CN116119795A

CN116119795A - 一种用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料及其制备工艺

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Publication number: CN116119795A
Application number: CN202310165925.0A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 费珠光
Original assignee: Pinghu Shifen Ecological Technology Co ltd
Current assignee: Pinghu Shifen Ecological Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-27
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2043-02-27
Also published as: CN116119795B

Abstract

本发明公开一种用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料及其制备工艺，涉及属于地表水净化处理工程。本发明公开的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料是由以下质量百分比的原料组成：原料M 20～40％、石膏粉8～25％、硫酸镁5～15％和水30～60％，还包括有投加量为每1立方水300±100mL的发泡剂；所述原料M是由以下质量百分比的组分组成：矾土粉2～8％、粘土粉13～25％、生石灰粉20～45％和石膏粉30～60％；还提供了用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料的制备工艺。本发明提供的除磷材料可快速实现磷酸根去除的同时，还可避免磷酸根的二次释放，该除磷材料是一款生态安全性产品。

Description

一种用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料及其制备工艺

技术领域

本发明属于地表水净化处理工程，尤其涉及一种用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料及其制备工艺。

背景技术

总磷含量在地表水富营养化中起着关键作用，世界上大型湖泊之间的总磷负荷有很大差异，导致富营养化潜力也有很大差异，特别是发展中国家受磷刺激富营养化的风险比发达国家大得多。因此，在发展中国家需要采取更大的行动以减少磷负荷。

对水体富营养化有影响的磷元素主要是正磷酸根，控磷技术的开发主要是以实现正磷酸盐的去除为主。当前，市场上对于地表水总磷控制的技术主要包括两类:一是利用化学混凝沉淀的原理，通过喷洒PAC、PAM等混/絮凝剂实现水体中总磷的去除，该技术作用迅速，主要用于水体水质应急提升工程，而且这种措施实施后容易反复，已不是推荐的环保技术；二是物理化学吸附，通过喷洒多孔性材料或者其他可以与正磷酸盐交换吸附的材料，该技术是可以实现较低浓度总磷的去除，但缺点也是显而易见的，水体中悬浮的杂质较多，这将大大的降低材料的吸附去除性能，导致吸附材料大量投入以保证效果。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种去除地表水中磷酸根的除磷材料及其制备工艺，可快速实现磷酸根去除的同时，还可避免磷酸根的二次释放，并且该除磷材料是一款生态安全性产品。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料，是由以下质量百分比的原料组成：原料M 20～40％、石膏粉8～25％、硫酸镁5～15％和水30～60％，还包括有每1立方水中投加量为300±100mL的混凝土发泡剂。该混凝土发泡剂优选植物型水泥发泡剂。

所述原料M是由以下质量百分比的组分组成：矾土粉2～8％、粘土粉13～25％、生石灰粉20～45％和石膏粉30～60％。

进一步的，所述原料M的制备方法为：将原料M的组分按质量百分比配制好后，加入到混料机中混合均匀，然后将混合组分进行高温煅烧处理，再经自然冷却至室温，破碎、研磨处理后，得到原料M。

进一步的，所述高温煅烧的温度为1000±50℃，高温煅烧的时间为1～3h。

进一步的，所述原料M的粒径为80～200目。

本发明还提供了一种用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料的制备工艺，具体包括以下步骤：

(1)按所需质量称取除磷材料的原料，备用；

(2)将称取的原料M、石膏粉、硫酸镁置于混料机中充分混合，得到粉剂，然后投入到反应装置中；

(3)往反应装置中，边缓慢加入水边机械搅拌，避免含量水过高或过低，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态，然后快速倒入混凝土发泡剂，并快速搅拌，确保混凝土发泡剂充分起泡；

(4)将上述发泡好的浆液投入到静置反应池中，静置反应；

(5)待静置反应池中的浆液凝固后，进行自然干燥，破碎，即得除磷材料。

进一步的，所述步骤(3)中，所述机械搅拌的速度为50～100转/mi n。

进一步的，所述步骤(3)中，所述快速搅拌的速度为100～200转/mi n，搅拌时间为1～3mi n。

进一步的，所述步骤(4)中，静置反应池中浆液厚度为5～10厘米，可在2h内实现产品充分自然干燥的效果。

本发明取得了以下有益效果：

1、本发明是通过释放钙、镁、铁、铝等金属离子与水体中磷酸根反应生成难溶盐沉淀，以实现对磷酸根的去除，该方法在快速实现磷酸根去除的同时，还可以避免磷酸根的二次释放。

2、本发明为了实现磷去除过程的稳定、长效，以及更好的去除效果，采用多种原材料(如：矾土粉、粘土粉、生石灰粉、石膏粉、硫酸镁等原料)进行伍配、加工，实现钙镁金属离子与其它元素的高效结合，并调控钙镁离子的质量比，实现预期的磷去除功能和效果。

