CN105152267A - 一种用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法，其特征在于：将粒径在0.5～3mm之间的褐铁矿颗粒物于250～500℃煅烧，获得以赤铁矿为主要物相的纳米结构化煅烧褐铁矿颗粒物，将其装填入深度除磷水处理池，然后将污水以水力停留时间0.5-2h过滤方式流过深度除磷水处理池进行处理，处理后出水磷浓度小于0.1mg/L；吸附饱和后煅烧褐铁矿颗粒物可依次通过NaOH水溶液、盐酸溶液进行浸泡再生。本发明的煅烧褐铁矿颗粒物对水中微量的磷具有高效专性吸附作用，可使出水磷浓度达到二类地面水体标准，吸附运行有效周期可以超过4年。
Description
一、技术领域
本发明涉及生活污水深度除磷的方法。
二、背景技术
随着水污染的加剧，我国地面水体普遍发生富营养化。国家设立水污染控制重大专项进行研究，投入巨资进行城市污水处理设施建设，提高城市生活污水的处理率。然而，目前城市生活污水处理普遍采用好氧活性污泥法工艺，但是好氧生物处理出水中总氮、总磷的浓度仍然分别达到20-35mg/L、0.3-3.0mg/L，是湖泊水体二类标准的10-50倍。很多情况下生活污水经过二级处理难以稳定达到国家一级A排放标准，需要增加深度处理设施以保证出水达标。生活污水处理即使达到排水标准，但对于已经富营养化的水体，需要对废水进行更严格的脱氮除磷才能保证水体的生态环境。尤其是生活污水处理后作为景观用水等实现废水资源化，生活污水处理厂二级处理出水需要进一步脱氮除磷才能满足废水资源化应用要求。
废水中高浓度磷的处理一般用石灰沉淀法、铁盐沉淀法或铝盐沉淀法。在中性pH值下沉淀的钙磷酸盐溶度积较大，控制较高的pH值来保证沉淀除磷出水较低的磷浓度，不仅造成药剂消耗量过大，而且出水pH值过高，满足不了排放要求。因而用石灰处理低浓度磷不能达到预期效果。当水中磷浓度很低时，铁、铝离子与磷酸根形成溶胶，很难用通常使用的沉淀池把磷酸盐沉淀从水中分离出来。为了提高沉淀除磷效果，必须投加远超过沉淀磷所需剂量的沉淀剂，导致铁、铝金属离子投加量大。
国内外已有很多学者在吸附法除磷方面做了研究，常用除磷吸附剂主要有沸石、方解石、膨润土、凹凸棒石、蛭石、赤泥、粉煤灰等天然矿物质和固体废物，这些粘土矿物和材料对磷有一定的吸附作用，但是吸附容量低，再生比较困难。为了提高除磷吸附剂的吸附能力，很多学者进行除磷复合材料的制备研究，包括用有机废物作载体负载La、Ce、Fe等金属离子，用石英砂、蒙脱石、凹凸棒石、沸石等矿物做载体负载La、Al、Fe制备改性吸附剂，这些复合吸附剂具有较高的除磷吸附作用。从国内外研究结果来看，上述复合材料具有较好吸附作用的原因是吸附剂表面活性组分Fe3+、Al3+、La3+、Ce3+氢氧化物与磷酸根具有较强的化学键合作用。用稀土元素改性的吸附材料除磷效率高，但是价格昂贵，推广应用的前景不大。廉价的高效除磷吸附剂仍然有待开发。
三、发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法，其特征在于按照如下步骤：
(1)选择针铁矿含量大于60％的褐铁矿矿石；
(2)把褐铁矿矿石破碎、筛分，获得粒径在0.5～3mm之间的褐铁矿颗粒物；
(3)把所述褐铁矿颗粒物于250～500℃煅烧5-60min，获得以赤铁矿为主要物相的纳米结构化煅烧褐铁矿颗粒物；
(4)设置深度除磷水处理池，在所述深度除磷水处理池中装填所述煅烧褐铁矿颗粒物，作为填料层；
(5)将生活污水二级处理出水、微污染水或富营养化地表水，以水力停留时间0.5-2h过滤方式流过所述深度除磷水处理池进行处理，处理后出水磷浓度小于0.1mg/L。
当经所述深度除磷水处理池进行处理后的出水磷浓度≥0.1mg/L，按如下方式对在深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物进行再生处理：
(1)停止进水，排空所述深度除磷水处理池中的水；
