活性的过滤材料缓慢释放钙离子和羟基，水的pH值维持在8.5-9.2，在该pH范围内钙离子与水中的磷作用形成羟基磷灰石沉淀，可以去除水中微量的磷酸盐，出水磷浓度达到地面水体四类标准。
4、本发明的除磷材料及方法利用了氧化镁、氢氧化镁、硫酸钙的微溶特性，促进水中的磷转变为羟基磷灰石沉淀，该材料来源广泛、价格低廉，氧化镁、氢氧化镁、硫酸钙的固体物质转变为羟基磷灰石固体，材料除磷容量大、使用寿命长，失效的材料可以直接用作农田肥料。
四、具体实施方式
本发明的非限定实施例叙述如下。
实施例1
选择某地生产的轻烧氧化镁为A原料，其中氧化镁含量大于85%，破碎、筛分获得1-3mm的颗粒物A；
选择天然石膏为B原料，其中硫酸钙的含量大于85%，破碎、筛分获得1-3mm的颗粒物B；
把AB两种原料的颗粒物按照质量比1:2的比例混合均匀，即得到所述专门用于去除水中磷的过滤材料
把所述的除磷材料装填在Ф30cm高100mm的模拟水处理柱中，待处理的含磷水用自来水配制(磷浓度1mg/L)，以上升流过滤方式处理，水力停留时间在40min，出水磷浓度达到地面水体四类标准。
实施例2
选择某地生产的轻烧氧化镁为A原料，其中氧化镁含量大于85%，破碎、研磨过200目筛获得粉体A；
选择天然石膏为B原料，其中硫酸钙的含量大于85%，破碎、研磨过200目筛获得粉体B；
把AB两种粉体按照质量比1:1的比例混合均匀，在成球盘中加水成型为3-6mm颗粒，放入密封容器在常温、饱和湿度下养护10天，即得到所述专门用于去除水中磷的过滤材料。
把所述的除磷材料装填在Ф30cm高100mm的模拟水处理柱中，待处理的含磷水用自来水配制(磷浓度1mg/L)，以上升流过滤方式处理，水力停留时间在30min，出水磷浓度达到地面水体四类标准。
实施例3
选择某地生产的轻烧氧化镁为A原料，其中氧化镁含量大于85%，破碎、研磨过200目筛获得粉体A；
选择脱硫石膏为B原料，其中硫酸钙的含量大于85%，200℃煅烧1h，转变为熟石膏，研磨过200目筛获得粉体B；
把AB两种粉体按照质量比1:2的比例混合均匀，在成球盘中加水成型为3-6mm颗粒，在常温、饱和湿度下养护10天，即得到所述专门用于去除水中磷的过滤材料。
把所述的除磷材料装填在Ф30cm高100mm的模拟水处理柱中，待处理的含磷水用自来水配制(磷浓度1mg/L)，以上升流过滤方式处理，水力停留时间在30min，出水磷浓度达到地面水体四类标准。

Claims (4)

1.一种去除水中磷的材料，其特征在于：把AB两种原料制备成为0.5-10mm的颗粒，按照质量比2:1-1:4的比例混合得到的专门用于去除水中磷的过滤材料，或者把AB两种原料的粉体按照质量比2:1-1:4的比例混合、成型为1-10mm颗粒得到的除磷材料；
所述的A材料为煅烧菱镁矿（也称菱苦土、轻烧氧化镁）、或者水镁石、或者轻烧白云石，其中的主要物相为方镁石（MgO），或者方镁石、水镁石共存，方镁石+水镁石的含量不小于50%；
所述的B材料为天然石膏、熟石膏、硬石膏、脱硫石膏、磷石膏、化工石膏中的任何一种，或者废弃的石膏模具、板材。
2. 根据权利要求书1所述去除水中磷的材料制备方法，其特征在于：把AB两种原料分别破碎、筛分得到粒径介于0.5-10mm之间的不同粒级的颗粒物，0.5-1mm、1-2mm、2-3mm、3-6mm、6-10mm任一粒级，把AB两种原料的同一粒级颗粒物按照质量比2:1-1:4的比例混合均匀，即得到所述专门用于去除水中磷的过滤材料。
3.根据权利要求书1所述去除水中磷的材料制备方法，其特征在于：把AB两种原料分别磨成200目的粉体，把AB两种原料的粉体按照质量比2:1-1:4的比例混合均匀；或者把AB两种原料按照质量比2:1-1:4的比例配料，共同磨成得到过200目的AB混合粉体；加入混合粉体30-50%的水拌合均匀；用公知的成型方法，如成球盘成型、挤压成型，成型为直径 3-12mm之间的颗粒或者棒状物，经保湿常温养护，即得到所述专门用于去除水中磷的过滤材料。
4.根据权利要求书1所述去除水中磷的材料应用方法，其特征在于：把所述的材料装填在水处理柱或者处理池中，待处理的含磷水以过滤方式流过滤料，水力停留时间在0.2-1h，该材料作为活性的过滤材料缓慢释放钙离子和羟基，与水中的磷作用形成羟基磷灰石沉淀，可以去除水中微量的磷酸盐，出水磷浓度达到地面水体四类标准。
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