3、本发明的除磷材料制备工艺包括两个阶段，一是原料M的生产，二是原料M与其它的组分反应，以更好的控制钙镁离子与其它组分的质量比。阶段一中M原料的加工过程是为了优化钙镁离子结合形态、材料整体形态(比如：材料的密实度、孔隙率等性质)的必要方法；阶段二是进一步调整成型材料中不同结合态钙镁盐的质量配比，优化材料微观结构，对水体除磷过程有利，以提高除磷材料的利用效率。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明具体实施例中使用的混凝土发泡剂选自山东优索化工科技有限公司，型号为LG-2258。

实施例1

本实施例1除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

(1)按照2wt％矾土粉、15wt％粘土粉、40wt％生石灰粉(纯度95％)、43wt％石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)准备原料，总重5kg，然后加入到混料机中充分混合。

(2)将混合材料在马弗炉中高温加热处理，加热温度控制在1000℃，煅烧3小时，煅烧结束后自然冷却至室温。

(3)使用球磨机将冷却后的煅烧产品研磨处理后获得原料M(编号为M-1)，粒径在100目左右。

第二步：除磷材料的制备

(1)首先利用混料机将3.5kg的原料M、1.5kg的石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)、1kg的硫酸镁(化学纯)在50L的桶中搅拌，并将4.0L的自来水缓慢加入，边缓慢加入自来水边以80转/mi n的速度搅拌，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态。

(2)然后快速加入1.2mL的混凝土发泡剂，并以150转/mi n的速度快速搅拌，确保混凝土发泡剂充分起泡，得浆液。

(3)将上述发泡好的浆液倾倒在木箱或其它不漏水的平整容器内，浆液厚度不高于10cm，之后静置。

(4)等待至少2小时，等材料自然干燥后，将材料破碎成5-8mm左右粒径的颗粒，为具有除磷功能的材料(即为除磷材料，编号为P-1)。

实施例2

本实施例2除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

参照实施例1的制备方案。

第二步：除磷材料的制备

(1)首先利用混料机将4kg的原料M、2.5kg的石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)、0.5kg的硫酸镁(化学纯)在50L的桶中搅拌，并将3.0L的自来水缓慢加入，边缓慢加入自来水边以80转/mi n的速度搅拌，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态。

(2)然后快速加入0.9mL的混凝土发泡剂，并以150转/mi n的速度快速搅拌，确保混凝土发泡剂充分起泡，得浆液。

(4)等待至少2小时，等材料自然干燥后，将材料破碎成5-8mm左右粒径的颗粒，为具有除磷功能的材料(即为除磷材料，编号为P-2)。

实施例3

本实施例3除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

参照实施例1的制备方案。

第二步：除磷材料的制备

(1)首先利用混料机将2kg的原料M、2.5kg的石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)、1.5kg的硫酸镁(化学纯)在50L的桶中搅拌，并将4.0L的自来水缓慢加入，边缓慢加入自来水边以80转/mi n的速度搅拌，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态。

(4)等待至少2小时，等材料自然干燥后，将材料破碎成5-8mm左右粒径的颗粒，为具有除磷功能的材料(即为除磷材料，编号为P-3)。

实施例4

本实施例4除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

参照实施例1的制备方案。

第二步：除磷材料的制备

(1)首先利用混料机将3kg的原料M、2.0kg的石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)、0.5kg的硫酸镁(化学纯)在50L的桶中搅拌，并将4.5L的自来水缓慢加入，边缓慢加入自来水边以80转/mi n的速度搅拌，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态。

(2)然后快速加入1.35mL的混凝土发泡剂，并以150转/mi n的速度快速搅拌，确保混凝土发泡剂充分起泡，得浆液。

(4)等待至少2小时，等材料自然干燥后，将材料破碎成5-8mm左右粒径的颗粒，为具有除磷功能的材料(即为除磷材料，编号为P-4)。

实施例5

本实施例5除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

参照实施例1的制备方案。

第二步：除磷材料的制备

(1)首先利用混料机将5kg的原料M、1.0kg的石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)、1.0kg的硫酸镁(化学纯)在50L的桶中搅拌，并将3.0L的自来水缓慢加入，边缓慢加入自来水边以80转/mi n的速度搅拌，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态。

(4)等待至少2小时，等材料自然干燥后，将材料破碎成5-8mm左右粒径的颗粒，为具有除磷功能的材料(即为除磷材料，编号为P-5)。

实施例6

本实施例6除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

参照实施例1的制备方案。

第二步：除磷材料的制备

(1)首先利用混料机将1.5kg的原料M、2.5kg的石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)、1.5kg的硫酸镁(化学纯)在50L的桶中搅拌，并将3.5L的自来水缓慢加入，边缓慢加入自来水边以80转/mi n的速度搅拌，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态。

(2)然后快速加入1.05mL的混凝土发泡剂，并以150转/mi n的速度快速搅拌，确保混凝土发泡剂充分起泡，得浆液。

(4)等待至少2小时，等材料自然干燥后，将材料破碎成5-8mm左右粒径的颗粒，为具有除磷功能的材料(即为除磷材料，编号为P-6)。

实施例7

本实施例7除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

(1)按照2wt％矾土粉、13wt％粘土粉、45wt％生石灰粉(纯度95％)、40wt％石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)准备原料，总重5kg，然后加入到混料机中充分混合。

