CN109851084B - 降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法 - Google Patents

降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法，包括以下步骤：首先加入Mn(H2PO4)2·2H2O，利用H2PO4 ‑电离出HPO4 2‑和PO4 3‑，与含锰废水中的NH4+、Mg2+生成磷酸铵镁沉淀；Mn(H2PO4)2·2H2O中的Mn2+可提高含锰废水中MnSO4的浓度，从而增大对CaSO4的排斥作用，降低其溶解度；然后加入MnSO4，促进CaSO4沉淀的生成，使Ca2+以CaSO4的形式析出；最后将含锰废水通过吸附物质，将剩余的NH4+吸附收集。本发明实现了含锰废水中锰、氨氮、镁的资源化回收。

Description

降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法
技术领域
本发明涉及含锰废水的处理技术领域，具体涉及降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法。
背景技术
锰在我国具有重要的战略地位，被广泛应用于钢铁生产、有色金属合金、航空航天、电子技术及环境保护等领域。据统计，我国年开采锰矿1000万吨以上，居世界第一位，在开采和深加工过程中产生大量的含锰废水，这类废水水质复杂，含有大量的硫酸盐、氨氮、锰及其它重金属离子，若直接排放会造成严重的环境污染。同时，我国锰矿资源储量平均品位偏低，富锰矿储量比例低于10％，在我国高品位锰矿日趋枯竭的如今，对含锰废水进行净化处理，不仅可有效治理含锰废水环境污染，获得的高纯度硫酸锰还可作为电解锰工业原料，充分实现废水中锰渣的回收利用。
在含锰废水中，含量较多的污染物主要为氨氮、钙、镁，氨氮、镁的含量均为几千毫克/ 升，钙的含量为几百毫克/升，远超出我国污水综合排放标准。高氨氮废水难以处理，对环境危害较大，是废水处理领域的重点与难点；钙、镁离子会影响电解锰产品的纯度，还会在电解液管路中结垢从而降低电流效率。因此从含锰废水中有效分离出氨氮、钙、镁离子，并充分利用这些污染物，实现废弃物的资源最大化，对于矿产业的可持续发展及资源化利用具有重要的意义。
目前已公开的资源化处理含锰废水的方法有：发明专利“电解锰生产工艺末端废水中二价锰及氨氮回收方法”(中国专利号：ZL201410248803.9)采用离子交换树脂吸附电解锰废水中的锰离子和氨氮，再采用硫酸钠或硫酸溶液作为再生液对吸附饱和后的树脂进行脱附再生，生成硫酸铵和硫酸锰两种产物，回用于电解锰生产。该方法所用树脂成本较高，在使用过程中树脂还会因机械性破裂、氧化分解而损失，并且再生频繁，再生药剂投加量大；此外，电解锰废水是一种复杂的溶液体系，存在钙、镁、铬、硒等多种离子，这些共存离子会与锰、氨氮发生竞争吸附行为，从而降低树脂对锰、氨氮的吸附效率，过多的杂质离子还会影响再生液的回收。
发明专利“一种实现含锰废水循环利用的工艺”(中国专利号：ZL201110444733.0)将含锰废水经超滤、纳滤、反渗透多次膜过滤后，再加入磷酸二氢钠回收铵根离子，产生高浓度的硫酸锰合格浆液和鸟粪石缓释肥。该方法工艺繁琐，多套膜设备占地面积大；运行过程中，污染物还会在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜污染，因此需要定期清洗、更换受污染的膜组件，运行成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种降低含锰废水中氨、钙、镁离子含量的资源化处理方法，本发明的方法工艺简单、操作方便、成本低廉、对设备要求低、应用前景好。
本发明的技术方案如下：
本发明的降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)测试含锰废水中MnSO4的质量百分含量，用石灰将温度为35℃～95℃的含锰废水的pH 值调节至9.0-10.5；
(2)在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入Mn(H2PO4)2·2H2O，继续搅拌10-60min，然后静置进行固液分离，过滤得到第一过滤液并将沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；所述Mn(H2PO4)2·2H2O的投加质量为生成鸟粪石MgNH4PO4·6H2O沉淀所需理论用量的 100％-150％；
