CN107459371A

CN107459371A - 利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法

Info

Publication number: CN107459371A
Application number: CN201710584355.3A
Authority: CN
Inventors: 刘桂萍; 刘长风; 毕颖; 唐蕊; 王俊凯
Original assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Current assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2017-12-12

Abstract

利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，涉及生产磷酸铵镁肥料方法，该方法以低品位菱镁矿经过煅烧得到的轻烧粉为原料，按照混合后反应体系中Mg:P：N的最佳化学计量摩尔比为10‑15:1:0.6‑1的比例投加轻烧粉和磷或氮到含磷和氨氮的废水中，在常温常压下进行搅拌反应，静止沉淀，所得沉淀物即为含有磷酸铵镁的缓释肥料。对于只含有磷和只含有氮的废水，可以先按照Mg:P最佳化学计量摩尔比为10‑20:1的比例投加一定量的轻烧粉到含磷废水中回收磷，调节反应体系的pH，在常温常压下进行搅拌反应，静止沉淀，所得沉淀物即为含有磷酸铵镁的缓释肥料。

Description

利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法

技术领域

本发明涉及一种生产磷酸铵镁肥料方法，特别是涉及一种利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法。

背景技术

轻烧粉是以菱镁矿为原料，焙烧后细磨而成，其原料丰富，质量稳定。而我国是世界上菱镁矿资源最为丰富的国家。总保有储量矿石30亿吨，占世界总量的2/3。目前，国内矿山一级菱镁矿的采出率不足50%，最低只有20%，多数企业每开采1吨有价值的菱镁矿石，大约平均产生2吨的废弃菱镁矿尾矿，仅辽宁海城周边地区产生的废弃菱镁矿，每年大约3600万吨，按采矿投入成本30元/吨计算，加上废弃尾矿价值20元/吨，造成的直接经济损失及采矿成本浪费达18亿元，全国每年废弃的菱镁矿尾矿上亿吨，尾矿废弃造成的资源浪费和经济损失将超过50亿元，对自然生态环境造成的危害则无法估量。因此废弃菱镁矿的综合利用已成为当前国内矿山亟待解决的问题。

磷和氮是导致水体富营养化的关键因素，所以在应对日益严重的全球富营养化问题的过程中，首先应注重对磷和氮的控制。同时与水体中磷过量相矛盾的是日前可用的磷矿资源非常短缺。如果能将水体中过量的磷、氮去除并且以氮磷缓释肥的形式回收，可以大大地减少农业生产的成本。因此，废水除磷、脱氮的最高目标就是实现从污水处理的不同环节回收氮磷资源并重新利用。

在含氮磷废水处理技术中，人们采用了各种工艺来脱氮除磷，主要包括生物法、化学沉淀法、吸附法、离了交换法等以及这些方法的综合运用。此外，北京大学鲁安怀教授还曾原创性的提出继物理法、化学法和生物法之后的第四类污染治理方法—矿物法。就是利用矿物的表面效应、孔道效应、结构效应、离子交换效应、结晶效应、溶解效应、水合效应、氧化还原效应、半导体效应、纳米效应及矿物生物交互效应等作用去除污染物。但利用低品位菱镁矿煅烧得到的轻烧粉作为吸附沉淀剂处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料的方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，该方法以低品位菱镁矿经过煅烧得到的轻烧粉为原料，在处理含磷含氮废水时，按照混合后反应体系中Mg:P：N的最佳化学计量摩尔比为10-15:1:0.6-1的比例投加轻烧粉和补充磷或氮到含磷和氨氮的废水中，调节反应体系的pH在8.0~9.0之间，在常温常压下进行搅拌反应15min~20min，,搅拌速度为150r-200r/min，沉降30min~60min，所得沉淀物即为含有磷酸铵镁的缓释肥料。废水磷的去除率可以达到95%以上，氮的去除率可以达到90%以上。

利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，该方法以低品位菱镁矿经过煅烧得到的轻烧粉为原料，将其加入到含磷废水中，在常温常压下进行搅拌反应；轻烧粉的投加量按其中镁与废水中磷的最佳化学计量摩尔比为Mg:P=10-20:1的比例投加，反应体系的pH值控制在8.0~9.0之间,搅拌速度为150r/min-200r/min，，搅拌时间为20min~30min，沉降30min~60min，废水中磷的去除率可以达到98%以上；将得到的含磷酸镁盐的沉淀物按混合后反应体系中物料化学计量摩尔比为Mg:P：N=10:1:0.6的比例投加到含氮废水中，调节反应体系的pH，在常温常压下进行搅拌反应，静止沉淀，所得沉淀物即为含有磷酸铵镁的缓释肥料。废水中氮的去除率可以达到50%以上。

