CN108404851A - 一种去除生活污水中磷的改性钢渣及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种去除生活污水中磷的改性钢渣及其制备方法和应用。首先将钢渣全部破碎，筛选出30‑40目钢渣，在750‑850℃条件下高温活化1‑2h后冷却至室温，再将高温活化钢渣与石灰按质量比10:1混合，之后按钢渣和石灰固体与水的质量比5:1加水，搅拌均匀后将钢渣置于水热反应釜中在180‑190℃下水热反应6‑7h，水热产物经蒸馏水反复冲洗3‑5次，在80℃下烘干。处理废水前将生活污水pH调至5.8‑6.7或7.3‑8.2，在钢渣用量1.5g/100mL、吸附时间20min去除率98％以上。本发明不但使钢渣得到有效利用还具有除磷效率高，成本低廉的特点，显示出较好的工业应用前景。

Description

一种去除生活污水中磷的改性钢渣及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种去除生活污水中磷的改性钢渣的制备及应用，属于固体废物资源再利用及含磷废水处理领域。
背景技术
近年来，水污染问题日益严重，磷超标的污水随意排放可导致水体富营养化，长期饮用含磷的水可使人的骨质疏松，发生下颌骨坏死等病变。所以控制水体中磷的浓度，是保护水资源、水环境的一项重要内容。目前常用的除磷方法主要有化学沉淀法、生物除磷法、离子交换法、吸附法和膜分离法等。其中，化学沉淀剂的投加会引起废水pH值上升，还会产生一定量的污泥，生物除磷法具有良好的处理效果，没有化学沉淀法污泥难处理的缺点，且不需投加沉淀剂。但要求管理较严格，成本较高。吸附除磷技术因为其独特的高效快速、无二次污染、工艺简单、易操作的优点而引起人们越来越多的关注。
钢渣是炼钢过程中产生的一种副产物，主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。数量约为钢产量的15％～20％，目前钢渣主要用于冶金原料、建筑材料、公路建设、农业等方面，其利用率远低于发达国家水平。近年来，钢渣的环保利用价值正日益受到重视，用钢渣处理废水的研究报道越来越多。作为一种低耗、低成本、二次污染少的新型污水处理材料，钢渣能够去除废水中的磷，然而采用普通的钢渣除磷效率非常低，因此开发钢渣在废水治理中的应用，具有广泛的实用意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种改性钢渣用于去除生活污水中的磷，以解决当前普通钢渣除磷效率低下的问题，并使钢渣得到有效的利用。
本发明的目的之二是提供一种利用改性钢渣处理含磷生活污水的最佳条件，以达到对含磷的生活污水的最佳处理效果。
本发明采用的技术方案是：一种去除生活污水中磷的改性钢渣，制备方法包括以下步骤：1)将钢渣破碎，筛选；2)将筛选后的钢渣于高温电阻炉中高温活化，冷却至室温；3)将活化后的钢渣与石灰混合均匀，加水搅拌均匀后置于水热反应釜中水热反应；4)水热产物经蒸馏水洗涤，并在鼓风干燥箱内烘干，得改性钢渣。
优选的，步骤1)中，将钢渣破碎后，用30-40目筛网筛选，取筛下物。
优选的，步骤2)中，所述高温活化，温度为750-850℃，时间1-2h。
优选的，步骤3)中，按质量比，活化后的钢渣:石灰＝10:1；按固液比，钢渣和石灰固体与水的加入量为5:1。
优选的，步骤3)中，所述水热反应，温度为180-190℃，反应时间为6-7小时。
优选的，步骤4)中，所述的蒸馏水洗涤次数为3-5次，鼓风干燥箱内烘干温度为80℃。
上述的改性钢渣在去除生活污水中磷的应用。方法如下：调节生活污水的pH为5.8-6.7或7.3-8.2，常温下，将上述的改性钢渣置于含磷的生活污水中，吸附。
优选的，改性钢渣的投入量为，每100ml磷浓度为10-15mg/L的含磷生活污水，加入1.5-2.5g改性钢渣。
优选的，吸附时间为20min。
本发明的有益效果为：
(1)当前我国的利用普通钢渣处理含磷生活废水中的效率较为低下，本发明，将钢渣改性处理后，对生活废水中磷的去除率可显著提高。
(2)本发明操作简单，绿色环保，同时钢渣作为水处理剂货源丰富，可就地取材，成本低廉，具有广泛的应用前景。
(3)本发明，钢渣除磷主要通过生成钙磷沉淀和钢渣自身的吸附作用除去废水中的磷，操作简单，成本低，无二次污染。
附图说明
图1是改性前后的钢渣投加量与残留液磷质量浓度关系图。
图2是改性前后的钢渣吸附时间与残留液磷质量浓度关系图。
图3是改性前后的钢渣pH与残留液磷质量浓度关系图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。由于各地含磷污水浓度及污水中其他物质组分不尽相同，预处理参数也会产生相应变化，因此在不违背本发明的实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明中关键参数做适当调整。
实施例1
一种去除生活污水中磷的改性钢渣，制备方法如下：
1)钢渣取自莱芜炼钢厂的转炉炼钢钢渣。利用颚式破碎机，将钢渣全部破碎，用30-40目筛网过筛，取筛下物。
2)将筛选后的钢渣，在SX2-4-13高温电阻炉中，于800℃高温活化1.5h后，冷却至室温，得活化后的钢渣。
3)取50g活化后的钢渣与5g石灰混合均匀，加入11mL蒸馏水，搅拌均匀后，置于水热反应釜中，在185℃下水热反应6h。
4)水热产物经蒸馏水反复冲洗3-5次后，于GZX-9140MBE鼓风干燥箱内，80℃下烘干，获得改性钢渣。
实施例2
改性前与改性后钢渣在不同条件下对生活废水的处理效果研究。实验用水选自莱芜某地区的生活污水，生活污水中磷的浓度为10.4mg/L、pH值为7.69。
(一)钢渣投加量对磷去除效果的影响
分别取100mL质量浓度为10.4mg/L的含磷生活污水于5个250mL锥形瓶内，再各取0.5g、1g、1.5g、2g、2.5g改性前钢渣于锥形瓶中混合。再另取100mL质量浓度为10.4mg/L的含磷生活污水于5个250mL锥形瓶内，取0.5g、1g、1.5g、2g、2.5g实施例1制备的改性后钢渣于锥形瓶中混合。放置在摇床上，以150r/min的转速振荡吸附15min。测定改性前钢渣与改性后钢渣对磷的去除效果，同时测定最佳处理效果时的钢渣投加量。
由图1可见，随着改性前和改性后的钢渣投加量的增加，废水中残留磷浓度不断下降；当投加相同质量的钢渣时，改性后废水中残留液磷质量浓度明显低于改性前，这说明改性后钢渣对废水中磷处理效果明显好于改性前。同时由图1可知当改性后钢渣投加量为1.5g时残留液中磷质量浓度为0.06mg/L，低于国家排放一级标准，去除率达到98％以上。之后随着钢渣投加量的增加残留液中磷质量浓度变化不再明显，这说明当钢渣投加量为1.5g时已经达到较好的处理效果。
(二)吸附时间对磷去除效果的影响
取100mL质量浓度为10.4mg/L的含磷生活污水于6个250mL锥形瓶内，加入1g改性前钢渣于各个锥形瓶中混和均匀。另取100mL质量浓度为10.4mg/L的含磷生活污水于6个250mL锥形瓶内，加入1g改性后钢渣于各个锥形瓶中混和均匀。放置在摇床上，以150r/min的转速振荡吸附。吸附时间分别5min、10min、15min、20min、25min、30min。测定改性前钢渣与改性后钢渣对磷的去除效果，同时测定最佳处理效果时的吸附时间。
由图2中看出，改性前和改性后的钢渣，随着吸附时间的增加，钢渣吸附量不断增大，溶液中残余磷浓度不断降低；但在相同的吸附时间里改性后处理的废水中残留液磷质量浓度明显低于改性前，这说明改性后钢渣对废水中磷处理效果明显好于改性前。由图2还能看出改性后的钢渣吸附20min时，废水含磷已经达到最低点，残留液磷质量浓度为0.07mg/L，远远低于国家排放标准，所以改性后钢渣最佳吸附时间为20min。
(三)废水pH值对磷去除效果的影响
分别取100mL质量浓度为10.4mg/L的含磷生活污水于5个250mL锥形瓶内，用1mol/L的HCl或NaOH溶液调节生活污水的pH至3、6、7、8、10，分别投加1g改性前钢渣；另取100mL质量浓度为10.4mg/L的含磷生活污水，用1mol/L的HCl或NaOH溶液调节生活污水的pH至3、6、7、8、10，分别投加1g实施1制备的改性后钢渣。放置在摇床上，以150r/min的转速振荡吸附15min，以此来研究pH对磷去除率的影响。测定改性前钢渣与改性后钢渣对磷的去除效果，同时测定最佳处理效果时的pH。
从图3中，能看出在相同的pH条件下改性后钢渣的除磷效果要明显好于改性前。在pH值为5.8-6.7或7.3-8.2时，可使生活污水中残留液磷浓度降低到0.1mg/L，远远低于国家排放标准，去除率达到98％以上。所以当污水为弱酸或弱碱条件下，除磷效果最好，钢渣吸附性能最佳。