(3)在搅拌条件下，向第一过滤液中加入MnSO4，继续搅拌10-60min；然后静置进行固液分离，过滤得到第二过滤液；所述MnSO4的投加质量为含锰废水中MnSO4质量百分含量的5％-20％；
(4)将第二过滤液经过吸附物质吸附振荡，得到第三过滤液；
(5)将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤、干燥后，获得低含量氨氮、钙、镁离子的硫酸锰固体；硫酸锰固体中氨氮、钙、镁浓度分别低于7.0mg/kg、10.0mg/kg、5.0mg/kg。
本发明将Mn(H2PO4)2·2H2O作为沉淀剂，H2PO4 -电离出HPO4 2-和PO4 3-，可以与含锰废水中的 NH4 +、Mg2+生成鸟粪石沉淀；Mn(H2PO4)2·2H2O中的Mn2+会增加含锰废水中MnSO4的浓度，从而增大对CaSO4的排斥作用，降低CaSO4的溶解度；然后加入MnSO4，促进CaSO4沉淀的形成；最后将含锰废水通过沸石、麦饭石、煤渣、蛭石、氧化铝中的一种或几种混合，将剩余的NH4 +吸附收集。本发明实现了含锰废水的净化处理及资源的回收，降低了含锰废水中主要杂质离子 NH4 +、Ca2+、Mg2+含量，生成了鸟粪石缓释肥，最终实现了锰、氨氮、镁的资源化利用，具有工艺简单、操作方便、成本低廉、对设备要求低、应用前景好等特点。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
本发明的原理如下：
H2PO4 -→HPO4 2-+H+
HPO4 2-→PO4 3-+H+
Mg2++NH4 ++HPO4 2-+OH-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H2O
Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H2O
RB+NH4 +→R-NH4+B+
基于上述原理，本发明的降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)测试含锰废水中MnSO4的质量百分含量，用石灰将温度为35℃～95℃的含锰废水的pH 值调节至9.0-10.5；
(2)在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入Mn(H2PO4)2·2H2O，继续搅拌10-60min，然后静置进行固液分离，过滤得到第一过滤液并将沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；所述Mn(H2PO4)2·2H2O的投加质量为生成鸟粪石MgNH4PO4·6H2O沉淀所需理论用量的 100％-150％，通常静置1-24h即可；
(3)在搅拌条件下，向第一过滤液中加入MnSO4，继续搅拌10-60min；然后静置进行固液分离，过滤得到第二过滤液；所述MnSO4的投加质量为含锰废水中MnSO4质量百分含量的5％-20％，通常静置1-24h即可；
(4)将第二过滤液经过吸附物质吸附振荡，得到第三过滤液；所述的吸附物质为沸石、麦饭石、煤渣、蛭石或者氧化铝中的至少一种物质。
(5)将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤、干燥后，获得低含量氨氮、钙、镁离子的硫酸锰固体；硫酸锰固体中氨氮、钙、镁浓度分别低于7.0mg/kg、10.0mg/kg、5.0mg/kg。
所述步骤(1)中石灰为熟石灰、石灰乳或石灰水中的一种。
实施例1
取200mL含锰废水，用纳氏试剂分光光度法测得氨氮含量为1000-1500mg/L，用火焰原子吸收光谱法测得锰离子含量为2000-3000mg/L，钙离子含量为350-400mg/L，镁离子含量为 1000-1500mg/L。
