CN107694547A - 一种水体深度除磷吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水体深度除磷吸附剂及其制备方法。包括以下重量份的原料：10‑60份凹凸棒土、10‑60份的膨润土、2‑8份的铝盐、2‑6份的钙盐、10‑30份铁盐、2‑8份的吸附助剂为原料，经焙烧预处理、粉碎混合等步骤制备而成。本发明复配材料制备工艺简单，磷去除效率高，在磷浓度为2mg/L的水样中磷去除率均可达99％以上，处理后的磷浓度可以降低到0.050mg/L以下，达到国家《地表水环境质量标准》GB3838‑2002 II类水体标准要求。

Description

一种水体深度除磷吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种水体深度除磷吸附剂及其制备方法。
背景技术
随着工农业及生活水平的不断发展，大量含磷化肥、农药的生产和使用，含磷生活污水的过度排放，使海水、湖水中的含磷量日益升高。水体中过高的磷含量会使水体生态系统遭到破坏，并影响人类生命健康。
为了解决水体中磷含量过高所带来的环境问题，目前，很多技术如膜过滤法、化学沉淀法、吸附法等被应用于水体中磷的捕集。而在实际治理过程中，往往是多种技术组合使用。对于高浓度磷去除，化学沉淀法往往表现较为优异，而随着水质排放标准的不断提高，传统的化学沉淀法则对低浓度磷的去除效率则显得较为低下；而膜过滤法也往往是与化学沉淀法、吸附法联合使用，其中，吸附法一直被公认为是去除和回收水体中磷的最有效方法之一，尤其是低浓度磷的深度去除。吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面的固体物质对水中磷酸根离子的吸附亲和力，实现对废水的除磷过程。
但目前针对水体磷深度去除的吸附剂，水体处理前后的磷浓度变化较小(2mg/L～0.8mg/L降低至0.2mg/L或0.05mg/L以下)，致使很多高吸附容量的除磷吸附剂真实利用率较低，造成材料的巨大浪费，致使吸附剂在水深度除磷处理过程中成本过高，应用也受到限制。为此，开发除磷吸附效率高、制备工艺简单、原料易得、成本低廉，且投加用量满足含磷废水深度处理经济成本的吸附剂的显得尤为重要。
发明内容
基于以上背景，本发明提供了一种水体深度除磷吸附剂及其制备方法。本吸附剂综合借鉴了化学沉淀法及吸附法治理含磷废水的原理，将天然多孔粘土如凹凸棒土、膨润土等做为吸附剂主体成分的同时，添加了Fe、Al、Ca盐及吸附助剂等组分，达到协同高效深度去除水体中的低浓度磷的效果。
本发明采取的技术方案为：
一种水体深度除磷吸附剂，包括以下重量份的原料：10-60份凹凸棒土、10-60份的膨润土、2-8份的铝盐、2-6份的钙盐、10-30份铁盐、2-8份的吸附助剂。
所述凹凸棒土粒度为200-400目，比表面积为40-80m2/g。所述膨润土的粒度为200-400目，比表面积为20-50m2/g。凹凸棒土、膨润土的粒度、比表面积对除磷效果有明显影响，粒度过大而比表面积小则除磷效果差，但是粒度过小而比表面积大虽然除磷有所增加，但工业化成产成本高。
所述的铝盐为十八水合硫酸铝或六水合氯化铝，所述铝盐占所述凹凸棒土、膨润土总质量的2-8％。
所述钙盐为无水氯化钙、无水硫酸钙、无水氧化钙的一种；所述钙盐占所述凹凸棒土、膨润土总质量的2-6％。
所述铁盐可以为七水合硫酸亚铁、无水硫酸铁、六水合氯化铁的一种，所述铁盐占所述凹凸棒土、膨润土总质量的10-30％。
以上铝盐、钙盐、铁盐均是易得且价格低廉的产品，相较其他的铝盐、钙盐、铁盐可大大降低水体深度除磷吸附剂的生产成本，且他们与污染水体中的磷结合能力强，增强吸附剂的除磷效果。
所述吸附助剂可以为聚合硅酸铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铝、聚合氯化铝的一种或几种的混合，所述吸附助剂占所述凹凸棒土、膨润土总质量的2-8％。吸附助剂的加入不仅可以与磷酸根发生络合作用，而且能够加速水体微粒的絮凝、下沉，快速清洁水体环境。
本发明还提供了一种水体深度除磷吸附剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)凹凸棒土、膨润土经焙烧处理；
(2)将处理后的10-60份凹凸棒土、10-60份膨润土和2-8份铝盐、2-6份钙盐、10-30份铁盐、2-8份吸附助剂混合搅拌5-10min，即可得到所述水体深度除磷吸附剂。
进一步地，所述步骤(1)中，焙烧的温度为400-600℃，时间为2-4h。凹凸棒土、膨润土经过焙烧后能够失去部分结晶水，使孔道打开，增加比表面积，提高其吸附能力，增加除磷效果。如果焙烧的温度过低，孔道无法打开，除磷效果差，温度过高，易使原料孔道坍塌，除磷效果下降，因此本发明中将凹凸棒土和膨润土的焙烧温度控制在400-600℃。
本发明还提供了所述水体深度除磷吸附剂在水处理中的应用。