所述的利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，所述轻烧粉为辽宁产低品位轻质氧化镁粉，其MgO含量在65%~90%之间。

所述的利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，所述废水的pH值在6以下则无需调节反应体系的pH值。

该方法既可以处理低浓度的含磷废水和含氮废水，也可以处理高浓度的含磷废水和含氮废水，也可以处理同时含氮和磷的废水，所得沉淀物为含有磷酸铵镁的缓释肥料，可作为农作物的基肥或底肥，或用作酸性土壤的改良剂等。

本发明的优点与效果是：

本发明材料来源于天然低品位菱镁矿，存量丰富，成本低廉，即解决了低品位菱镁矿的综合利用问题，为其合理的开发利用提供了出路，又能回收废水中的氮、磷生产磷酸铵镁缓释肥加以综合利用，具有较高的经济效益和环境效益。

本发明脱氮除磷生产磷酸铵镁的方法所使用的吸附沉淀剂为来源于天然低品位菱镁矿经煅烧制得的轻烧粉，存量丰富，成本低廉。解决了低品位菱镁矿的综合利用问题，为其合理的开发利用提供了出路，降低了磷酸铵镁生产成本，具有较好的经济效益和环境效益。

本发明的方法对低浓度和高浓度含磷含氮废水都有较好的处理效果，在最佳处理条件下磷的去除率都可以达到95%以上，氨氮的去除率可用达到50%。可以用于生活污水、养殖废水和工业含磷含氮废水的处理。

所用轻烧粉除含有大量镁和少量的硅、钙、铁、铝等元素外，不含有其他重金属，处理含磷、含氮废水回氮磷后，获得了含氮、磷、镁元素的农业用肥。实现了以废治废、污染控制与废弃物资源化并行，具有“零排放”、“零废料”的环保意义。

附图说明

图1为65%轻烧粉和89%轻烧粉脱氮除磷沉淀物显微镜照片；

图2为65%轻烧粉和89%轻烧粉除磷沉淀物显微镜照片；

图3为65%轻烧粉和89%轻烧粉除磷沉淀物脱氮后沉淀物显微镜照片；

图4、图5分别为pH值对65%和89%轻烧粉脱氮除磷效果的影响图；

图6、图7分别为氮磷比对65%和89%轻烧粉脱氮除磷效果的影响图；

图8、图9别为投加量对65%和89%轻烧粉脱氮除磷效果的影响图；

图10、图11分别为搅拌时间对65%和89%轻烧粉脱氮除磷效果的影响图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

以下实施例所用轻烧粉原料来源及成分说明：

所用轻烧粉规格为氧化镁含量65%和89%两种，均取自辽宁海城某菱镁矿。其化学组成见下表：

65%轻烧粉化学成分：

89%轻烧粉化学成分：

实施例1

取100mL氮磷比为m(N）:m（P）=0.4（N浓度为120mg/L，P浓度为300mg/L）的含磷含氮模拟废水6份分别于6个大烧杯中，其中3份每份加入65%的轻烧粉0.7g，另3份每份加入89%的轻烧粉0.7g，以150r/min的搅拌速度搅拌25min，沉降30min；取上清液测氮、磷含量，计算氮、磷去除率，同时取沉淀在显微镜下观察沉淀物形态，结果见下表及附图1。

65%轻烧粉脱氮除磷结果

89%轻烧粉脱氮除磷结果

实施例2

取100mL氮磷比为n(N）:n（P）=1.0:1.0,物质浓度为0.1mol/L,（N浓度为1400mg/L，P浓度为3100mg/L）的含磷含氮模拟废水6份分别于6个大烧杯中，改变65%的轻烧粉的投加量，以150r/min的搅拌速度搅拌25min，沉降60min；取上清液测氮、磷含量，计算氮、磷去除率，同时取沉淀在显微镜下观察沉淀物形态，结果见下表。

65%轻烧粉对高浓度氮磷废水的脱氮除磷结果

实施例3

取800mL磷浓度为300mg/L的含磷模拟废水10份分别于10个大烧杯中，其中5份每份加入65%的轻烧粉8g，另5份每份加入89%的轻烧粉6.4g，以150r/min的搅拌速度搅拌25min，沉降3h；取上清液测磷含量，计算磷去除率，同时取沉淀在显微镜下观察沉淀物形态结，沉淀干燥备用。结果见下表及附图。

