CN108314163A - 一种高效除磷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效除磷剂，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土10‑30份、改性膨润土10‑40份、铁‑铈复合除磷剂5‑15份、粉煤灰15‑35份、聚合氯化铝5‑20份、铝盐5‑10份、氢氧化钙2‑8份、助凝剂2‑15份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁‑铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。有益效果在于：镧改性凹凸棒土和改性膨润土具有巨大的比表面积和掺杂的金属离子，可以对水中的磷进行有效的物理和化学吸附，金属盐可以对磷酸盐和聚磷酸盐进行有效清除，聚合氯化铝、助凝剂通过混凝沉淀可以对磷进行有效清除，适用范围广，可在较宽的pH范围内使用，投加量小，对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种高效除磷剂。
背景技术
随着工农业的发展和人口的增长，中国化肥、农药、含磷洗涤剂的生产量和消费量迅猛增长，水污染所致的水体富营养化日趋严重，水体富营养化已危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，也对饮水卫生和食品安全构成了巨大的威胁，引起水体富营养化的主要营养成分包括有机碳、氮、磷、钾等，污水中有机碳经一般的生物处理后可基本去除，氮、磷之外的其他成分的含量相对于富营养化发生过程中的需求量极低，不会成为富营养化的限制因子，因此，引起藻类大量繁殖的主要因子是氮和磷，磷是造成水体富营养化的重要因子，受磷污染的水体，藻类大量繁殖，藻体死亡后分解会使水体产生霉味和臭味，许多种类还会产生毒素，并通过食物链影响人类的健康，所以降低污水中的磷含量具有重要的意义。
目前污水处理中的除磷方法主要有三大类：化学法除磷、生物法除磷及人工湿地除磷。化学法除磷包括化学沉淀、离子交换、反渗透等方法，化学沉淀法应用最广,后几种方法因处理费用太高而难以使用，目前用于污水化学辅助除磷的药剂主要可分为铝盐、铁盐、钙盐、天然吸附剂及絮凝剂等，但金属盐除磷剂除磷效果较差，而且容易造成新的污染，适用范围窄，而天然吸附剂虽然拥有巨大的比表面积，但如果不经过改性，只能通过物理吸附除磷，并且效果较差，而絮凝剂在除磷过程中通常起辅助作用，并且这些除磷剂单独使用时，对污水的pH适用范围较窄。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高效除磷剂。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种高效除磷剂，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土10-30份、改性膨润土10-40份、铁-铈复合除磷剂5-15份、粉煤灰15-35份、聚合氯化铝5-20份、铝盐5-10份、氢氧化钙2-8份、助凝剂2-15份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁-铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。
所述镧改性凹凸棒土是将凹凸棒土放置在马弗炉内，在300-600℃的温度下第一次焙烧除杂，焙烧1-5h后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后按照除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.1-0.5mol/L的硝酸镧溶液重量比为1∶10-30，将除杂后的凹凸棒土加入到硝酸镧溶液中，以200-400r/min的搅拌速率搅拌12-36h，过滤，将沉淀在80-150℃的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在200-700℃的温度下第二次焙烧，焙烧2-4h后自然冷却，研磨，使用150-300目的筛子过筛制得。
所述改性膨润土是按照硫酸铝与膨润土重量比为1∶50-150将硫酸铝和膨润土混合均匀，然后加入去离子水，以100-500r/min的搅拌速率搅拌10-50min，过滤，将沉淀进行干燥制得。
所述铁-铈复合除磷剂是按照氯化亚铁与三氯化铁物质的量比为1∶0.5-3将氯化亚铁和三氯化铁混合均匀，得到混合铁盐，然后按照混合铁盐与硫酸高铈质量比为1∶0.5-2将混合铁盐和硫酸高铈混合均匀，加入去离子水，得到三组分混合溶液，然后按照三组分混合溶液与摩尔浓度为3-8mol/L的氢氧化钠溶液体积比1∶1-5向三组分混合溶液加入氢氧化钠溶液，在25-50℃反应温度下保持恒定，以100-300r/min的搅拌速率搅拌10-60min，静置2-12h，过滤，用去离子水对沉淀洗涤2-6次，在60-150℃的温度下干燥，研磨制得。
所述粉煤灰目数为120-180目。
