CN110627175B - 一种钢渣基絮凝剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水除磷技术领域，尤其涉及一种钢渣基絮凝剂及其制备方法和应用。按重量份计，所述絮凝剂原料组成包括如下组分：100‑120份钢渣、3‑10份油酸、5‑8份乙二醇、1‑5份质量分数为50‑60％的高氯酸溶液、30‑50份亚硫酸纸浆废液、1‑5份饱和硫酸铵、1‑5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、25‑40份水泥。本发明对热泼法炼钢所得钢渣经选铁后的钢渣进行一系列改性后作为絮凝剂的基础组分，不仅能够实现污水的高效除磷，而且这种水泥态的絮凝剂不会像传统的金属盐类的絮凝剂(如铝盐、铁盐、钙盐)一样对水体造成二次污染。

Description

一种钢渣基絮凝剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及污水除磷技术领域，尤其涉及一种用于脱除污水中磷元素的钢渣基絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

一般来讲，水体中总磷质量浓度超过0.2mg/L、总氮质量浓度超过1mg/L时，达不到地表水Ⅲ级要求，被认为可能发生當营养化，原有生态系统的平衡会被破坏，浮游藻类大量繁殖，水体透明度降低，使得阳光难以穿透水面，阻碍水中植物进行光合作用；细菌类微生物也大量繁殖，耗氧量大大增加，造成鱼类大量死亡甚至部分水体完全变为腐化区。因此，如何高效去除污废水中的磷，减轻水体富营养化程度，是目前亟需解决的问题，同时将富集出来的磷作为资源，实现对磷的循环利用，也是缓解磷资源短缺的有效途径之一。

化学沉淀法通过向废水中投加化学药剂与溶液中的磷结合为不溶性磷酸盐沉淀实现除磷，常用于化学除磷的金属盐主要是铝盐(硫酸铝、铝酸钠)、铁盐(硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁)和钙盐(石灰)。然而，本发明人研究发现：传统的这类方法会导致废水中碱度过高会导致产生金属氢氧化物沉淀，同时，要达到磷酸盐沉淀形成的条件需要投加的金属离子浓度需要大于真实溶度积的1-2个数量级，反应需过量投加金属离子，致使成本较高，此外，化学沉淀产生的污泥含水量高，难以脱水，易造成二次污染。

发明内容

针对上述的问题，本发明人认为需要开拓高效，无二次污染，成本低，易回收磷的污水除磷材料。为此，本发明提供一种钢渣基絮凝剂及其制备方法和应用。本发明提供的钢渣基絮凝剂以热泼法炼钢的工业固废钢渣为主，经过改性处理后不仅除磷效率高，无二次污染，而且实现了变废为宝。

本发明第一目的：提供一种钢渣基絮凝剂。

本发明第二目的：提供一种钢渣基絮凝剂的制备方法。

本发明第三目的：提供所述钢渣基絮凝剂及其制备方法的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种钢渣基絮凝剂，按重量份计，其原料组成包括如下组分：100-120份钢渣、3-10份油酸、5-8份乙二醇、1-5份质量分数为50-60％的高氯酸溶液、30-50份亚硫酸纸浆废液、1-5份饱和硫酸铵、1-5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、25-40份水泥。

其次，本发明公开一种钢渣基絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)热泼法炼钢所得钢渣经选铁后，取钢渣、油酸、乙二醇混合进行粉磨，然后与高氯酸溶液在密闭加热条件下反应，将得到的产物洗涤至中性后减压抽滤，将得到的固体产物干燥，即得第一前驱体；

(2)将步骤(1)得到的前驱体浸泡于亚硫酸纸浆废液中，并在恒温条件下进行振荡，然后将产物捞出沥干，再与饱和硫酸铵溶液反应，完成后将产物捞出沥干，得到第二前驱体；

(3)将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和水在恒温条件下进行搅拌反应，反应过程中加入步骤(2)得到的第二前驱体，完成后得到第三前驱体；

(4)将步骤(3)得到的第三前驱体与水泥、水混合，成型、养护后即得钢渣基絮凝剂。

最后，本发明公开所述钢渣基絮凝剂及其制备方法在环保领域中的应用；如用于污染水体的净化等。

本发明制备絮凝剂的特点之一为：粉磨过程中，在产生的高温作用下油酸的双键与乙二醇的羟基反应，不但降低比表面能，防止钢渣颗粒团聚，而且能楔入钢渣颗粒的裂缝，有助于粉磨效果。

本发明制备絮凝剂的特点之二为：高氯酸具有强氧化性，能溶解钢渣中的单质铁和氧化亚铁，并转化为氯化铁，破坏晶体结构，造成缺陷；而亚硫酸纸浆废液能有效侵蚀并分解钢渣的玻璃体，促进铁、铝溶出和提高硅酸盐矿物活性；硫酸铵溶液不但能降低絮凝剂碱度，防止氢氧化物沉淀生成，降低絮凝效果。

