一種用於汙水處理的除磷晶種及其製備方法
2023-05-01 08:59:21
專利名稱：一種用於汙水處理的除磷晶種及其製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用化學法處理汙水用原料及該原料的製備方法，尤其是一種用於 汙水處理的除磷晶種及其製備方法。
背景技術：
在現有技術中，常用的汙水除磷方法主要有化學沉澱法和生物法。化學沉澱法除磷效 率高且穩定，但由於鈣鹽、鐵鹽及鋁鹽等除磷藥劑的添加導致該法運行成本較高、汙泥量較 大且不易回收利用，使該法在實際生產應用中受到限制。生物法無需投放化學藥劑且運行 費用較低，但除磷效率不高、運行穩定性較差，其實質只是把磷從液相轉移到汙泥中去，仍 需要其他的方法進行除磷。用除磷材料除磷的有吸附法和結晶法。吸附法主要利用除磷材料的吸附能力，除 磷效率穩定。但目前除磷材料大都存在回收再生困難、易造成二次汙染等弊端。結晶法主要 利用除磷材料作為結晶晶種來破壞溶液的亞穩態，使磷酸鹽在晶種表明迅速的沉澱結晶， 不僅達到除磷的目的，而且結晶的磷酸鹽可以直接作為磷礦資源回收，實現磷資源的可持 續利用。但由於結晶反應的苛刻性使得該法的推廣應用受到限制。在公知的技術中，目前 有用鋼渣作為除磷材料使用。鋼渣是一種含有Ca、Si、Al、Fe、Mg等金屬氧化物的工業廢棄 物，其來源廣泛、價格低廉且具有良好的吸附性能，故而應用於汙水除磷處理領域。鋼渣在 汙水除磷領域的應用主要是用其粉末作為吸附劑用，由於鋼渣吸附能力的限制，在實際應 用中為保證除磷效果，需要加大鋼渣粉末的投放量，這又導致汙泥的產量大，而且吸附劑再 生困難，同時又會造成二次汙染。至今還沒有發現採用結晶法除磷是利用鋼渣作為除磷結 晶晶種的有關報導，這是現有技術所存在的不足之處。
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種用於汙水處理的除磷晶種 及其製備方法的技術方案，該方案採用鋼渣作為汙水處理的除磷晶種，同時給出了採用水 熱法加工製作鋼渣處理晶種的方法。本方案是通過如下技術措施來實現的
本方案用於汙水處理的除磷晶種其特點是在顆粒狀的鋼渣表面覆蓋一層具有緩釋能 力的水合矽酸鈣的鋼渣顆粒。本方案用於汙水處理的除磷晶種的製備方法，其工藝步驟特點如下
第一步篩選顆粒狀鋼渣，加入CaO和Si02，然後以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中 充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和Si02各組分佔混合物總質量的質量百分比為 顆粒鋼漁85% 95% ； CaO 1. 5% 8% ； Si02 2% 10% ；
第二步將第一步的混合物置於高壓反應釜內加熱到175-225°C進行合成，保持合成 時間24-48小時；
第三步在合成時間達到後，自然冷卻至室溫；第四步降溫後將高壓反應釜內的鋼渣顆粒濾出，再經去離子水反覆衝洗8-10次； 第五步將經衝洗後的鋼渣顆粒置於75-85°C的溫度下乾燥8-12小時，既得除磷晶種
女口
廣PR o本方案具體的特點還有，所述的NaOH濃度為3-8mol/L。所述鋼渣顆粒的直徑在 3-5毫米。本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，由於在該方案中是以顆粒鋼渣 作為主要原料，以CaO和Si02作為添加劑，在採用水熱法將鋼渣表面覆蓋一層具有緩釋能 力的水合矽酸鈣，即製備出一種具有吸附-緩釋能力的結晶除磷晶種。鋼渣作為一種工業 廢棄物不僅來源廣泛，而且具有較大的比表面積，對水體中的磷具有一定的吸附能力。同 時，鋼渣中含有大量Ca、Si、A1等金屬氧化物，研究表明，在水熱條件下鋼渣中的矽酸三鈣、 矽酸二鈣及Ca0、Si02、Al203等氧化物可發生水化，形成具有緩釋鹼度和Ca2+的水合矽酸鈣， 而高PH值和一定量的Ca2+是結晶反應所必要的保證條件，因此，鋼渣可製成具有緩釋能力 的除磷晶種，這也就可以大大降低結晶除磷工藝的操作複雜性。在顆粒鋼渣表面覆蓋一層 具有緩釋能力的水合矽酸鈣用於結晶除磷，利用鋼渣的吸附能力使汙水中的Ca2.、P043—和 0H_富集並迅速達到過飽和狀態，使得離子積[Ca2+] [P043—] [0H1局部超過磷酸鈣化合物的 溶度積並利用其緩釋能力實現磷酸鈣的結晶。這種除磷晶種的反應速度快，除磷效果好，出 水磷濃度可低於國家汙水綜合排放標準(GB18918-2002)中的一級(A)標準，能顯著的改善 水體富營養化狀況，同時又能實現磷資源的回收和可持續利用。在實驗室中，分別取0. 5克、1. 0克、1. 5克、2. 0克、2. 5克、3. 0克的鋼渣除磷晶種， 分別置於6個250mL錐形瓶中，加入100mL磷質量濃度為10mg/L的模擬生活汙水，調節溶 液PH值為6. 80 7. 20，然後以150r/min的速度振蕩2小時後過濾，測定濾液中殘留磷濃 度。結果是當鋼渣除磷晶種投入量為1. 5克時，其出水磷濃度小於0. 5mg/L，滿足國家汙水 綜合排放標準一級A排放要求；當投入量為2克時，磷去除率已達到99%以上。再通過在模 擬生活汙水中，投入2克鋼渣除磷晶種，分各個時間段測定殘留磷濃度。結果表明，鋼渣除 磷晶種在較短的時間內就能達到較高的除磷率，一般反應一小時後除磷率便趨於穩定。通 過上述實驗表明，鋼渣除磷晶種應用於生活汙水的處理，可以達到高效除磷的效果。由此可 見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著的進步，其實施的有益效果也是 顯而易見的。