所述铝盐为硫酸铝、三氯化铝的一种或两种。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺。
本发明的作用机理是：
在污水处理工艺中，如果磷以磷酸盐形式存在，所述高效除磷剂中的金属离子与磷酸根快速结合会形成生成不溶于水的沉淀，从而使化学反应不断向生成物方向进行,在流速梯度或混合扩散过程作用下互相接触生成絮状沉淀，如果磷以聚磷酸盐的形式存在于污水中,则磷的去除依靠沉淀和吸附两种作用，一方面,聚磷酸盐通过水解反应生成正磷酸盐,其中的磷酸根与金属离子反应生成沉淀，另一方面，生成的沉淀由于呈絮状，又能吸附聚磷酸盐而去除一部分磷；所述镧改性凹凸棒土、改性膨润土在经过改性后，其巨大的比表面积显示出高表面能及强吸附性，物理吸附能力增强，而且具备了固体表面的特性吸附和离子交换层，可以对磷酸根和絮状沉淀进行有效吸附，具有较好的化学吸附能力；所述聚合氯化铝、助凝剂通过混凝沉淀可以对磷进行有效清除。
有益效果在于：镧改性凹凸棒土和改性膨润土具有巨大的比表面积和掺杂的金属离子，可以对水中的磷进行有效的物理和化学吸附，金属盐可以对磷酸盐和聚磷酸盐进行有效清除，聚合氯化铝、助凝剂通过混凝沉淀可以对磷进行有效清除，适用范围广，可在较宽的pH范围内使用，投加量小，对环境友好。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例一
一种高效除磷剂，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土10份、改性膨润土20份、铁-铈复合除磷剂5份、粉煤灰15份、聚合氯化铝20份、铝盐5份、氢氧化钙3份、助凝剂5份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁-铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。
所述镧改性凹凸棒土是将凹凸棒土放置在马弗炉内，在400℃的温度下第一次焙烧除杂，焙烧2h后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后按照除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸镧溶液重量比为1∶10，将除杂后的凹凸棒土加入到硝酸镧溶液中，以200r/min的搅拌速率搅拌24h，过滤，将沉淀在100℃的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在500℃的温度下第二次焙烧，焙烧2h后自然冷却，研磨，使用200目的筛子过筛制得。
所述改性膨润土是按照硫酸铝与膨润土重量比为1∶80将硫酸铝和膨润土混合均匀，然后加入去离子水，以100r/min的搅拌速率搅拌10min，过滤，将沉淀进行干燥制得。
所述铁-铈复合除磷剂是按照氯化亚铁与三氯化铁物质的量比为1∶1将氯化亚铁和三氯化铁混合均匀，得到混合铁盐，然后按照混合铁盐与硫酸高铈质量比为1∶0.5将混合铁盐和硫酸高铈混合均匀，加入去离子水，得到三组分混合溶液，然后按照三组分混合溶液与摩尔浓度为4mol/L的氢氧化钠溶液体积比1∶4向三组分混合溶液加入氢氧化钠溶液，在40℃反应温度下保持恒定，以100r/min的搅拌速率搅拌60min，静置5h，过滤，用去离子水对沉淀洗涤2次，在110℃的温度下干燥，研磨制得。
所述粉煤灰目数为150目。
所述铝盐为硫酸铝。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺。
实施例二
一种高效除磷剂，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土15份、改性膨润土10份、铁-铈复合除磷剂15份、粉煤灰35份、聚合氯化铝10份、铝盐6份、氢氧化钙7份、助凝剂8份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁-铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。
所述镧改性凹凸棒土是将凹凸棒土放置在马弗炉内，在600℃的温度下第一次焙烧除杂，焙烧3h后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后按照除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.2mol/L的硝酸镧溶液重量比为1∶18，将除杂后的凹凸棒土加入到硝酸镧溶液中，以300r/min的搅拌速率搅拌15h，过滤，将沉淀在90℃的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在600℃的温度下第二次焙烧，焙烧3h后自然冷却，研磨，使用180目的筛子过筛制得。
所述改性膨润土是按照硫酸铝与膨润土重量比为1∶100将硫酸铝和膨润土混合均匀，然后加入去离子水，以200r/min的搅拌速率搅拌20min，过滤，将沉淀进行干燥制得。