本发明提供的水体深度除磷吸附剂在应用于水处理时，水体深度除磷吸附剂的投加量为水体总质量的0.08％～0.2％，除磷率可达99％以上。
本发明提供的水体深度除磷吸附剂的配方中，利用焙烧后凹凸棒土、膨润土的多孔及大比表面积进行吸附，而Fe、Al、Ca盐能够与磷酸根作用生成沉淀，吸附助剂的加入能够络合磷酸根及加速沉淀微粒的絮凝下沉，以上各物质协同作用增加吸附剂的除磷效果。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
(1)本发明制备的水体深度除磷吸附剂，原料成本低廉、制备工艺简单，无需溶解反应等系列复杂步骤，直接固相混合即可得成品。
(2)配方合理，发明人经过反复实验确定了吸附剂的原料和各原料的加入量，这样的配方可在最大程度上去除水体中磷含量的同时，将水体的pH稳定维持在正常的范围之内。
(3)本发明制备的水体深度除磷吸附剂的磷去除效果优异。在磷浓度为2mg/L和20mg/L的水样中磷去除率均可达99％以上，处理后的磷浓度可以降低到0.050mg/L以下，达到国家《地表水环境质量标准》GB3838-2002II类水体标准要求。
(4)本发明制备的磷吸附剂投加量小，投加水体质量的0.08％～0.2％的吸附剂，2mg/L的含磷水样磷浓度可以降低至0.050mg/L以下，使用简单投加即可，无需预混稀释，使用后对水体pH值无明显改变，可有效减少酸碱度调节环节，且利于水体生态环境的保持。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种水体深度除磷吸附剂，包括以下重量份的原料：60份凹凸棒土、10份的膨润土、5份十八水合硫酸铝、4份无水氯化钙、10份七水合硫酸亚铁、2份聚合硫酸铁。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将凹凸棒土、膨润土在400℃焙烧4h，于干燥处保存备用；
(2)将处理后的60份凹凸棒土、10份膨润土和配方量的十八水合硫酸铝、无水氯化钙、七水合硫酸亚铁、聚合硫酸铁在混料机中混合5min，即可得到所述水体深度除磷吸附剂。
将本实施例得到的水体深度除磷吸附剂在含磷水样中进行磷的静态吸附实验，具体为：称取适量干燥后的磷酸二氢钾配制磷浓度为1.995mg/L的水样，pH值为6.0。室温下，称取0.3g制备的水体深度除磷吸附剂加入到200mL含磷水样中，室温下在摇床上震荡吸附4h，静置后取样，过滤，使用水质快速检测仪检测水样中的磷浓度，并计算磷去除率。
经检测，材料处理后1.995mg/L含磷水样中的磷浓度降为0.030mg/L，磷去除率为98.5％，处理后水体pH值为6.87。
实施例2
一种水体深度除磷吸附剂，包括以下重量份的原料：60份凹凸棒土、40份膨润土、3份六水合氯化铝、5份无水硫酸钙、25份六水合氯化铁、1份聚合硅酸铁、1份聚合氯化铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将凹凸棒土、膨润土在500℃焙烧3h，于干燥处保存备用；
(2)将处理后的60份凹凸棒土、40份膨润土和配方量的十八水合硫酸铝、无水氯化钙、七水合硫酸亚铁、聚合硫酸铁在混料机中混合5min，即可得到所述水体深度除磷吸附剂。
将本实施例得到的水体深度除磷吸附剂在含磷水样中进行磷的静态吸附实验，具体为：称取适量干燥后的磷酸二氢钾配制磷浓度为2.008mg/L的水样，pH值为6.0。室温下，称取0.2g制备的水体深度除磷吸附剂加入到200mL含磷水样中，室温下在摇床上震荡吸附4h，静置后取样，过滤，使用水质快速检测仪检测水样中的磷浓度，并计算磷去除率。
经检测，材料处理后2.008mg/L含磷水样中的磷浓度降为0.016mg/L，磷去除率为99.2％，处理后水体pH值为7.2。
实施例3
一种水体深度除磷吸附剂，包括以下重量份的原料：50份凹凸棒土、35份膨润土、3份六水合氯化铝、3份无水氧化钙、25份无水硫酸铁、2份聚合硫酸铁、2份聚合硅酸铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将凹凸棒土、膨润土在600℃焙烧2h，于干燥处保存备用；
(2)将处理后的50份凹凸棒土、35份膨润土和配方量的十八水合硫酸铝、无水氯化钙、七水合硫酸亚铁、聚合硫酸铁在混料机中混合5min，即可得到所述水体深度除磷吸附剂。
将本实施例得到的水体深度除磷吸附剂在含磷水样中进行磷的静态吸附实验，具体为：称取适量干燥后的磷酸二氢钾配制磷浓度为1.998mg/L的水样，pH值为6.0。室温下，称取0.16g制备的水体深度除磷吸附剂加入到200mL含磷水样中，室温下在摇床上震荡吸附4h，静置后取样，过滤，使用水质快速检测仪检测水样中的磷浓度，并计算磷去除率。
经检测，材料处理后的1.998mg/L含磷水样中的磷浓度降为0.009mg/L，磷去除率为99.5％，处理后水体pH值为6.4。
比较例1
