CN105967390A - 一种高浓度含磷废水高效除磷的结晶分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供一种含磷废水处理方法，包括下述步骤：(1)将双氧水加入到含磷废水中，含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3‑与H2O2的摩尔比为n(PO4 3‑)：n(H2O2)＝1：(1‑1.2)；(2)将铁盐/亚铁盐加入到步骤(1)的溶液中，含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3‑与Fe3+/Fe2+的摩尔比为n(PO4 3‑)：n(Fe3+/Fe2+)＝1：(1‑1.2)；(3)将反应完成的步骤(2)的溶液分离。本发明能够高效降低废水中总磷浓度，并实现废物的综合利用，具有明显的经济效益。

Description

一种高浓度含磷废水高效除磷的结晶分离方法
技术领域
本发明属于废水资源化处理技术领域，特别涉及一种高浓度含磷废水高效除磷的结晶分离方法，特别适用于磷酸铝分子筛晶化母液的处理。
背景技术
磷是城市污水中主要的污染物之一，也是导致水体富营养化的重要原因，含磷废水直接排放将导致严重的水体污染。废水中磷的主要形态有正磷酸盐、有机磷和聚磷酸盐，其中绝大多数以正磷酸盐和聚磷酸盐的形式存在。
近年来，各国对污水中含磷化合物的排放提出了新标准。我国相继发布了《中华人民共和国污水综合排放标准》(GB 8978-1996)和《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)严格规定了磷酸盐的排放浓度。2015年1月1日，新颁布的《中华人民共和国环境保护法》开始实施，为了贯彻绿色发展理念，推进实施新环保法，保障人体健康，环境保护部决定修订《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)，必将提出更为严苛的污水排放标准，进而对废水除磷技术提出更高的要求。
磷酸铝分子筛是一种应用广泛的新型催化材料，其通常采用正磷酸为磷源。在磷酸铝分子筛晶化母液中含有较高浓度的磷酸根，必须将其高效处理进而达到废水排放标准。
目前，化学沉淀法除磷是最常见且运用最广的除磷技术。专利CN104030252A向含磷废水中投加水化氯铝酸钙，制得缓释化肥过磷酸钙缓释剂，但其处理周期较长，除磷效果不佳；专利CN104071887A采用复配氧化剂由二氧化氯，双氧水以及次氯酸钠三种溶液氧化剂和臭氧气体氧化剂按比例复配而成，采用氧化-混凝沉淀-树脂吸附复合工艺对废水进行处理，但其处理工艺较为复杂，处理成本较高；专利CN103420467A向含磷废水中投加聚合硫酸铁，在浓度、流速、黏度、温度等相关因素之间相互作用的影响下，确定聚合硫酸铁的最佳投加量，以控制和减少结晶的生长，但其处理后沉淀产品结构复杂不均一，难以资源化利用。
综上所述，现有除磷工艺存在着以下几种弊端：(1)除磷效果难以达到高效的水平，往往还需要协同其他的处理手段才能够使废水达到排放标准，增加处理工艺的复杂性；(2)处理后沉淀产品结构复杂不均一，不利于后期的分离和干燥操作，影响废物的综合利用效率；(3)投放药品利用效率低，造成药品原料的浪费，处理成本较高。
发明内容
本发明针对现有除磷工艺中的问题，提供了一种高浓度含磷废水高效除磷的结晶分离方法，特别适用于磷酸铝分子筛晶化母液的处理，能够高效降低废水中总磷浓度，并实现废物的综合利用，具有明显的经济效益。
本发明创造提供的方法包括，(1)将双氧水加入到含磷废水中，含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：(1-1.2)；(2)将铁盐/亚铁盐加入到步骤(1)的溶液中，含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-与Fe3+/Fe2+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe3+/Fe2+)＝1：(1-1.2)；(3)将反应完成的步骤(2)的溶液分离。
其中，所述步骤(1)中，双氧水的浓度为30％-50％。
其中，所述步骤(1)中，双氧水以滴加的方式加入到含磷废水中；所述步骤(2)中，铁盐/亚铁盐以溶液的方式滴加加入到步骤(1)的溶液中。进一步，所述双氧水和铁盐/亚铁盐的溶液的滴加时间为10-30min。
其中，所述铁盐/亚铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁的一种或几种的混合物。
其中，所述步骤(1)中，双氧水加入后，控制溶液pH值为6-8、温度为15-30℃反应一段时间；优选的反应时间为10-30min。
其中，所述步骤(2)中，铁盐/亚铁盐加入后，继续搅拌一段时间，然后控制溶液pH值为8-9、温度为15-30℃反应一段时间；优选的，铁盐/亚铁盐加入后，继续搅拌0-30min，然后控制溶液pH值为8-9、温度为15-30℃反应10-30min。
其中，所述步骤(3)中，经分离后的溶液即为处理后的废水，经分离后的固相产物可经干燥处理，获得磷酸铁产品。优选的，干燥处理条件为80-120℃下干燥1-10h。
本发明创造的优点在于：(1)总磷的去除率较高，操作条件简单易控，无需其他处理手段的辅助即可达到总磷99.95％以上的去除率，达到国家污水综合排放标准；(2)该方法副产磷酸铁产品，其主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等，从而实现废物的资源化综合利用；(3)投放药品利用效率高，避免药品原料的浪费，有效降低污水处理成本，具有明显的经济效益。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面通过具体实施例对本发明技术方案作进一步说明，但不限定本发明的保护范围。为叙述方便，实施例中略去了必要的或常规的技术条件或步骤，如pH调整方式，溶液配制方式等，这些条件或步骤被认为是本领域常规或技术人员容易获知的。
实施例1：