所述铁-铈复合除磷剂是按照氯化亚铁与三氯化铁物质的量比为1∶2将氯化亚铁和三氯化铁混合均匀，得到混合铁盐，然后按照混合铁盐与硫酸高铈质量比为1∶1.5将混合铁盐和硫酸高铈混合均匀，加入去离子水，得到三组分混合溶液，然后按照三组分混合溶液与摩尔浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液体积比1∶2向三组分混合溶液加入氢氧化钠溶液，在30℃反应温度下保持恒定，以300r/min的搅拌速率搅拌30min，静置8h，过滤，用去离子水对沉淀洗涤3次，在130℃的温度下干燥，研磨制得。
所述粉煤灰目数为130目。
所述铝盐为硫酸铝、三氯化铝，两者质量比为1∶1。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺。
实施例三
一种高效除磷剂，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土30份、改性膨润土30份、铁-铈复合除磷剂10份、粉煤灰20份、聚合氯化铝5份、铝盐9份、氢氧化钙5份、助凝剂12份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁-铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。
所述镧改性凹凸棒土是将凹凸棒土放置在马弗炉内，在300℃的温度下第一次焙烧除杂，焙烧4h后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后按照除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.4mol/L的硝酸镧溶液重量比为1∶20，将除杂后的凹凸棒土加入到硝酸镧溶液中，以350r/min的搅拌速率搅拌18h，过滤，将沉淀在120℃的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在700℃的温度下第二次焙烧，焙烧4h后自然冷却，研磨，使用300目的筛子过筛制得。
所述改性膨润土是按照硫酸铝与膨润土重量比为1∶50将硫酸铝和膨润土混合均匀，然后加入去离子水，以500r/min的搅拌速率搅拌50min，过滤，将沉淀进行干燥制得。
所述铁-铈复合除磷剂是按照氯化亚铁与三氯化铁物质的量比为1∶0.5将氯化亚铁和三氯化铁混合均匀，得到混合铁盐，然后按照混合铁盐与硫酸高铈质量比为1∶1将混合铁盐和硫酸高铈混合均匀，加入去离子水，得到三组分混合溶液，然后按照三组分混合溶液与摩尔浓度为8mol/L的氢氧化钠溶液体积比1∶1向三组分混合溶液加入氢氧化钠溶液，在50℃反应温度下保持恒定，以250r/min的搅拌速率搅拌20min，静置12h，过滤，用去离子水对沉淀洗涤6次，在150℃的温度下干燥，研磨制得。
所述粉煤灰目数为120目。
所述铝盐为三氯化铝。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺。
实施例四
一种高效除磷剂，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土20份、改性膨润土40份、铁-铈复合除磷剂7份、粉煤灰30份、聚合氯化铝15份、铝盐7份、氢氧化钙8份、助凝剂15份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁-铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。
所述镧改性凹凸棒土是将凹凸棒土放置在马弗炉内，在450℃的温度下第一次焙烧除杂，焙烧5h后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后按照除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.5mol/L的硝酸镧溶液重量比为1∶30，将除杂后的凹凸棒土加入到硝酸镧溶液中，以400r/min的搅拌速率搅拌12h，过滤，将沉淀在150℃的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在400℃的温度下第二次焙烧，焙烧2.5h后自然冷却，研磨，使用150目的筛子过筛制得。
所述改性膨润土是按照硫酸铝与膨润土重量比为1∶120将硫酸铝和膨润土混合均匀，然后加入去离子水，以400r/min的搅拌速率搅拌40min，过滤，将沉淀进行干燥制得。
所述铁-铈复合除磷剂是按照氯化亚铁与三氯化铁物质的量比为1∶3将氯化亚铁和三氯化铁混合均匀，得到混合铁盐，然后按照混合铁盐与硫酸高铈质量比为1∶2将混合铁盐和硫酸高铈混合均匀，加入去离子水，得到三组分混合溶液，然后按照三组分混合溶液与摩尔浓度为6mol/L的氢氧化钠溶液体积比1∶5向三组分混合溶液加入氢氧化钠溶液，在45℃反应温度下保持恒定，以150r/min的搅拌速率搅拌50min，静置2h，过滤，用去离子水对沉淀洗涤4次，在70℃的温度下干燥，研磨制得。
所述粉煤灰目数为160目。
