一種利用鐵鹽混凝劑原位水解生成羥基氧化鐵用於去除再生水中磷的方法
2023-05-01 08:51:51
專利名稱：一種利用鐵鹽混凝劑原位水解生成羥基氧化鐵用於去除再生水中磷的方法
技術領域：
本發明屬於再生水處理技術領域，特別涉及一種利用鐵鹽混凝劑原位水解生成羥基氧化鐵用於去除再生水中磷的方法。
背景技術：
氮、磷等生源要素排放導致的水體富營養化汙染成為我國當前重要的水環境汙染問題，而磷是許多水體富營養化的限制因子。不少城市汙水廠出水存在磷超標問題，採取經濟可行的強化除磷措施確保汙水廠達標排放，這對於控制水體富營養化具有重要意義。混凝沉澱法除磷效果顯著、運行穩定，還可有效去除水中色度、濁度、SS、CODcr,BOD5等汙染物。此外，採用混凝法除磷不需要額外大幅淨化設施，且具有工藝簡單、佔地面積小、投資和運行成本低等優點。對比而言，三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵等鐵系混凝劑較鋁鹽具有更好的除磷效果。但是，城市汙水廠出水中磷往往與有機物、懸浮顆粒物等共存，上述汙染物也會消耗混凝劑而大幅提高鐵鹽投量。對於鹼度較低、緩衝能力較弱的汙水廠出水，往往會出現鐵鹽水解不徹底、絮體粒徑小、出水中鐵含量升高、色度增大、沉澱過濾效果差等問題。採用羥基氧化鐵、羥基磷酸鈣、硅藻土負載羥基鐵、複合羥基鋁鐵等吸附劑吸附除磷可避免混凝的不利影響，但存在成本高、吸附劑效率低、再生操作複雜等問題。如何改善羥基氧化鐵等吸附劑的生成及除磷效果，是拓展混凝技術在再生水除磷處理中應用的重要方式。本發明針對上述問題，將三價鐵鹽(Fe3+)與一定摩爾比的0H_混合，將其適度水解形成羥基氧化鐵，充分利用其除磷活性高、吸附位點豐富的優點，以提高再生水鐵鹽混凝除磷的去除效果。本發明可應用於城市汙水廠二級出水深度淨化，也可應用於以城市汙水廠出水或雨水為水源的再生水 處理工程。
發明內容
本發明的目的是，針對以磷超標的城市汙水廠二級出水為水源且混凝除磷效果欠佳的再生水廠，提供一種經濟、有效、易於在工程中應用的方法，以有效改善除磷效果，從而改善水體富營養化的問題。本發明的技術原理在於，城市汙水廠二級出水中投加鐵鹽和鹼鹽溶液與磷進行反應，鐵鹽和鹼鹽溶液反應原位生成羥基氧化鐵(In situ FeOxHy)可凝聚吸附磷並提高其沉降性能。鐵鹽可直接通過電中和作用提高磷表面電位，且原位生成的In situ FeOxHy也可吸附磷，使其表面電位及沉降性能提高；進一步地，採用固液分離反應器去除顆粒態磷。經上述處理，磷去除效果將顯著提高。為了實現改善再生水中磷去除效果的目的，本發明採取如下技術方案:1、分別將鹼鹽和鐵鹽在充分攪拌下溶解，形成鹼鹽溶液和鐵鹽溶液。其中鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.02:1 3:1。
所述的鹼鹽可選氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀等中的一種或一種以上的混合鹽；所述的鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等中的一種或一種以上的混合鹽。鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比按照如下原則確定:當原水pH小於6.5且水中總鹼度小於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為2: 1(不含2:1) 3: 1(含3: I);當原水pH大於6.5且小於7.5且水中總鹼度小於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為1: 1(不含
1:1) 2: 1(含2: I);當原水pH大於6.5且小於7.5且水中總鹼度大於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.2: 1(不含0.2:1) 1: 1(含1:1)；當原水PH大於7.5且水中總鹼度小於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.05: 1(不含0.05: I) 0.2: 1(含0.2: I);當原水pH大於7.5且水中總鹼度大於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.02: I (不含1:1)
0.05: 1(含 0.05: I)。2、將一定濃度的鹼鹽與鐵鹽投加至待處理水中，投加點可以是再生水廠混合單元之前的任意一個可投加液體藥劑的位置。鹼鹽與鐵鹽投加量，為投加至待處理水中的原位生成輕基氧化鐵In sim FeOxHy中的鐵的濃度在20 100mg/L之間。3、鹼鹽與鐵鹽溶液投加至水中後，反應生成的In situ FeOxHy可充分發揮其除磷活性高、吸附位點豐富的優點，水中更多磷吸附在其表面。吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進一步脫穩凝聚，並最終通過固液分離單元得以去除。In situ FeOxHy可採用異位製備方法或採用原位製備方法進行製備，其特徵在於:將鐵鹽溶液作為溶液A,將鹼鹽溶液作為溶液B ;在上述溶液中，氫氧根與鐵之間的摩爾比範圍為0.02:1 3:1。