将温度为35℃的含锰废水用10mol/L的石灰水将pH值调节至10.5；在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入2.4g Mn(H2PO4)2·2H2O(相当于生成鸟粪石沉淀所需理论用量的100％)，继续搅拌10min；静置1h后，将含锰废水用定性滤纸过滤，得到第一过滤液；将所得沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；向第一过滤液中加入0.08g MnSO4(相当于含锰废水中MnSO4质量百分含量的5％)，搅拌10min，静置1h，用定性滤纸过滤，得到第二过滤液；将第二过滤液放入含有沸石、麦饭石、煤渣和氧化铝的锥形瓶中进行吸附振荡，振荡频率为150r/min，反应4h后，经0.45μm滤膜过滤得到第三过滤液；将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤后，再放入95℃烘箱进行干燥，测得固体中氨氮、钙、镁含量分别为5.0、8.4、2.6mg/kg，获得低含量的氨氮、钙、镁的硫酸锰固体。
实施例2
取1L含锰废水，用纳氏试剂分光光度法测得氨含量为2000-3000mg/L，用火焰原子吸收光谱法测得锰离子含量为2000-3000mg/L，钙离子含量为400-450mg/L，镁离子含量为1500-2000mg/L。
将温度为95℃的含锰废水用5mol/L的石灰水将pH值调节至9.0；在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入24g Mn(H2PO4)2·2H2O(相当于生成鸟粪石沉淀所需理论用量的150％)，继续搅拌1h；静置24h后，将含锰废水用定性滤纸过滤，得到第一过滤液；将所得沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；向第一过滤液中加入1.6g MnSO4(相当于含锰废水中MnSO4质量百分含量的20％)，搅拌30min，静置24h，用定性滤纸过滤，得到第二过滤液；将第二过滤液放入含有麦饭石和蛭石的烧杯中，在搅拌下反应2h后，经0.45μm滤膜过滤得到第三过滤液；将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤后，再放入85℃烘箱进行干燥，测得固体中氨氮、钙、镁含量分别为6.2、9.2、4.3mg/kg，获得低含量的氨氮、钙、镁的硫酸锰固体。
实施例3
取50L含锰废水，用纳氏试剂分光光度法测得氨氮含量为2000-2500mg/L，用火焰原子吸收光谱法测得锰离子含量为2000-2500mg/L，钙离子含量为300-400mg/L，镁离子含量为 1000-2000mg/L。
向温度为65℃的含锰废水投加熟石灰，搅拌均匀，将其pH值调节至9.5；再缓慢加入 0.96kg Mn(H2PO4)2·2H2O(相当于生成鸟粪石沉淀所需理论用量的120％)，搅拌45min，静置 18h，过滤得到鸟粪石缓释肥；向滤液加入34.3g MnSO4(相当于含锰废水中MnSO4质量百分含量的10％)，搅拌60min，静置18h，析出CaSO4沉淀，过滤；将滤液以20L/h的滤速通过装有沸石的过滤柱，将滤出液浓缩、结晶、洗涤后，再于90℃下烘干，测得固体中氨氮、钙、镁含量分别为4.8、7.6、3.8mg/kg，获得低含量的氨氮、钙、镁的硫酸锰固体。

Claims (4)

1.降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)测试含锰废水中MnSO4的质量百分含量，用石灰将温度为35℃～95℃的含锰废水的pH值调节至9.0-10.5；
(2)在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入Mn(H2PO4)2·2H2O，继续搅拌10-60min，然后静置进行固液分离，过滤得到第一过滤液并将沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；所述Mn(H2PO4)2·2H2O的投加质量为生成鸟粪石MgNH4PO4·6H2O沉淀所需理论用量的100％-150％；
(3)在搅拌条件下，向第一过滤液中加入MnSO4，继续搅拌10-60min；然后静置进行固液分离，过滤得到第二过滤液；所述MnSO4的投加质量为含锰废水中MnSO4质量百分含量的5％-20％；
(4)将第二过滤液经过吸附物质吸附振荡，得到第三过滤液；
(5)将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤、干燥后，获得低含量氨氮、钙、镁离子的硫酸锰固体；硫酸锰固体中氨氮、钙、镁浓度分别低于7 .0mg/kg、10.0mg/kg、5.0mg/kg；