所述铝盐为硫酸铝、三氯化铝，两者质量比为2∶1。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺。
实施例五
一种高效除磷剂，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土25份、改性膨润土25份、铁-铈复合除磷剂9份、粉煤灰25份、聚合氯化铝12份、铝盐8份、氢氧化钙2份、助凝剂3份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁-铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。
所述镧改性凹凸棒土是将凹凸棒土放置在马弗炉内，在500℃的温度下第一次焙烧除杂，焙烧1h后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后按照除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.3mol/L的硝酸镧溶液重量比为1∶25，将除杂后的凹凸棒土加入到硝酸镧溶液中，以250r/min的搅拌速率搅拌36h，过滤，将沉淀在110℃的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在300℃的温度下第二次焙烧，焙烧3.5h后自然冷却，研磨，使用240目的筛子过筛制得。
所述改性膨润土是按照硫酸铝与膨润土重量比为1∶150将硫酸铝和膨润土混合均匀，然后加入去离子水，以300r/min的搅拌速率搅拌30min，过滤，将沉淀进行干燥制得。
所述铁-铈复合除磷剂是按照氯化亚铁与三氯化铁物质的量比为1∶2.5将氯化亚铁和三氯化铁混合均匀，得到混合铁盐，然后按照混合铁盐与硫酸高铈质量比为1∶1.2将混合铁盐和硫酸高铈混合均匀，加入去离子水，得到三组分混合溶液，然后按照三组分混合溶液与摩尔浓度为7mol/L的氢氧化钠溶液体积比1∶3向三组分混合溶液加入氢氧化钠溶液，在35℃反应温度下保持恒定，以200r/min的搅拌速率搅拌40min，静置10h，过滤，用去离子水对沉淀洗涤5次，在90℃的温度下干燥，研磨制得。
所述粉煤灰目数为180目。
所述铝盐为硫酸铝、三氯化铝，两者质量比为1∶2。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.一种高效除磷剂，其特征在于，由以下成分按重量份组成，镧改性凹凸棒土10-30份、改性膨润土10-40份、铁-铈复合除磷剂5-15份、粉煤灰15-35份、聚合氯化铝5-20份、铝盐5-10份、氢氧化钙2-8份、助凝剂2-15份，按照配方量将镧改性凹凸棒土、改性膨润土、铁-铈复合除磷剂、粉煤灰、聚合氯化铝、铝盐、氢氧化钙、助凝剂混合均匀制得所述高效除磷剂。
2.根据权利要求1所述的一种高效除磷剂，其特征在于，所述镧改性凹凸棒土是将凹凸棒土放置在马弗炉内，在300-600℃的温度下第一次焙烧除杂，焙烧1-5h后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后按照除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.1-0.5mol/L的硝酸镧溶液重量比为1∶10-30，将除杂后的凹凸棒土加入到硝酸镧溶液中，以200-400r/min的搅拌速率搅拌12-36h，过滤，将沉淀在80-150℃的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在200-700℃的温度下第二次焙烧，焙烧2-4h后自然冷却，研磨，使用150-300目的筛子过筛制得。
3.根据权利要求1所述的一种高效除磷剂，其特征在于，所述改性膨润土是按照硫酸铝与膨润土重量比为1∶50-150将硫酸铝和膨润土混合均匀，然后加入去离子水，以100-500r/min的搅拌速率搅拌10-50min，过滤，将沉淀进行干燥制得。
4.根据权利要求1所述的一种高效除磷剂，其特征在于，所述铁-铈复合除磷剂是按照氯化亚铁与三氯化铁物质的量比为1∶0.5-3将氯化亚铁和三氯化铁混合均匀，得到混合铁盐，然后按照混合铁盐与硫酸高铈质量比为1∶0.5-2将混合铁盐和硫酸高铈混合均匀，加入去离子水，得到三组分混合溶液，然后按照三组分混合溶液与摩尔浓度为3-8mol/L的氢氧化钠溶液体积比1∶1-5向三组分混合溶液加入氢氧化钠溶液，在25-50℃反应温度下保持恒定，以100-300r/min的搅拌速率搅拌10-60min，静置2-12h，过滤，用去离子水对沉淀洗涤2-6次，在60-150℃的温度下干燥，研磨制得。
5.根据权利要求1所述的一种高效除磷剂，其特征在于，所述粉煤灰目数为120-180目。
6.根据权利要求1所述的一种高效除磷剂，其特征在于，所述铝盐为硫酸铝、三氯化铝的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种高效除磷剂，其特征在于，所述助凝剂为聚丙烯酰胺。
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