具體實施例方式
為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過二個具體實施方式
，對本方案進行闡述。第一個
具體實施例方式
本方案用於汙水處理的除磷晶種，是在顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣表面覆蓋一層具有 緩釋能力的水合矽酸鈣的鋼渣顆粒。本方案用於汙水處理的除磷晶種的製備方法步驟如下
第一步篩選顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣，加入CaO和Si02，然後以液固比1-3的比例 加入濃度為8mol/L的NaOH溶液中充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和Si02各組分佔混合物總 質量的質量百分比為 顆粒鋼渣90%CaO 4. 5% Si02 5. 5% ；
第二步將第一步的混合物置於高壓反應釜內加熱到200°C進行合成，保持合成時間 28小時；
第三步在合成時間達到後，自然冷卻至室溫；
第四步降溫後將高壓反應釜內的鋼渣顆粒濾出，再經去離子水反覆衝洗8次； 第五步將經衝洗後的鋼渣顆粒置於75°C的溫度下乾燥12小時，既得除磷晶種產品。第二個
具體實施例方式
本方案用於汙水處理的除磷晶種，是在顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣表面覆蓋一層具有 緩釋能力的水合矽酸鈣的鋼渣顆粒。本方案用於汙水處理的除磷晶種的製備方法步驟如下
第一步篩選顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣，加入CaO和Si02，然後以液固比1-3的比例 加入濃度為3mol/L的NaOH溶液中充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和Si02各組分佔混合物總 質量的質量百分比為 顆粒鋼渣95% ； CaO 2% ； Si02 3% ；
第二步將第一步的混合物置於高壓反應釜內加熱到175°C進行合成，保持合成時間 48小時；
第三步在合成時間達到後，自然冷卻至室溫；
第四步降溫後將高壓反應釜內的鋼渣顆粒濾出，再經去離子水反覆衝洗10次； 第五步將經衝洗後的鋼渣顆粒置於85°C的溫度下乾燥9小時，既得除磷晶種產品。本發明並不僅限於上述具體實施方式
，本領域普通技術人員在本發明的實質範圍 內做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
一種用於汙水處理的除磷晶種，其特徵是所述的除磷晶種是在顆粒狀的鋼渣表面覆蓋一層具有緩釋能力的水合矽酸鈣的鋼渣顆粒。
2.一種根據權利要求1所述除磷晶種的製備方法，其特徵是工藝步驟如下 第一步篩選顆粒狀鋼渣，加入CaO和Si02，然後以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和Si02各組分佔混合物總質量的質量百分比為 顆粒鋼漁85% 95% ； CaO 1. 5% 8% ； Si02 2% 10% ；第二步將第一步的混合物置於高壓反應釜內加熱到175-225°C進行合成，保持合成 時間24-48小時；第三步在合成時間達到後，自然冷卻至室溫；第四步降溫後將高壓反應釜內的鋼渣顆粒濾出，再經去離子水反覆衝洗8-10次； 第五步將經衝洗後的鋼渣顆粒置於75-85°C的溫度下乾燥8-12小時，既得除磷品種產品 o
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵是所述的NaOH濃度為3-8mol/L。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵是所述鋼渣顆粒的直徑在3-5毫米。
全文摘要
本發明提供了一種用於汙水處理的除磷晶種及其製備方法技術方案，該方案的除磷晶種是在顆粒狀的鋼渣表面覆蓋一層具有緩釋能力的水合矽酸鈣的鋼渣顆粒。其製備方法步驟如下第一步篩選顆粒狀鋼渣，加入CaO和SiO2，然後以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和SiO2各組分佔混合物總質量的質量百分比為顆粒鋼渣85%～95%、CaO1.5%～8%、SiO22%～10%；第二步將混合物置於高壓反應釜內加熱到175-225℃進行合成，保持合成時間24-48小時；第三步在合成時間達到後，自然冷卻至室溫；第四步降溫後將高壓反應釜內的鋼渣顆粒濾出，再經去離子水反覆衝洗8-10次；第五步將經衝洗後的鋼渣顆粒置於75-85℃的溫度下乾燥8-12小時，既得除磷晶種產品。
文檔編號C02F1/58GK101830553SQ201010176250
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月19日 優先權日2010年5月19日
發明者張守彬, 李延波, 王廣偉, 葛麗萍, 邱立平, 郭春輝, 馬靜 申請人:濟南大學