将30％的双氧水滴加到磷酸铝分子筛晶化母液中，磷酸铝分子筛晶化母液在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为20000mg/L，含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1.2，双氧水的滴加时间为10min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为6.5，温度为30℃，继续搅拌30min；滴加氯化铁溶液于上述反应液中，含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe3+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe3+)＝1：1.1，氯化铁溶液滴加时间为10min，滴加完毕后，继续搅拌30min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为8.0，温度为20℃，继续搅拌10min；将悬浮液过滤分离，在80℃下干燥所得滤饼，干燥时间为10h。处理后废水中总磷(以P计)为0.87mg/L，总磷去除率为99.99％。
实施例2：
将50％的双氧水滴加到磷酸铝分子筛晶化母液中，磷酸铝分子筛晶化母液在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为15000mg/L，含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1，双氧水的滴加时间为20min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为8.0，温度为15℃，继续搅拌10min；滴加氯化亚铁溶液于上述反应液中，含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe2+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe2+)＝1：1.05，氯化亚铁溶液滴加时间为30min，滴加完毕后，继续搅拌10min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为8.5，温度为15℃，继续搅拌30min；将悬浮液过滤分离，在100℃下干燥所得滤饼，干燥时间为5h。处理后废水中总磷(以P计)为0.69mg/L，总磷去除率为99.99％。
实施例3：
将40％的双氧水滴加到磷酸铝分子筛晶化母液中，磷酸铝分子筛晶化母液在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为10000mg/L，含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1.05，双氧水的滴加时间为30min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为6.0，温度为20℃，继续搅拌20min；滴加硫酸铁溶液于上述反应液中，含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe3+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe3+)＝1：1，硫酸铁溶液滴加时间为20min，滴加完毕后，继续搅拌20min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为8.0，温度为18℃，继续搅拌20min；将悬浮液过滤分离，在120℃下干燥所得滤饼，干燥时间为10h。处理后废水中总磷(以P计)为0.48mg/L，总磷去除率为99.99％。
实施例4：
将30％的双氧水滴加到磷酸铝分子筛晶化母液中，磷酸铝分子筛晶化母液在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为5000mg/L，含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1.1，双氧水的滴加时间为15min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为7.5，温度为25℃，继续搅拌15min；滴加硝酸亚铁溶液于上述反应液中，含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe2+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe2+)＝1：1.2，硝酸亚铁溶液滴加时间为25min，滴加完毕后，继续搅拌15min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为9.0，温度为28℃，继续搅拌15min；将悬浮液过滤分离，在90℃下干燥所得滤饼，干燥时间为8h。处理后废水中总磷(以P计)为0.41mg/L，总磷去除率为99.99％。
实施例5：
采用磷酸二氢钠溶液模拟含磷废水，将30％的双氧水滴加到磷酸二氢钠溶液中，模拟含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为6000mg/L，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1.05，双氧水的滴加时间为25min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为7.6，温度为28℃，继续搅拌20min；滴加硫酸亚铁溶液于上述反应液中，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe2+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe2+)＝1：1.1，硫酸亚铁溶液滴加时间为15min，滴加完毕后，继续搅拌25min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为8.4，温度为30℃，继续搅拌25min；将悬浮液过滤分离，在95℃下干燥所得滤饼，干燥时间为8h。处理后废水中总磷(以P计)为0.43mg/L，总磷去除率为99.99％。