Claims (10)

1.一种去除生活污水中磷的改性钢渣，其特征在于，制备方法包括以下步骤：1)将钢渣破碎，筛选；2)将筛选后的钢渣于高温电阻炉中高温活化，冷却至室温；3)将活化后的钢渣与石灰混合均匀，加水搅拌均匀后置于水热反应釜中水热反应；4)水热产物经蒸馏水洗涤，并在鼓风干燥箱内烘干，得改性钢渣。
2.根据权利要求1所述的一种去除生活污水中磷的改性钢渣，其特征在于，步骤1)中，将钢渣破碎后，用30-40目筛网筛选，取筛下物。
3.根据权利要求1所述的一种去除生活污水中磷的改性钢渣，其特征在于，步骤2)中，所述高温活化，温度为750-850℃，时间1-2h。
4.根据权利要求1所述的一种去除生活污水中磷的改性钢渣，其特征在于，步骤3)中，按质量比，活化后的钢渣:石灰＝10:1；按固液比，钢渣和石灰固体与水的加入量为5:1。
5.根据权利要求1所述的一种去除生活污水中磷的改性钢渣，其特征在于，步骤3)中，所述水热反应，温度为180-190℃，反应时间为6-7小时。
6.根据权利要求1所述的一种去除生活污水中磷的改性钢渣，其特征在于，步骤4)中，用蒸馏水反复冲洗3-5次，鼓风干燥箱内烘干温度为80℃。
7.权利要求1-6任一项所述的改性钢渣在去除生活污水中磷的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，方法如下：调节生活污水的pH为5.8-6.7或7.3-8.2，常温下，将权利要求1-6任一项所述的改性钢渣置于含磷的生活污水中，吸附。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，改性钢渣的投入量为，每100ml磷浓度为10-15mg/L的含磷生活污水加入1.5-2.5g改性钢渣。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，吸附时间为20min。
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