CN109502677A - 一种高效除磷剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高效除磷剂及其制备方法，属于水处理药剂技术领域。该除磷剂包括改性蒙脱石15～35份、铁‑镍复合剂1～15份、镧改性凹凸棒土10～40份、粉煤灰10～50份、聚合氯化铝5～10份、三氯化铝1～10份、氧化钙1～8份以及聚二甲基二烯丙基氯化铵2～20份。本发明中，镧改性凹凸棒土和改性蒙脱石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、聚二甲基二烯丙基氯化铵通过混凝沉淀可以对磷进行有效清除，适用范围广，可以在较宽的pH范围内使用，投加量小，对环境友好。

Description

一种高效除磷剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水处理药剂技术领域，具体涉及一种高效除磷剂，同时，本发明还涉及上述高效除磷剂的制备方法。
背景技术
随着工农业的发展和人口的增长，我国化肥、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，也对饮用水卫生和食品安全构成了巨大的威胁，而引起水体富营养化的主要营养物质成分包括有机碳、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的需求极低，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两大类：化学除磷法和生物除磷法。化学除磷包括化学沉淀、离子交换、反渗透等方法，化学沉淀法应用最广，后两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
有鉴于此，本发明要解决的技术问题，就是针对现有除磷方法存在的问题，提供一种高效除磷剂，此外，本发明还提出了上述高效除磷剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种高效除磷剂，包括以下重量份数的单体试剂组分：
改性蒙脱石15～35份、铁-镍复合剂1～15份、镧改性凹凸棒土10～40份、粉煤灰10～50份、聚合氯化铝5～10份、三氯化铝1～10份、氧化钙1～8份以及聚二甲基二烯丙基氯化铵2～20份。
进一步地，本技术方案所述的改性蒙脱石为氯化铝改性的蒙脱石，其具体的改性过程为氯化铝与蒙脱石按照1:30～1:100的重量比均匀混合，然后加入去离子水，以200～700r/min的搅拌速率搅拌5～50分钟，过滤，将沉淀进行干燥制得。
进一步地，本技术方案所述的镧改性凹凸棒土是氯化镧改性的凹凸棒土，其具体改性过程为将凹凸棒土置于马弗炉内，在400～700摄氏度下第一次焙烧除杂，焙烧2～6小时后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后将除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.2～1mol/L的氯化镧溶液以重量比为1:20～50混合，以200～500r/min的搅拌速率搅拌24～36小时，过滤，将沉淀在90～140摄氏度的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在400～700摄氏度的温度下第二次焙烧，焙烧2～4小时后自然冷却，研磨，过200～300目筛制得。
进一步地，本技术方案所述的铁-镍复合剂是将硝酸铁与硝酸镍的混合溶液以及碳酸钠与氢氧化钠的混合液同时滴加到去离子水中制得，其中所述的硝酸铁和硝酸镍的混合液中铁离子与镍离子的摩尔比为1:1.5～4，所述的氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中的氢氧根与碳酸根的摩尔比为1:1～4。
进一步地，本技术方案所述的粉煤灰为过130～220目筛制得。
进一步地，本技术方案所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子型，分子量为40万。
上述的高效除磷剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备改性蒙脱石
将氯化铝与蒙脱石按照1:30～1:100的重量比均匀混合，然后加入去离子水，以200～700r/min的搅拌速率搅拌5～50分钟，过滤，将沉淀进行干燥备用；
S2、制备镧改性凹凸棒土
将凹凸棒土置于马弗炉内，在400～700摄氏度下第一次焙烧除杂，焙烧2～6小时后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后将除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.2～1mol/L的氯化镧溶液以重量比为1:20～50混合，以200～500r/min的搅拌速率搅拌24～36小时，过滤，将沉淀在90～140摄氏度的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在400～700摄氏度的温度下第二次焙烧，焙烧2～4小时后自然冷却，研磨，过200～300目筛备用；
S3、制备铁-镍复合剂