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採用異位製備方法進行製備In situ FeOxHy時，將溶液A加入溶液B中進行充分混合，或將溶液B加入溶液A中進行充分混合，或將溶液A與溶液B同時加入一個容器中進行混合；混合時間範圍為IOs 3min ；採用原位製備方法進行製備In situ FeOxHy時，將溶液A與溶液B分別投加入含磷水中，二者投加時間先後順序是以下方式之一:先投加溶液A，充分混合後投加溶液B ;先投加溶液B，充分混合後投加溶液A ;溶液A與溶液B同時投加後充分混合；當溶液A與溶液B不是同時投加時，溶液A與溶液B投加先後時間間隔為5s 60s。所述的待處理水指的是再生水源中磷濃度大於0.5mg/L的水，尤其是指作為再生水源的城市汙水廠二級出水或雨水。所述的混合單元是水力混合反應器、曝氣混合反應器、機械混合反應器中的一種或一種以上的組合。所述的固液分離單元選自平流沉澱池、斜管/斜板沉澱池、介質過濾、超濾/微濾膜過濾中的一種或一種以上的組合。本發明實現的技術效果如下:1.無需進行大規模工程改造即可有效強化提高城市汙水廠二級出水中磷的處理效果，方法簡單，工程投資成本低，易於在工程中實現；2.使用操作過程簡便，在水廠日常運行管理基礎上無需增加複雜的額外操作；
3.採用藥劑為水處理中常用的淨水藥劑或淨水材料，成本低廉；4.可明顯提高水中磷的去除效果，並降低沉後水濁度與顆粒物濃度，降低濾池運行負荷，延長過濾周期。
具體實施例方式實施例1某再生水廠以城市汙水廠二級出水為水源，採用的處理工藝為水力混合反應-平流沉澱-石英砂過濾。原水中磷含量為3mg/L，濁度為20NTU，採用的絮凝劑為三氯化鐵，絮凝劑投量為50mg/L，但處理效果不理想，表現為沉後水、濾後水濁度較高，沉後水磷去除率僅為50%,濾池過濾周期為20小時。採用本發明的方法強化除磷:1)將氫氧化鈉與三氯化鐵在充分攪拌下溶解，分別獲得氫氧化鈉溶液與三氯化鐵溶液。2)將氫氧化鈉溶液與三氯化鐵溶液按照2: I的摩爾比同時投加至水廠混合單元管式靜態混合器前端的藥劑加注口處，且藥劑投加量為以三氯化鐵的投量計為50mg/L。3)氫氧化鈉溶液與三氯化鐵溶液投加至水中後，反應生成的Insitu FeOxHy可吸附更多的磷,吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進一步脫穩凝聚，並最終通過沉澱、過濾單元去除，沉後水磷去除率顯著提高至70%，濾池過濾周期延長至24小時。實施例2某再生水廠以城市汙水廠二級出水為水源，採用的處理工藝為機械混合反應-斜板沉澱-多介質過濾。原水中磷含量為4mg/L，濁度為25NTU，採用的絮凝劑為聚合氯化鐵，絮凝劑投量為40mg/L，但處理效果不理想，表現為沉後水、濾後水濁度較高，沉後水磷去除率僅為50%，濾池過濾周期為22小時。採用本發明的方法強化除磷:1)將氫氧化鉀與聚合氯化鐵在充分攪拌下溶解，分別獲得氫氧化鉀溶液與聚合氯化鐵溶液。2)將氫氧化鉀溶液與聚合氯化鐵溶液按照3: I的摩爾比先後投加至水廠混合單元管式靜態混合器前端的藥劑加注口處，且藥劑投加量為以聚合氯化鐵的投量計為40mg/L。3)氫氧化鉀溶液與聚合氯化鐵溶液投加至水中後，反應生成的In situ FeOxHy可吸附更多的磷,吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進一步脫穩凝聚，並最終通過沉澱、過濾單元去除，沉後水磷去除率顯著提高至75%，濾池過濾周期延長至24小時。實施例3某再生水廠以城市汙水廠二級出水為水源，採用的處理工藝為水力混合反應-斜管沉澱-浸沒式超濾膜過濾。原水中磷含量為5mg/L，濁度30NTU，採用的絮凝劑為硫酸鐵，絮凝劑投量為60mg/L，但處理效果不理想，表現為沉後水、濾後水濁度較高，沉後水磷去除率僅為50%，超濾膜反洗周期為20小時。採用本發明的方法強化除磷:1)將氫氧化鈣與硫酸鐵在充分攪拌下溶解，分別獲得氫氧化鈣溶液與硫酸鐵溶液。2)將氫氧化鈣溶液與硫酸鐵溶液按照1:1的摩爾比同時投加至水廠混合單元管式靜態混合器前端的藥劑加注口處，且藥劑投加量為以硫酸鐵的投量計為60mg/L。3)氫氧化鈣溶液與硫酸鐵溶液投加至水中後，反應生成的In situ FeOxHy可吸附更多的磷， 吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進一步脫穩凝聚，並最終通過沉澱、過濾單元去除 ，沉後水磷去除率顯著提高至70%，超濾膜反洗周期延長至24小時。
權利要求