(2)把质量浓度为0.5-2％的NaOH水溶液输送到所述深度除磷水处理池中，并浸没填料层，静置12-24h，通过羟基交换作用解吸煅烧褐铁矿颗粒物表面的吸附态磷，并利用碱性介质溶解煅烧褐铁矿颗粒物表面积累的有机质，消除煅烧褐铁矿颗粒物空隙中积累的有机物，疏通空隙，形成再生液A；静置后把再生液A排入储池A中；
(3)把质量浓度为0.5-2％的盐酸溶液输送到所述深度除磷水处理池中，并浸没填料层，静置12-24h，通过稀盐酸溶解作用清除煅烧褐铁矿颗粒物表面沉淀的无机物，形成再生液B；静置后把再生液B排入储池B中；
(4)按照磷钙比1:1.2～2的当量比例，向储池A中投加脱硫石膏粉或磷石膏粉，搅拌30min-120min，促使其中的磷酸盐与石膏反应形成羟基磷灰石沉淀，并使硫酸根释放到溶液中，形成沉淀磷后碱性水溶液；
(5)把储池A中所述沉淀磷后碱性水溶液输送到储池B中，与储池B中呈酸性的再生液B中和，形成混合液；
用盐酸或NaOH溶液调整混合液的pH值为6-9，然后将混合液在储池B中停留20天，使混合液中的有机质基本分解完全后排放，即完成对深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物的再生处理，使所述深度除磷水处理池可继续使用；
或者将混合液调pH到6～9后排入生活污水处理***中进行处理，即完成对深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物的再生处理，使所述深度除磷水处理池可继续使用。
本发明用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法，其突出效果体现在以下几个方面：
1、褐铁矿是由纳米针铁矿构成、具有微纳米多孔结构特征的矿物材料；褐铁矿经过250-500℃煅烧，其中的针铁矿在脱水转变为赤铁矿的过程中进一步纳米化，从而可以获得比表面积大于80m2/g、孔隙率大于30％的纳米结构化材料；该纳米结构化多孔材料对水中微量的磷具有高效专性吸附作用，用煅烧褐铁矿吸附去除水中微量磷可以使出水磷浓度达到二类地面水体标准，吸附运行有效周期可以超过4年。
2、煅烧褐铁矿颗粒物具有很高的耐酸、耐碱特性，因此，可以在材料吸附饱和后用氢氧化钠溶液和盐酸溶液进行再生，清除表面吸附的磷，恢复对磷的吸附能力，消除材料内部孔隙和外表面积聚的有机物和无机沉淀物，疏通孔隙，恢复作为过滤吸附剂的渗透性。
3、本发明向再生液A中投加石膏粉，促进再生液中的磷转化为羟基磷灰石(反应方程1)回收其中的磷。脱磷后的再生液A与再生液B中和达到中性后，静置过程中硫酸盐还原菌利用溶液中的硫酸盐为电子受体厌氧氧化有机物为CO2(反应方程2)。
3PO4 3-+5CaSO4·2H2O-------Ca5(PO4)3(OH)+5SO4 2-+H++9H2O(1)
SO4 2-+CH3COOH+H+-------HS-+2CO2+2H2O(2)
4、煅烧褐铁矿颗粒物表面在吸附除磷的同时，由于内外表面对有机物的吸附和微生物附着，在滤池的上部和下部不同部位分别同时存在好氧硝化菌和反硝化菌，同时对水中的氨氮和硝酸盐具有去除作用。
四、具体实施方式
本发明的非限定实施例叙述如下。
实施例1
选择针铁矿含量大于60％，并且具有多孔结构特征的褐铁矿矿石；
把褐铁矿矿石破碎、筛分获得粒径在1-2mm之间的褐铁矿颗粒物；
把上述褐铁矿颗粒物于300～350℃煅烧10min，获得以赤铁矿为主要物相的纳米结构化煅烧褐铁矿颗粒物；
把上述煅烧褐铁矿颗粒物装填到直径100mm、高度1500mm的滤柱中，装填高度1000mm，作为模拟深度除磷滤池；
以自来水配制的含磷浓度为1mg/L的模拟水作为实验用水，以水力停留时间2h流过模拟深度除磷滤池，在运行6个月处理出水磷浓度始终小于0.1mg/L；
然后以自来水配制的含磷浓度为10mg/L的模拟水加速动态柱吸附饱和实验，在运行7个月之后处理出水磷浓度才超过0.1mg/L；