将硝酸铁与硝酸镍的混合溶液以及碳酸钠与氢氧化钠的混合液同时滴加到去离子水中制得，其中所述的硝酸铁和硝酸镍的混合液中铁离子与镍离子的摩尔比为1:1.5～4，所述的氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中的氢氧根与碳酸根的摩尔比为1:1～4；
S4、制备粉煤灰
将粉煤灰过130～220目筛备用；
S5、制备高效除磷剂产品
将改性蒙脱石15～35份、铁-镍复合剂1～15份、镧改性凹凸棒土10～40份、粉煤灰10～50份、聚合氯化铝5～10份、三氯化铝1～10份、氧化钙1～8份、聚二甲基二烯丙基氯化铵2～20份混合均匀即得，其中，聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量为40万。
本发明的原理如下：
在污水处理中，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，在水流混合作用下生成絮状沉淀；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、改性蒙脱石在经过改性后，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、聚二甲基二烯丙基氯化铵通过混凝沉淀可以对磷进行有效清除。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，镧改性凹凸棒土和改性蒙脱石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、聚二甲基二烯丙基氯化铵通过混凝沉淀可以对磷进行有效清除，适用范围广，可以在较宽的pH范围内使用，投加量小，对环境友好。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例1
一种高效除磷剂，包括以下重量份数的单体试剂组分：
改性蒙脱石15份、铁-镍复合剂1份、镧改性凹凸棒土10份、粉煤灰10份、聚合氯化铝5份、三氯化铝1份、氧化钙1份，聚二甲基二烯丙基氯化铵2份。
本实施例中所述的改性蒙脱石为氯化铝改性的蒙脱石，其具体的改性过程为氯化铝与蒙脱石按照1:30～1:100的重量比均匀混合，然后加入去离子水，以200～700r/min的搅拌速率搅拌5～50分钟，过滤，将沉淀进行干燥制得。
本实施例中所述的镧改性凹凸棒土是氯化镧改性的凹凸棒土，其具体改性过程为将凹凸棒土置于马弗炉内，在400～700摄氏度下第一次焙烧除杂，焙烧2～6小时后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后将除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.2～1mol/L的氯化镧溶液以重量比为1:20～50混合，以200～500r/min的搅拌速率搅拌24～36小时，过滤，将沉淀在90～140摄氏度的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在400～700摄氏度的温度下第二次焙烧，焙烧2～4小时后自然冷却，研磨，过200～300目筛制得。
本实施例中本技术方案所述的铁-镍复合剂是将硝酸铁与硝酸镍的混合溶液以及碳酸钠与氢氧化钠的混合液同时滴加到去离子水中制得，其中所述的硝酸铁和硝酸镍的混合液中铁离子与镍离子的摩尔比为1:1.5～4，所述的氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中的氢氧根与碳酸根的摩尔比为1:1～4。
本实施例中本技术方案所述的粉煤灰为过130～220目筛制得。
本实施例中本技术方案所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子型，分子量为40万。
实施例2
一种高效除磷剂，包括以下重量份数的单体试剂组分：
改性蒙脱石20份、铁-镍复合剂10份、镧改性凹凸棒土25份、粉煤灰30份、聚合氯化铝8份、三氯化铝5份、氧化钙5份，聚二甲基二烯丙基氯化铵10份。
实施例3
一种高效除磷剂，包括以下重量份数的单体试剂组分：
改性蒙脱石35份、铁-镍复合剂15份、镧改性凹凸棒土40份、粉煤灰50份、聚合氯化铝10份、三氯化铝10份、氧化钙8份，聚二甲基二烯丙基氯化铵20份。
实施例4
实施例1-3所述的高效除磷剂的制备包括如下步骤(其中步骤S2-S4是关于组分的制备，不限定先后顺序)：
S1、制备改性蒙脱石
将氯化铝与蒙脱石按照1:30～1:100的重量比均匀混合，然后加入去离子水，以200～700r/min的搅拌速率搅拌5～50分钟，过滤，将沉淀进行干燥备用；
S2、制备镧改性凹凸棒土
将凹凸棒土置于马弗炉内，在400～700摄氏度下第一次焙烧除杂，焙烧2～6小时后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后将除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.2～1mol/L的氯化镧溶液以重量比为1:20～50混合，以200～500r/min的搅拌速率搅拌24～36小时，过滤，将沉淀在90～140摄氏度的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在400～700摄氏度的温度下第二次焙烧，焙烧2～4小时后自然冷却，研磨，过200～300目筛备用；
S3、制备铁-镍复合剂
