CN115321618A - 一种复合环保型除磷氟药剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种复合环保型除磷氟药剂的制备及应用。本发明提供一种复合环保型除磷氟药剂，由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比(30～60):(20～40):10:(1～5)复配而成。本发明的复合环保型除磷氟药剂，克服了传统废水中磷和氟难以同步去除的缺陷，成本低，效果好，不仅制作方法工艺简单，使用简便，产品表面积大，生成的絮状物易沉降，污泥量小，还能减少环境污染。

Description

一种复合环保型除磷氟药剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种复合环保型除磷氟药剂的制备及应用。
背景技术
磷在环境中不会以气体的形式存在，因此，被称为沉积性循环物质。而环境中磷的循环是以岩石长期风化为起点源，沉积终点为环境水体。当水体中总磷的含量超过0.02mg/L时，就会引起水体的富营养化，导致水体环境恶化，破坏生态平衡，影响人体健康，因此，需要严格控制排入水体中磷的浓度。
氟元素作为动植物的必需的微量元素之一，在动植物的生长发育中有着重要的作用，但这所需要含量较少，以人类为例，人体中大约只含有2.6g氟，而低于一定含量时，会影响人体的生长发育，但是当每天的摄入量高于4mg时，会造成氟中毒，影响身体健康，严重时甚至可能会威胁生命安全。
磷、氟对水体的污染已经严重影响了自然环境与人类的正常生命活动。而随着科技的发展，半导体、锂电池回收及越来越多新型材料的制备过程中会同时产生含磷含氟两种废水，更有甚者为同时含氟含磷的混合工业废水。因此，当前对含磷含氟废水的处理的研究已成为刻不容缓的趋势。综上所述，亟需开发新的处理方式，能够高效快速的降废水中的磷和氟同步去除，减少工艺流程中的投资和运行成本，满足出水要求。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法。
本发明提供一种复合环保型除磷氟药剂，由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比(30～60):(20～40):10:(1～5)复配而成。
具体制备方法如下：
步骤一：将农业废弃物进行干燥处理后，研磨过筛，放入固定床中缺氧条件下热解，冷却后用水洗去灰分，烘干后即得生物炭。
步骤二：将制备好的生物炭放入铁盐溶液中，微波震荡，取出用蒸馏水洗至中性，烘干后即得改性生物炭。
步骤三：将改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝用碾碎机碾碎后过筛，再用搅拌机搅拌，使各组分均匀混合，即可得到复合环保型除磷氟药剂。
进一步，所述农业废弃物为谷壳、作物秸秆中的至少一种。
进一步，所述步骤一中研磨过筛目数为10-50目。
进一步，所述步骤一中的热解温度为300-500℃，热解时间为2-5h。
进一步，所述步骤二中的铁盐为三价铁盐，为FeCl3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和FeSO4·7H2O的中的至少一种，铁盐溶液浓度为0.5-5mol/L，改性过程中的铁碳摩尔比为15:1。
进一步，所述步骤二中微波震荡12-24小时。
进一步，所述步骤一和步骤二中的烘干温度105℃，烘干时间2h。
进一步，所述步骤三中的过筛目数为100-300目。
进一步，所述步骤三中的搅拌时间30分钟。
本发明还提供上述复合环保型除磷氟药剂在废水处理中的应用。所述废水为含磷氟废水，特别针对于工业废水和养殖废水。
与现有技术相比，本发明提供的复合环保型除磷氟药剂具有以下优点：通过本发明制备方法制备的改性生物炭孔隙结构发达，表面具有丰富的官能团，增加了吸附性能，同时，改性过程中将铁碳摩尔比控制在为15:1，磷酸根与炭表面的铁离子发生反应，可以达到很好的除磷效果；生石灰中的CaO和废水中的氟反应生成CaF2，CaF2生成的同时还作为辅助性材料加速废水中无机磷的沉淀，进一步提高磷的去除率；CaO的加入还具有调节pH的作用，不需要再额外添加pH调节剂，就能达到除磷除氟的适宜反应条件。硫酸铝和聚合氯化铝能与水中的磷酸盐和氟离子结合生成Al2PO4F3共沉淀，达到同步去除磷和氟的目的，同时作为沉淀剂，形成较大的絮体，易沉淀。综上，本发明的复合环保型除磷氟药剂，克服了传统废水中磷和氟难以同步去除的缺陷，成本低，效果好，不仅制作方法工艺简单，使用简便，产品表面积大，生成的絮状物易沉降，污泥量小，还能减少环境污染。
具体实施方式
本发明公开了一种复合环保型除磷氟药剂的制备及应用，本领域的技术人员可借鉴本发明内容，适当改进工艺参数。下面通过实施方式具体说明本发明中的技术，所述实施例仅可帮助理解本发明，不应视为对本发明的限制。
本实施例中采用以下方法制备改性生物炭，具体步骤如下：将玉米秸秆进行干燥处理后，研磨过50目筛，放入固定床中缺氧450℃条件下热解3h，冷却后用水洗去灰分，105℃烘2h，备用。将制备好的生物炭放入3mol/L的FeCl3·6H2O溶液中，铁碳摩尔比为15:1，微波震荡12h，取出用蒸馏水洗至中性，烘干后即可得到改性生物炭。
将改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝用碾碎机碾碎后100目过筛，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，即可得到复合环保型除磷氟药剂。
实施例1
复合环保型除磷氟药剂由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比60:35:10:2复配而成，加水制成质量分数为10％的溶液。
将复配而成的除磷氟药剂投加至工业废水(测得工业废水中总磷含量为9.612mg/L，氟含量为69.587mg/L)中，投加量为1300mg/L，搅拌反应40分钟，沉淀20分钟，测定上清液中的磷和氟的浓度，结果表明，采用复合环保型除磷氟药剂处理后废水的总磷浓度为0.174mg/L，氟化物浓度为2.248mg/L。