(3)使用球磨机将冷却后的煅烧产品研磨处理后获得原料M(编号为M-2)，粒径在100目左右。

第二步：除磷材料的制备

利用原料M-2，按照实施例1中除磷材料的制备方案进行加工，获得的除磷材料编号为P-7)。

实施例8

本实施例8除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

(1)按照5wt％矾土粉、20wt％粘土粉、20wt％生石灰粉(纯度95％)、55wt％石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)准备原料，总重5kg，然后加入到混料机中充分混合。

(3)使用球磨机将冷却后的煅烧产品研磨处理后获得原料M(编号为M-3)，粒径在100目左右。

第二步：除磷材料的制备

利用原料M-3，按照实施例1中除磷材料的制备方案进行加工，获得的除磷材料编号为P-8)。

实施例9

本实施例9除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

(1)按照8wt％矾土粉、25wt％粘土粉、35wt％生石灰粉(纯度95％)、32wt％石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)准备原料，总重5kg，然后加入到混料机中充分混合。

(3)使用球磨机将冷却后的煅烧产品研磨处理后获得原料M(编号为M-4)，粒径在100目左右。

第二步：除磷材料的制备

利用原料M-4，按照实施例1中除磷材料的制备方案进行加工，获得的除磷材料编号为P-9)。

实施例10

本实施例10除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

(1)按照8wt％矾土粉、15wt％粘土粉、15wt％生石灰粉(纯度95％)、62wt％石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)准备原料，总重5kg，然后加入到混料机中充分混合。

(3)使用球磨机将冷却后的煅烧产品研磨处理后获得原料M(编号为M-5)，粒径在100目左右。

第二步：除磷材料的制备

利用原料M-5，按照实施例1中除磷材料的制备方案进行加工，获得的除磷材料编号为P-10)。

实施例11

本实施例11除磷材料的加工方法如下所示：

第一步：原料M的制备

(1)按照5wt％矾土粉、25wt％粘土粉、50wt％生石灰粉(纯度95％)、20wt％石膏粉(二水硫酸钙，纯度90％)准备原料，总重5kg，然后加入到混料机中充分混合。

第二步：除磷材料的制备

利用原料M-6，按照实施例1中除磷材料的制备方案进行加工，获得的除磷材料编号为P-11)。

实施例12

本实施例12对制备的11款除磷材料进行性能验证，测试方法及结果如下：

对上述实施例1-11中得到的除磷功能的材料进行性能验证：

准备1L广口瓶12个，分别加入浓度为1.0mg/L的磷酸盐稀溶液1L。往其中11个广口瓶中按照除磷材料编号(P1、P2…P11)依次投放0.5g的上述制得的对应编号的除磷材料，作为实验组；余下一个广口瓶中不投加除磷材料，作为空白组。将12个广口瓶(即实验组11个和1个空白组)放入摇床晃动反应，并用保鲜膜封口，避免水分蒸发影响实验结果；反应24小时后，静置30mi n，分别取上清液，并用0.45微米的滤膜过滤后测试水溶液的磷酸盐浓度，得到的测试结果如下表1所示。

表1实施例1-11中除磷材料的除磷性能测试结果

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料，其特征在于，是由以下质量百分比的原料组成：原料M 20～40％、石膏粉8～25％、硫酸镁5～15％和水30～60％，还包括有投加量为每1立方水300±100mL的混凝土发泡剂；

2.根据权利要求1所述的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料，其特征在于，所述原料M的制备方法为：将原料M的组分按质量百分比配制好后，加入到混料机中混合均匀，然后将混合组分进行高温煅烧处理，再经自然冷却至室温，破碎、研磨处理，得到原料M。

3.根据权利要求2所述的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料，其特征在于，所述高温煅烧的温度为1000±50℃，高温煅烧的时间为1～3h。

4.根据权利要求2所述的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料，其特征在于，所述原料M的粒径为80～200目。

5.如权利要求1-4任一项所述的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料的制备工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)按所需质量称取除磷材料的原料，备用；

(3)往反应装置中，边缓慢加入水边机械搅拌，确保水与粉剂充分混合，直至呈流动性的浆液状态，然后快速倒入混凝土发泡剂，并快速搅拌，确保混凝土发泡剂充分起泡；

(4)将上述发泡好的浆液投入到静置反应池中，静置反应；

(5)待静置反应池中的浆液凝固后，进行干燥，即得除磷材料。

6.根据权利要求5所述的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，所述机械搅拌的速度为50～100转/min。

7.根据权利要求5所述的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，所述快速搅拌的速度为100～200转/min，搅拌时间为1～3min。

8.根据权利要求5所述的用于去除地表水中磷酸盐的除磷材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，静置反应池中浆液厚度为5～10厘米。