其中，所述的吸附物质为沸石、麦饭石、煤渣、蛭石中的至少一种物质；
其中，所述步骤(1)中石灰为熟石灰、石灰乳中的一种。
2.降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1)测试含锰废水中MnSO4的质量百分含量，用石灰将温度为35℃～95℃的含锰废水的pH值调节至9.0-10.5；
(2)在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入Mn(H2PO4) 2·2H2O，继续搅拌10-60min，然后静置进行固液分离，过滤得到第一过滤液并将沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；所述Mn(H2PO4)2·2H2O的投加质量为生成鸟粪石MgNH4PO4·6H2O沉淀所需理论用量的100％-150％；
(3)在搅拌条件下，向第一过滤液中加入MnSO4，继续搅拌10-60min；然后静置进行固液分离，过滤得到第二过滤液；所述MnSO4的投加质量为含锰废水中MnSO4质量百分含量的5％-20％；
(4)将第二过滤液经过吸附物质吸附振荡，得到第三过滤液；
(5)将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤、干燥后，获得低含量氨氮、钙、镁离子的硫酸锰固体；硫酸锰固体中氨氮、钙、镁浓度分别低于7 .0mg/kg、10.0mg/kg、5.0mg/kg；
其中，所述的吸附物质为氧化铝;其中，所述步骤(1)中石灰为石灰水。
3.降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1)测试含锰废水中MnSO4的质量百分含量，用石灰将温度为35℃～95℃的含锰废水的pH值调节至9.0-10.5；
(2)在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入Mn(H2PO4)2·2H2O，继续搅拌10-60min，然后静置进行固液分离，过滤得到第一过滤液并将沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；所述Mn(H2PO4)2·2H2O的投加质量为生成鸟粪石MgNH4PO4·6H2O沉淀所需理论用量的100％-150％；
(3)在搅拌条件下，向第一过滤液中加入MnSO4，继续搅拌10-60min；然后静置进行固液分离，过滤得到第二过滤液；所述MnSO4的投加质量为含锰废水中MnSO4质量百分含量的5％-20％；
(4)将第二过滤液经过吸附物质吸附振荡，得到第三过滤液；
(5)将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤、干燥后，获得低含量氨氮、钙、镁离子的硫酸锰固体；硫酸锰固体中氨氮、钙、镁浓度分别低于7 .0mg/kg、10.0mg/kg、5.0mg/kg；
其中，所述的吸附物质为氧化铝。
4.降低含锰废水中氨氮、钙、镁离子含量的资源化处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1)测试含锰废水中MnSO4的质量百分含量，用石灰将温度为35℃～95℃的含锰废水的pH值调节至9.0-10.5；
(2)在搅拌条件下，向含锰废水中缓慢加入Mn(H2PO4)2·2H2O，继续搅拌10-60min，然后静置进行固液分离，过滤得到第一过滤液并将沉淀洗涤、干燥，获得鸟粪石沉淀；所述Mn(H2PO4) 2·2H2O的投加质量为生成鸟粪石MgNH4PO4·6H2O沉淀所需理论用量的100％-150％；
(3)在搅拌条件下，向第一过滤液中加入MnSO4，继续搅拌10-60min；然后静置进行固液分离，过滤得到第二过滤液；所述MnSO4的投加质量为含锰废水中MnSO4质量百分含量的5％-20％；
(4)将第二过滤液经过吸附物质吸附振荡，得到第三过滤液；
(5)将第三过滤液浓缩、结晶、洗涤、干燥后，获得低含量氨氮、钙、镁离子的硫酸锰固体；硫酸锰固体中氨氮、钙、镁浓度分别低于7 .0mg/kg、10.0mg/kg、5.0mg/kg ;
其中，所述步骤(1)中石灰为石灰水。
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