实施例2
复合环保型除磷氟药剂由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比40:40:10:5复配而成，加水制成质量分数为10％的溶液。
将复配而成的除磷氟药剂投加至工业废水(测得工业废水中总磷含量为9.612mg/L，氟含量为69.587mg/L)中，投加量为1300mg/L，搅拌反应40分钟，沉淀20分钟，测定上清液中的磷和氟的浓度，结果表明，采用复合环保型除磷氟药剂处理后废水的总磷浓度为0.142mg/L，氟化物浓度为1.983mg/L。
实施例3
复合环保型除磷氟药剂由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比37:40:10:3复配而成，加水制成质量分数为10％的溶液。
将复配而成的除磷氟药剂投加至工业废水(测得工业废水中总磷含量为9.612mg/L，氟含量为69.587mg/L)中，投加量为1300mg/L，搅拌反应40分钟，沉淀20分钟，测定上清液中的磷和氟的浓度，结果表明，采用复合环保型除磷氟药剂处理后废水的总磷浓度为0.162mg/L，氟化物浓度为1.474mg/L。
实施例4
复合环保型除磷氟药剂由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比53:35:10:2复配而成，加水制成质量分数为10％的溶液。
将复配而成的除磷氟药剂投加至养殖废水(测得养殖废水中总磷含量为2.261mg/L，氟含量为11.236mg/L)中，投加量为300mg/L，搅拌反应40分钟，沉淀20分钟，测定上清液中的磷和氟的浓度，结果表明，采用复合环保型除磷氟药剂处理后废水的总磷浓度为0.191mg/L，氟化物浓度为1.217mg/L。
实施例5
复合环保型除磷氟药剂由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比40:20:10:5复配而成，加水制成质量分数为10％的溶液。
将复配而成的除磷氟药剂投加至养殖废水(测得养殖废水中总磷含量为2.261mg/L，氟含量为11.236mg/L)中，投加量为300mg/L，搅拌反应40分钟，沉淀20分钟，测定上清液中的磷和氟的浓度，结果表明，采用复合环保型除磷氟药剂处理后废水的总磷浓度为0.158mg/L，氟化物浓度为1.068mg/L。
实施例6
复合环保型除磷氟药剂由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比30:20:10:1复配而成，加水制成质量分数为10％的溶液。
将复配而成的除磷氟药剂投加至养殖废水(测得养殖废水中总磷含量为2.261mg/L，氟含量为11.236mg/L)中，投加量为300mg/L，搅拌反应40分钟，沉淀20分钟，测定上清液中的磷和氟的浓度，结果表明，采用复合环保型除磷氟药剂处理后废水的总磷浓度为0.106mg/L，氟化物浓度为1.248mg/L。
对于本领域的技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例，同时，本发明中所附权利要求不是上述说明的限定，因此，旨在将落在权利要求等同条件的含义和范围内所有的变化均囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种复合环保型除磷氟药剂，其特征在于，由改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝按质量比(30～60):(20～40):10:(1～5)复配而成。
2.制备权利要求1所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
步骤一：将农业废弃物进行干燥处理后，研磨过筛，放入固定床中缺氧条件下热解，冷却后用水洗去灰分，烘干后即得生物炭；
步骤二：将制备好的生物炭放入铁盐溶液中，微波震荡，取出用蒸馏水洗至中性，烘干后即得改性生物炭；
步骤三：将改性生物炭、生石灰、硫酸铝和聚合氯化铝用碾碎机碾碎后过筛，再用搅拌机搅拌，使各组分均匀混合，即可得到复合环保型除磷氟药剂。
3.根据权利要求2所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，所述农业废弃物为谷壳、作物秸秆中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中研磨过筛目数为10-50目。
5.根据权利要求2所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的热解温度为300-500℃，热解时间为2-5h。
6.根据权利要求2所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的铁盐为三价铁盐，为FeCl3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和FeSO4·7H2O的中的至少一种，铁盐溶液浓度为0.5-5mol/L，改性过程中的铁碳摩尔比为15:1。
7.根据权利要求2所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二中的烘干温度105℃，烘干时间2h。
8.根据权利要求2所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的过筛目数为100-300目。
9.根据权利要求2所述的一种复合环保型除磷氟药剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的搅拌时间30分钟。
10.根据权利要求1所述的一种复合环保型除磷氟药剂在废水处理中的应用。
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