一种水体除磷吸附剂，包括以下重量份的原料：50份凹凸棒土、15份膨润土、2份六水合氯化铝、4份无水氧化钙、25份七水硫酸亚铁、2份聚合硫酸铁、2份聚合硅酸铝。
其制备方法包括以下步骤：将配方量的凹凸棒土、膨润土、十八水合硫酸铝、无水氯化钙、七水合硫酸亚铁、聚合硫酸铁在混料机中混合5min，即可得到所述水体深度除磷吸附剂。
将本比较例得到的水体除磷吸附剂在含磷水样中进行磷的静态吸附实验，具体为：称取适量干燥后的磷酸二氢钾配制磷浓度为1.987mg/L的水样，pH值为6.1。室温下，称取0.5g制备的水体深度除磷吸附剂加入到200mL含磷水样中，室温下在摇床上震荡吸附4h，静置后取样，过滤，使用水质快速检测仪检测水样中的磷浓度，并计算磷去除率。
经检测，材料处理后的1.987mg/L含磷水样中的磷浓度降为0.41mg/L，未达到国家《地表水环境质量标准》GB3838-2002II类水体标准要求，磷去除率为79.4％，处理后水体pH值为7.8。
比较例2
一种水体除磷吸附剂，包括以下重量份的原料：85份凹凸棒土、13份六水合氯化铝、13份无水氧化钙、5份无水硫酸铁、2份聚合硫酸铁、2份聚合硅酸铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将凹凸棒土、膨润土在600℃焙烧2h，于干燥处保存备用；
(2)将处理后的50份凹凸棒土、35份膨润土和配方量的十八水合硫酸铝、无水氯化钙、七水合硫酸亚铁、聚合硫酸铁在混料机中混合5min，即可得到所述水体深度除磷吸附剂。
将本比较例得到的水体深度除磷吸附剂在含磷水样中进行磷的静态吸附实验，具体为：称取适量干燥后的磷酸二氢钾配制磷浓度为2.0mg/L的水样，pH值为6.0。室温下，称取0.2g制备的水体深度除磷吸附剂加入到200mL含磷水样中，室温下在摇床上震荡吸附4h，静置后取样，过滤，使用水质快速检测仪检测水样中的磷浓度，并计算磷去除率。
经检测，材料处理后的2.0mg/L含磷水样中的磷浓度降为0.42mg/L，未达到国家《地表水环境质量标准》GB3838-2002II类水体标准要求，磷去除率为79.0％，处理后水体pH值为8.7。
上述参照实施例对一种水体深度除磷吸附剂及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水体深度除磷吸附剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：10-60份凹凸棒土、10-60份的膨润土、2-8份的铝盐、2-6份的钙盐、10-30份铁盐、2-8份的吸附助剂。
2.根据权利要求1所述的水体深度除磷吸附剂，其特征在于，所述凹凸棒土粒度为200-400目，比表面积为40-80m2/g。
3.根据权利要求1所述的水体深度除磷吸附剂，其特征在于，所述膨润土的粒度为200-400目，比表面积为20-50m2/g。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的水体深度除磷吸附剂，其特征在于，所述的铝盐为十八水合硫酸铝或六水合氯化铝，所述铝盐占所述凹凸棒土、膨润土总质量的2-8％。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的水体深度除磷吸附剂，其特征在于，所述钙盐为无水氯化钙、无水硫酸钙、无水氧化钙的一种；所述钙盐占所述凹凸棒土、膨润土总质量的2-6％。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的水体深度除磷吸附剂，其特征在于，所述铁盐可以为七水合硫酸亚铁、无水硫酸铁、六水合氯化铁的一种，所述铁盐占所述凹凸棒土、膨润土总质量的10-30％。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的水体深度除磷吸附剂，其特征在于，所述吸附助剂可以为聚合硅酸铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铝、聚合氯化铝的一种或几种的混合，所述吸附助剂占所述凹凸棒土、膨润土总质量的2-8％。
8.一种水体深度除磷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)凹凸棒土、膨润土经焙烧处理；
(2)将处理后的10-60份凹凸棒土、10-60份膨润土和2-8份铝盐、2-6份钙盐、10-30份铁盐、2-8份吸附助剂混合搅拌5-10min，即可得到所述水体深度除磷吸附剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，焙烧的温度为400-600℃，时间为2-4h。
10.根据权利要求1所述的水体深度除磷吸附剂在水处理中的应用。
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