取100mL氮浓度为150mg/L的含氮模拟废水8份分别于8个大烧杯中，其中4份每份加入65%的轻烧粉处理含磷废水的沉淀物0.9g，另4份每份加入89%的轻烧粉处理含磷废水的沉淀物0.9g，以150r/min的搅拌速度搅拌15min，沉降12h；取上清液测氮含量，计算氮的去除率，同时取沉淀在显微镜下观察沉淀物形态结，结果见下表及附图3。

65%轻烧粉除磷实验结果

89%轻烧粉除磷实验结果

序号	实验前pH	实验后pH	P去除率%
				1	4	9	97.55
2	4	9	97.68
				3	4	9	99.36
4	4	9	99.30
				5	4	9	98.32
均值			98.44

65%轻烧粉处理含磷废水沉淀物脱氮实验结果

序号	实验前pH	实验后pH	N去除率%
				1	6	9	65.30

				2	6	9	62.41
3	6	9	65.66
				4	6	9	66.75
均值			65.03

89%轻烧粉处理含磷废水沉淀物脱氮实验结果

序号	实验前pH	实验后pH	N去除率%
				1	6	9	54.67
2	6	9	54.67
				3	6	9	52.53
4	6	9	53.60
				均值			53.87

实施例4

取500mL磷浓度为3000mg/L的含磷模拟废水10份分别于10个大烧杯中，其中5份每份加入65%的轻烧粉15g，另5份每份加入89%的轻烧粉15g，以250r/min的搅拌速度搅拌40min，沉降12h；取上清液测磷含量，计算磷去除率，沉淀干燥备用。结果见下表。

取100mL氮浓度为200mg/L的含氮模拟废水8份分别于8个大烧杯中，其中4份每份加入65%的轻烧粉处理含磷废水的沉淀物3.5g，另4份每份加入89%的轻烧粉处理含磷废水的沉淀物4.5g，以200r/min的搅拌速度搅拌40min，沉降2h；取上清液测氮含量，计算氮的去除率，同时取沉淀在显微镜下观察沉淀物形态结，结果见下表。

轻烧粉对高浓度含磷废水的处理效果：

序号	1	2	3	4	5	平均值
							65%轻烧粉对磷的去除率%	99.87	99.28	99.91	99.54	99.73	99.67
89%轻烧粉对磷的去除率%	98.13	98.25	97.63	98.08	97.86	97.99

除磷沉淀物处理含氮废水效果：

序号	1	2	3	4	平均值
						65%轻烧粉脱磷沉淀物对氮去除率%	81.05	80.77	79.68	81.05	80.64
89%轻烧粉脱磷沉淀物对氮去除率%	83.52	83.24	82.15	83.24	83.04

Claims

1.利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：

该方法以低品位菱镁矿经过煅烧得到的轻烧粉为原料，在处理含磷含氮废水时，按照混合后反应体系中Mg:P：N的最佳化学计量摩尔比为10-15:1:0.6-1的比例投加轻烧粉和补充磷或氮到含磷和氨氮的废水中，调节反应体系的pH在8.0~9.0之间，在常温常压下进行搅拌反应15min~20min，,搅拌速度为150r-200r/min，沉降30min~60min，所得沉淀物即为含有磷酸铵镁的缓释肥料。

2.利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，其特征在于，该方法以低品位菱镁矿经过煅烧得到的轻烧粉为原料，将其加入到含磷废水中，在常温常压下进行搅拌反应；轻烧粉的投加量按其中镁与废水中磷的最佳化学计量摩尔比为Mg:P=10-20:1的比例投加，反应体系的pH值控制在8.0~9.0之间,搅拌速度为150r/min-200r/min，，搅拌时间为20min~30min，沉降30min~60min，废水中磷的去除率可以达到98%以上；将得到的含磷酸镁盐的沉淀物按混合后反应体系中物料化学计量摩尔比为Mg:P：N=10:1:0.6的比例投加到含氮废水中，调节反应体系的pH，在常温常压下进行搅拌反应，静止沉淀，所得沉淀物即为含有磷酸铵镁的缓释肥料。

3.根据权利要求1或2所述的利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，其特征在于，所轻烧粉为辽宁产低品位轻质氧化镁粉，其MgO含量在65%~90%之间。

4.根据权利要求1或2所述的利用轻烧粉处理含磷、含氮废水生产磷酸铵镁肥料方法，其特征在于，所述废水的pH值在6以下则无需调节反应体系的pH值。