本发明制备絮凝剂的特点之三为：以钢渣基絮凝剂、水泥、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和水制备絮凝剂时，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠发泡产生孔隙，具有良好的吸附作用，而且采用物理发泡将絮凝剂预存于气泡中，所制备的絮凝剂能释放出铝胶、铁胶和C-S-H凝胶，与污水中原存胶体结合能形成体积增大的主粒子，在絮凝过程的主粒子快速结合沉淀于除磷材料的孔隙，有利于除磷和磷回收。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明对热泼法炼钢所得钢渣经选铁后的钢渣进行一系列改性后作为絮凝剂的基础组分，不仅能够实现污水的高效除磷，而且能够有效扩展这种钢渣的资源化利用用途，变废为宝，而且制备出的絮凝剂无二次污染。

(2)本发明制备的絮凝剂对當营养化污水中的磷具有高效的去除效果，经过试验，经过14天处理后即可将污水中的磷含量降低50％以上，经过60天处理后对污水中的磷含量降幅达到86％以上，具有优异的除磷效果，而且这种水泥态的絮凝剂不会像传统的金属盐类的絮凝剂(如铝盐、铁盐、钙盐)一样对水体造成二次污染。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如，在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如前文所述，常用于化学除磷的金属盐容易导致废水中碱度过高产生金属氢氧化物沉淀以及二次污染等问题。为此，本发明提供以热泼法炼钢的工业固废钢渣为基础组分的絮凝剂及其制备方法。

在一些典型的实施例中，所述钢渣基絮凝剂，按重量份计，其原料组成包括如下组分：110-120份钢渣、5-10份油酸、7-8份乙二醇、3-5份质量分数为55-60％的高氯酸溶液、40-50份亚硫酸纸浆废液、3-5份饱和硫酸铵、3-5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、30-40份水泥。经过试验，采用上述范围内的组分时，制备的絮凝剂的除磷效果更优。

在一些典型的实施例中，所述钢渣基絮凝剂，其原料组成按重量份计，包括如下组分：110份钢渣、5份油酸、7份乙二醇、3份质量分数为55％的高氯酸溶液、40份亚硫酸纸浆废液、3份饱和硫酸铵、3份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、30份水泥。经过试验，采用上述组分时，制备的絮凝剂的除磷效果更佳。

在一些典型的实施例中，所述钢渣基絮凝剂还包括20-35份水，优选为28-35份水，更优选为28份水。

在一些典型的实施例中，所述钢渣为热泼法炼钢所得钢渣经选铁后得到。这种钢渣的堆积量大，通过将其经过一系列改进后作为絮凝剂的基础组分，不仅能够实现污水的高效除磷，而且能够有效扩展这种钢渣的资源化利用途径，变废为宝。

在一些典型的实施例中，所述步骤(1)中，按重量份计，钢渣、油酸、乙二醇、高氯酸溶液的添加比例依次序为：100-120份：3-10份：5-8份：1-5份，所述高氯酸溶液的质量百分数为50-60％。

在一些典型的实施例中，所述步骤(2)中，按重量份计，亚硫酸纸浆废液、饱和硫酸铵溶液的添加比例依次序为：30-50份：1-5份。

在一些典型的实施例中，所述步骤(3)中，按重量份计，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、水、第二前驱体的添加比例依次序为：1-5份：10-15份：20-40份。

在一些典型的实施例中，所述步骤(4)中，第三前驱体、水泥、水的添加比例依次序为：20-35份：25-40：10-20份水。

在一些典型的实施例中，所述步骤(1)中，粉磨后产物的比表面积为450-500cm²/g。

在一些典型的实施例中，所述步骤(1)中，密闭加热反应的条件为：在50-75℃下密闭搅拌2-3小时。

在一些典型的实施例中，所述步骤(1)中，干燥的条件为：在100-115℃下烘干2-4小时。

在一些典型的实施例中，所述步骤(2)中，恒温条件下进行振荡为：在25-50℃恒温振荡器中振荡10-15小时。

在一些典型的实施例中，所述步骤(2)中，反应时间为10-30分钟。

在一些典型的实施例中，所述步骤(2)中，第二前驱体分为2-4次加入。

在一些典型的实施例中，所述步骤(3)中，恒温条件下进行搅拌反应为：在30-40℃恒温下搅拌10-30分钟。

在一些典型的实施例中，所述步骤(3)中，养护条件为：在20-30℃喷水养护24小时。

在一些典型的实施例中，所述钢渣购自山东莱钢永锋钢铁有限公司。

在一些典型的实施例中，所述亚硫酸纸浆废液购自山东龙正纸业股份有限公司。

现结合具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

一种钢渣基絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)热泼法炼钢所得钢渣经选铁后，取100份钢渣和3份油酸、8份乙二醇粉磨至比表面积450cm²/g后，与5份质量分数为60％的高氯酸溶液在75℃下密闭搅拌反应3小时，将得到的固体产物用蒸馏水洗涤至中性，减压抽滤，并放入烘箱中，在105℃条件下烘干3小时，即得第一前驱体；