将硝酸铁与硝酸镍的混合溶液以及碳酸钠与氢氧化钠的混合液同时滴加到去离子水中制得，其中所述的硝酸铁和硝酸镍的混合液中铁离子与镍离子的摩尔比为1:1.5～4，所述的氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中的氢氧根与碳酸根的摩尔比为1:1～4；
S4、制备粉煤灰
将粉煤灰过130～220目筛备用；
S5、制备高效除磷剂产品
将改性蒙脱石、铁-镍复合剂、镧改性凹凸棒土、粉煤灰、聚合氯化铝、三氯化铝、氧化钙、聚二甲基二烯丙基氯化铵混合均匀即得。
产品实验
一、选用本发明的实施例2的除磷剂与聚合氯化铝、聚合硫酸铁以及市购的两款除磷剂产品从相同加药量下比较除磷效果，结果如表1所示。
表1相同加药量下的除磷效果
由上表可以看出，在相同的加药量(100ppm)下，本发明所述除磷剂效果最好，能够达到北京市地方标准《水污染物综合排放标准》(DB11/307-2013)的B级总磷排放标准。
二、选用本发明的实施例2的除磷剂与聚合氯化铝、聚合硫酸铁以及市购的两款除磷剂产品从相同除磷效果下比较除磷剂的加药量，结果如表2所示。
表2相同除磷效果下的加药量
由上表可以看出，在处理后总磷浓度相同的情况下，本发明所述除磷剂投加量最小。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高效除磷剂，其特征在于，包括以下重量份数的单体试剂组分：
改性蒙脱石15～35份、铁-镍复合剂1～15份、镧改性凹凸棒土10～40份、粉煤灰10～50份、聚合氯化铝5～10份、三氯化铝1～10份、氧化钙1～8份以及聚二甲基二烯丙基氯化铵2～20份。
2.根据权利要求1所述的高效除磷剂，其特征在于，所述的改性蒙脱石为氯化铝改性的蒙脱石，其具体的改性过程为氯化铝与蒙脱石按照1:30～1:100的重量比均匀混合，然后加入去离子水，以200～700r/min的搅拌速率搅拌5～50分钟，过滤，将沉淀进行干燥制得。
3.根据权利要求1所述的高效除磷剂，其特征在于，所述的镧改性凹凸棒土是氯化镧改性的凹凸棒土，其具体改性过程为将凹凸棒土置于马弗炉内，在400～700摄氏度下第一次焙烧除杂，焙烧2～6小时后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后将除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.2～1mol/L的氯化镧溶液以重量比为1:20～50混合，以200～500r/min的搅拌速率搅拌24～36小时，过滤，将沉淀在90～140摄氏度的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在400～700摄氏度的温度下第二次焙烧，焙烧2～4小时后自然冷却，研磨，过200～300目筛制得。
4.根据权利要求1所述的高效除磷剂，其特征在于，所述的铁-镍复合剂是将硝酸铁与硝酸镍的混合溶液以及碳酸钠与氢氧化钠的混合液同时滴加到去离子水中制得，其中所述的硝酸铁和硝酸镍的混合液中铁离子与镍离子的摩尔比为1:1.5～4，所述的氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中的氢氧根与碳酸根的摩尔比为1:1～4。
5.根据权利要求1所述的高效除磷剂，其特征在于，所述的粉煤灰为过130～220目筛制得。
6.根据权利要求1所述的高效除磷剂，其特征在于，所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子型，分子量为40万。
7.一种高效除磷剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备改性蒙脱石
将氯化铝与蒙脱石按照1:30～1:100的重量比均匀混合，然后加入去离子水，以200～700r/min的搅拌速率搅拌5～50分钟，过滤，将沉淀进行干燥备用；
S2、制备镧改性凹凸棒土
将凹凸棒土置于马弗炉内，在400～700摄氏度下第一次焙烧除杂，焙烧2～6小时后自然冷却，得到除杂后的凹凸棒土，然后将除杂后的凹凸棒土与摩尔浓度为0.2～1mol/L的氯化镧溶液以重量比为1:20～50混合，以200～500r/min的搅拌速率搅拌24～36小时，过滤，将沉淀在90～140摄氏度的温度下进行干燥，破碎，然后在马弗炉内在400～700摄氏度的温度下第二次焙烧，焙烧2～4小时后自然冷却，研磨，过200～300目筛备用；
S3、制备铁-镍复合剂
将硝酸铁与硝酸镍的混合溶液以及碳酸钠与氢氧化钠的混合液同时滴加到去离子水中制得，其中所述的硝酸铁和硝酸镍的混合液中铁离子与镍离子的摩尔比为1:1.5～4，所述的氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中的氢氧根与碳酸根的摩尔比为1:1～4；
S4、制备粉煤灰
将粉煤灰过130～220目筛备用；
S5、制备高效除磷剂产品
将改性蒙脱石15～35份、铁-镍复合剂1～15份、镧改性凹凸棒土10～40份、粉煤灰10～50份、聚合氯化铝5～10份、三氯化铝1～10份、氧化钙1～8份，聚二甲基二烯丙基氯化铵2～20份混合均匀即得，其中，聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量为40万。
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