1.一種利用原位生成羥基氧化鐵In situ FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特徵是，所述的方法包括以下步驟: (1)向待處理水中投加鐵鹽水溶液和鹼鹽水溶液，在混合反應器中充分反應，使待處理水中的游離態磷轉化為絡合態磷；其中，鹼鹽溶液中的氫氧根與鐵鹽溶液中的鐵元素的摩爾比為0.02: I 3: I ； 所述的鹼鹽可選氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀等中的一種或一種以上的混合鹽； 所述的鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等中的一種或一種以上的混合鹽； (2)利用固液分離反應器去除步驟(I)反應後的混合反應器出水中的顆粒態磷以及其它雜質顆粒物。
2.根據權利要求1所述的原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy的製備方法，其特徵在於包括異位製備方法或原位製備方法，具體包括如下步驟: 分別將鹼鹽和鐵鹽在充分攪拌下溶解，形成鹼鹽溶液和鐵鹽溶液；且鹼鹽溶液中的氫氧根與鐵鹽溶液中的鐵元素的摩爾比為0.02:1 3:1; 將鐵鹽溶液作為溶液A，將鹼鹽溶液作為溶液B ； 採用異位製備方法進行製備In situ FeOxHy時,將溶液A加入溶液B中進行充分混合，或將溶液B加入溶液A中進行充分混合,或將溶液A與溶液B同時加入一個容器中進行混合；混合時間範圍為IOs 3min ； 採用原位製備方法進行製備In situ FeOxHy時，將溶液A與溶液B分別投加入含磷水中，二者投加時間先後順序是 以下方式之一:先投加溶液A，充分混合後投加溶液B ;先投加溶液B，充分混合後投加溶液A ;溶液A與溶液B同時投加後充分混合；當溶液A與溶液B不是同時投加時，溶液A與溶液B投加先後時間間隔為5s 60s。
3.根據權利要求1所述的原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy的製備方法，其特徵是鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比按照如下原則確定: 當原水pH小於6.5且水中總鹼度小於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為2: 1(不含2: I) 3: 1(含3: I);當原水pH大於6.5且小於7.5且水中總鹼度小於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為1: 1(不含1:1) 2: 1(含2: I);當原水pH大於6.5且小於7.5且水中總鹼度大於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.2: 1(不含0.2:1) 1: 1(含1:1);當原水pH大於7.5且水中總鹼度小於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.05: 1(不含0.05: I) 0.2: 1(含0.2: I);當原水pH大於7.5且水中總鹼度大於250mg/L時，鹼鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.02: I (不含1:1) 0.05: 1(含 0.05: I)。
4.根據權利要求1所述的利用原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特徵是原位生成羥基氧化鐵In situ FeOxHy的投加量為使得投加至待處理水中的原位生成羥基氧化鐵In SituFeOxHy中的鐵的濃度在20 100mg/L之間。
5.根據權利要求1所述的利用原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特徵是所述的混合單元是水力混合反應器、曝氣混合反應器、機械混合反應器中的一種或一種以上的組合；所述的固液分離單元選自平流沉澱池、斜管/斜板沉澱池、介質過濾、 超濾/微濾膜過濾中的一種或一種以上的組合。
全文摘要
本發明涉及再生水處理領域，特別涉及一種利用鐵鹽混凝劑原位水解生成羥基氧化鐵用於去除再生水中磷的方法。本發明針對城市汙水廠二級出水磷超標的問題，提出了一種利用鹼鹽與鐵鹽的共同作用提高再生水廠混凝、沉澱、過濾單元對磷去除效果的方法。其中，鹼鹽和鐵鹽溶液按一定摩爾比投加，二者反應原位生成羥基氧化鐵(In situ FeOxHy)可凝聚吸附水中的磷並提高絮體的沉降性能，進一步通過固液分離反應器實現對磷的去除。本發明可應用於城市汙水廠二級出水深度淨化，也可應用於以城市汙水廠出水或雨水為水源的再生水處理工程。
文檔編號C02F1/58GK103232103SQ20131012043
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者孫麗華, 張雅君, 齊曉璐, 馮萃敏, 許萍, 俞天敏 申請人:北京建築工程學院