停止进水，对在深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物进行再生处理：
(1)排空模拟深度除磷滤池中的水，把质量浓度为0.5％的NaOH水溶液输送到模拟深度除磷滤池中，并浸没填料层，静置24h后形成再生液A；将再生液A排入储池A中，测定再生液A体积和磷浓度，计算得到滤料中吸附磷的再生效率为96％；
(2)把质量浓度为1％的盐酸溶液输送到模拟深度除磷滤池中，并浸没填料层，静置24h，形成再生液B；把再生液B排入储池B中；
(3)按照磷钙比1:1.5的当量比例，向上述再生液A中投加脱硫石膏粉，搅拌30min，形成羟基磷灰石沉淀和沉淀磷后碱性水溶液；测定溶液中残存磷酸盐浓度，计算结果表明，其中的磷酸盐与石膏反应转化为羟基磷灰石的效率大于94％。
(4)把储池A中沉淀磷后碱性水溶液输送到储池B中，与储池B中呈酸性的再生液B中和，形成混合液；调整混合液的pH值为7，然后将混合液在储池B中停留20天，使混合液中的有机质基本分解完全后排放，即完成对深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物的再生处理，使深度除磷水处理池可继续使用。
Claims (2)
1.一种用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法，其特征在于按照如下步骤：
(1)选择针铁矿含量大于60％的褐铁矿矿石；
(2)把褐铁矿矿石破碎、筛分，获得粒径在0.5～3mm之间的褐铁矿颗粒物；
(3)把所述褐铁矿颗粒物于250～500℃煅烧5-60min，获得以赤铁矿为主要物相的纳米结构化煅烧褐铁矿颗粒物；
(4)设置深度除磷水处理池，在所述深度除磷水处理池中装填所述煅烧褐铁矿颗粒物，作为填料层；
(5)将生活污水二级处理出水、微污染水或富营养化地表水，以水力停留时间0.5-2h过滤方式流过所述深度除磷水处理池进行处理，处理后出水磷浓度小于0.1mg/L。
2.根据权利要求1所述的用煅烧褐铁矿深度去除水中磷的方法，其特征在于：
当经所述深度除磷水处理池进行处理后的出水磷浓度≥0.1mg/L，按如下方式对在深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物进行再生处理：
(1)停止进水，排空所述深度除磷水处理池中的水；
(2)把质量浓度为0.5-2％的NaOH水溶液输送到所述深度除磷水处理池中，并浸没填料层，静置12-24h，通过羟基交换作用解吸煅烧褐铁矿颗粒物表面的吸附态磷，并利用碱性介质溶解煅烧褐铁矿颗粒物表面积累的有机质，消除煅烧褐铁矿颗粒物空隙中积累的有机物，疏通空隙，形成再生液A；静置后把再生液A排入储池A中；
(3)把质量浓度为0.5-2％的盐酸溶液输送到所述深度除磷水处理池中，并浸没填料层，静置12-24h，通过稀盐酸溶解作用清除煅烧褐铁矿颗粒物表面沉淀的无机物，形成再生液B；静置后把再生液B排入储池B中；
(4)按照磷钙比1:1.2～2的当量比例，向储池A中投加脱硫石膏粉或磷石膏粉，搅拌30min-120min，促使其中的磷酸盐与石膏反应形成羟基磷灰石沉淀，并使硫酸根释放到溶液中，形成沉淀磷后碱性水溶液；
(5)把储池A中所述沉淀磷后碱性水溶液输送到储池B中，与储池B中呈酸性的再生液B中和，形成混合液；
用盐酸或NaOH溶液调整混合液的pH值为6-9，然后将混合液在储池B中停留20天，使混合液中的有机质基本分解完全后排放，即完成对深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物的再生处理，使所述深度除磷水处理池可继续使用；
或者将混合液调pH到6～9后排入生活污水处理***中进行处理，即完成对深度除磷水处理池中的煅烧褐铁矿颗粒物的再生处理，使所述深度除磷水处理池可继续使用。
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