实施例6：
采用磷酸氢二钾溶液模拟含磷废水，将50％的双氧水滴加到磷酸氢二钾溶液中，模拟含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为3000mg/L，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1.15，双氧水的滴加时间为25min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为7.0，温度为20℃，继续搅拌30min；滴加硝酸铁溶液于上述反应液中，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe3+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe3+)＝1：1.15，硝酸铁溶液滴加时间为30min，滴加完毕后，继续搅拌10min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为8.2，温度为15℃，继续搅拌10min；将悬浮液过滤分离，在80℃下干燥所得滤饼，干燥时间为9h。处理后废水中总磷(以P计)为0.39mg/L，总磷去除率为99.98％。
实施例7：
采用磷酸溶液模拟含磷废水，将45％的双氧水滴加到磷酸溶液中，模拟含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为1000mg/L，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1.2，双氧水的滴加时间为25min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为6.0，温度为30℃，继续搅拌10min；滴加氯化亚铁溶液于上述反应液中，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe2+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe2+)＝1：1.2，氯化亚铁溶液滴加时间为10min，滴加完毕后，继续搅拌30min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为8.0，温度为24℃，继续搅拌15min；将悬浮液过滤分离，在100℃下干燥所得滤饼，干燥时间为4h。处理后废水中总磷(以P计)为0.33mg/L，总磷去除率为99.97％。
实施例8：
采用磷酸钾溶液模拟含磷废水，将35％的双氧水滴加到磷酸钾溶液中，模拟含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-浓度(以P计)为500mg/L，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：1，双氧水的滴加时间为20min，双氧水滴加完毕后，调节溶液的pH值为8.0，温度为15℃，继续搅拌20min；滴加硫酸铁溶液于上述反应液中，模拟含磷废水可电离出的PO4 3-与Fe3+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe3+)＝1：1，硫酸铁溶液滴加时间为20min，滴加完毕后，继续搅拌20min；滴加饱和NaOH溶液，调节上述反应液的pH值为9.0，温度为15℃，继续搅拌10min；将悬浮液过滤分离，在120℃下干燥所得滤饼，干燥时间为3h。处理后废水中总磷(以P计)为0.21mg/L，总磷去除率为99.96％。
本发明的改性方法及其效果已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种含磷废水处理方法，包括下述步骤：(1)将双氧水加入到含磷废水中，含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-与H2O2的摩尔比为n(PO4 3-)：n(H2O2)＝1：(1-1.2)；(2)将铁盐/亚铁盐加入到步骤(1)的溶液中，含磷废水在整个反应过程可电离出的PO4 3-与Fe3+/Fe2+的摩尔比为n(PO4 3-)：n(Fe3+/Fe2+)＝1：(1-1.2)；(3)将反应完成的步骤(2)的溶液分离。
2.根据权利要求1所述的含磷废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，双氧水的浓度为30％-50％。
3.根据权利要求1所述的含磷废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，双氧水以滴加的方式加入到含磷废水中；所述步骤(2)中，铁盐/亚铁盐以溶液的方式滴加加入到步骤(1)的溶液中。
4.根据权利要求3所述的含磷废水处理方法，其特征在于，所述双氧水和铁盐/亚铁盐的溶液的滴加时间分别为10-30min。
5.根据权利要求1所述的含磷废水处理方法，其特征在于，所述铁盐/亚铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的含磷废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，双氧水加入后，控制溶液pH值为6-8、温度为15-30℃反应一段时间；优选的反应时间为10-30min。
7.根据权利要求1所述的含磷废水处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，铁盐/亚铁盐加入后，继续搅拌一段时间，然后控制溶液pH值为8-9、温度为15-30℃反应一段时间；优选的，铁盐/亚铁盐加入后，继续搅拌0-30min，然后控制溶液pH值为8-9、温度为15-30℃反应10-30min。
8.根据权利要求1所述的含磷废水处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，还包括对分离后的固相产物可经干燥处理，获得磷酸铁产品的过程；优选的，干燥处理条件为80-120℃下干燥1-10h。
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