(2)将步骤(1)得到的第一前驱体浸泡于30份亚硫酸纸浆废液并置于25℃恒温振荡器中振荡10小时，将得到的产物捞出沥干，将其再与1份饱和硫酸铵溶液反应10分钟，完成后将产物捞出沥干，得到第二前驱体；

(3)将5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和10份水在30℃恒温搅拌30分钟，并在搅拌过程中将40份步骤(2)得到的第二前驱体平均分4次加入；完成后得到第三前驱体；

(4)将20份步骤(3)得到的第三前驱体、40份水泥、10份水混合后搅拌均匀，然后成型为40×40×60cm³长方形预制件，在20℃喷水养护24小时，即得钢渣基絮凝剂。

实施例2

一种钢渣基絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)热泼法炼钢所得钢渣经选铁后，取120份钢渣和10份油酸、5份乙二醇粉磨至比表面积500cm²/g后，与1份质量分数为50％的高氯酸溶液在50℃下密闭搅拌反应2小时，将得到的固体产物用蒸馏水洗涤至中性，减压抽滤，并放入烘箱中，在115℃条件下烘干2小时，即得第一前驱体；

(2)将步骤(1)得到的第一前驱体浸泡于50份亚硫酸纸浆废液并置于50℃恒温振荡器中振荡15小时，将得到的产物捞出沥干，将其再与5份饱和硫酸铵溶液反应30分钟，完成后将产物捞出沥干，得到第二前驱体；

(3)将1份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和15份水在40℃恒温搅拌10分钟，并在搅拌过程中将20份步骤(2)得到的第二前驱体平均分2次加入；完成后得到第三前驱体；

(4)将35份步骤(3)得到的第三前驱体、25份水泥、20份水混合后搅拌均匀，然后成型为40×40×60cm³长方形预制件，在30℃喷水养护24小时，即得钢渣基絮凝剂。

实施例3

一种钢渣基絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)热泼法炼钢所得钢渣经选铁后，取110份钢渣和5份油酸、7份乙二醇粉磨至比表面积470cm²/g后，与3份质量分数为55％的高氯酸溶液在65℃下密闭搅拌反应2.5小时，将得到的固体产物用蒸馏水洗涤至中性，减压抽滤，并放入烘箱中，在100℃条件下烘干4小时，即得第一前驱体；

(2)将步骤(1)得到的第一前驱体浸泡于40份亚硫酸纸浆废液并置于30℃恒温振荡器中振荡12小时，将得到的产物捞出沥干，将其再与3份饱和硫酸铵溶液反应20分钟，完成后将产物捞出沥干，得到第二前驱体；

(3)将3份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和13份水在35℃恒温搅拌15分钟，并在搅拌过程中将25份步骤(2)得到的第二前驱体分3次(10份、10份、5份)加入；完成后得到第三前驱体；

(4)将30份步骤(3)得到的第三前驱体、30份水泥、15份水混合后搅拌均匀，然后成型为40×40×60cm³长方形预制件，在25℃喷水养护24小时，即得钢渣基絮凝剂。

性能测试：

将KH₂PO₄放置在烘箱中，在105℃下烘干1小时，取出后放入干燥器中自然冷却后，用于配制2mg/L的模拟含磷废水。然后将实施例1-3制备的钢渣基絮凝剂浸泡于废水中，并按照国家环保局所颁布的《水与废水监测分析方法》中的规定，采用“钼锑抗分光光度计法”测定水中磷的浓度，结果如表1所示。

表1

从表1中的检测数据可以看出，当浸泡3天后，含磷废水中的总磷浓度就已经降至當营养化状态水体的标准以下，当浸泡时间达到的两周时，即可将污水中的磷含量降低50％以上，而经过60天处理后对污水中的磷含量降幅达到93％以上，根据国标GBA3838-2002达到地表水Ⅲ类的要求，取得了优异的除磷效果；而且，比较处理28天和60天的总磷浓度可知，两者相差较小，这说明本发明制备的絮凝剂具有高效的、稳定的除磷功能。另外，经过检测模拟含磷废水的酸碱度等指标，发现废水的碱度正常，没有因为本发明钢渣基絮凝剂的加入而导致废水中碱度过高，对废水造成了二次污染。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种钢渣基絮凝剂，其特征在于，按重量份计，其原料组成包括如下组分：100-120份钢渣、3-10份油酸、5-8份乙二醇、1-5份质量分数为50-60%的高氯酸溶液、30-50份亚硫酸纸浆废液、1-5份饱和硫酸铵、1-5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和25-40份水泥；

所述钢渣基絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）热泼法炼钢所得钢渣经选铁后，取钢渣、油酸、乙二醇混合进行粉磨，然后与高氯酸溶液在密闭加热条件下反应，将得到的产物洗涤至中性后减压抽滤，将得到的固体产物干燥，即得第一前驱体；

（2）将步骤（1）得到的前驱体浸泡于亚硫酸纸浆废液中，并在恒温条件下进行振荡，然后将产物捞出沥干，再与饱和硫酸铵溶液反应，完成后将产物捞出沥干，得到第二前驱体；

（3）将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和水在恒温条件下进行搅拌反应，反应过程中加入步骤（2）得到的第二前驱体，完成后得到第三前驱体；

（4）将步骤（3）得到的第三前驱体与水泥、水混合，成型、养护后即得钢渣基絮凝剂。

2.如权利要求1所述的钢渣基絮凝剂，其特征在于，按重量份计，其原料组成包括如下组分：110-120份钢渣、5-10份油酸、7-8份乙二醇、3-5份质量分数为55-60%的高氯酸溶液、40-50份亚硫酸纸浆废液、3-5份饱和硫酸铵、3-5份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和30-40份水泥。

3.如权利要求1所述的钢渣基絮凝剂，其特征在于，按重量份计，所述钢渣基絮凝剂的原料组成包括如下组分：110份钢渣、5份油酸、7份乙二醇、3份质量分数为55%的高氯酸溶液、40份亚硫酸纸浆废液、3份饱和硫酸铵、3份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和30份水泥。

4.如权利要求1-3任一所述的钢渣基絮凝剂，其特征在于，还包括20-35份水。

5.如权利要求4所述的钢渣基絮凝剂，其特征在于，包括28-35份水。

6.如权利要求5所述的钢渣基絮凝剂，其特征在于，包括28份水。

7.如权利要求1-3任一所述的钢渣基絮凝剂，其特征在于，所述钢渣为热泼法炼钢所得钢渣经选铁后得到。

8.一种钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）热泼法炼钢所得钢渣经选铁后，取钢渣、油酸、乙二醇混合进行粉磨，然后与高氯酸溶液在密闭加热条件下反应，将得到的产物洗涤至中性后减压抽滤，将得到的固体产物干燥，即得第一前驱体；

（2）将步骤（1）得到的前驱体浸泡于亚硫酸纸浆废液中，并在恒温条件下进行振荡，然后将产物捞出沥干，再与饱和硫酸铵溶液反应，完成后将产物捞出沥干，得到第二前驱体；

（3）将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和水在恒温条件下进行搅拌反应，反应过程中加入步骤（2）得到的第二前驱体，完成后得到第三前驱体；

（4）将步骤（3）得到的第三前驱体与水泥、水混合，成型、养护后即得钢渣基絮凝剂。

9.如权利要求8所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，按重量份计，所述钢渣、油酸、乙二醇、高氯酸溶液的添加比例依次序为：100-120份：3-10份：5-8份：1-5份，所述高氯酸溶液的质量百分数为50-60%。

10.如权利要求8所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，按重量份计，所述亚硫酸纸浆废液、饱和硫酸铵溶液的添加比例依次序为：30-50份：1-5份。

11.如权利要求8所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，按重量份计，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、水、第二前驱体的添加比例依次序为：1-5份：10-15份：20-40份。

12.如权利要求8所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述第三前驱体、水泥、水的添加比例依次序为：20-35份：25-40份：10-20份水。

13.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述粉磨后产物的比表面积为450-500cm²/g。

14.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述密闭加热反应的条件为：在50-75℃下密闭搅拌2-3小时。

15.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述干燥的条件为：在100-115℃下烘干2-4小时。

16.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述恒温条件下进行振荡为：在25-50℃恒温振荡器中振荡10-15小时。

17.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述反应时间为10-30分钟。

18.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第二前驱体分为2-4次加入。

19.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述恒温条件下进行搅拌反应为：在30-40℃恒温下搅拌10-30分钟。

20.如权利要求8-12任一项所述的钢渣基絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述养护的条件为：在20-30℃喷水养护24小时。

21.如权利要求1-7任一项所述的钢渣基絮凝剂和/或如权利要求8-20任一项所述的制备方法制得的钢渣基絮凝剂在环保领域中的应用；所述应用为用于污染水体的净化。