CN113000014B - 一种利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法及其产品，该制备方法是以垃圾焚烧飞灰为主要原料，通过加入硅酸钠、盐酸，并及经低温等离子体放电处置，制得产品高效除磷剂。该高效除磷剂重金属的浸出浓度不超过GB8978中规定的最高允许排放浓度限值，即镉低于0.1mg/L、铬低于0.5mg/L、镍低于1.0mg/L、铅低于1.0mg/L，可溶性氯含量不超过2％，最高磷吸附容量为537mg/g，且制备过程简单。

Description

一种利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法及其产品
技术领域
本发明涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法及其产品，属于危险废弃物资源化利用领域。
背景技术
随着磷化工的快速发展，工艺生产和使用过程中产生越来越多的含磷污水。含磷污水的恣意排放易造成水体富营养化(磷含量超过20mg/m3)，从而使得水中藻类迅速繁殖，最终导致水体溶解氧显著降低，水中大量水生生物死亡，厌氧菌和病菌繁殖，最终影响周边生态环境和威胁人类健康。
传统的含磷废液处理方法主要包括化学沉淀法、生物法、结晶法和吸附法。其中吸附方法在污水深度处理技术中被广泛使用。吸附法主要应用具有较大比表面积或孔隙发达的材料通过物理吸附和化学吸附途径实现污水中磷的高效去除。传统吸附剂表面大多带负电荷，对磷酸根离子吸附效果较差。吸附法除磷具有操作简便和二次污染小的特点，但存在吸附剂磷吸附容量小和处置过程中吸附剂投加量大的问题。
垃圾焚烧飞灰属于危险废弃物，目前资源化利用途径极窄，产业上仅成功应用于水泥窑协同处置。因此基于垃圾焚烧飞灰开拓多样化、高价值材料符合当前垃圾焚烧飞灰资源化利用需求。利用垃圾焚烧飞灰制备除磷剂不仅可以开拓飞灰利用途径，也可以为解决含磷废液污染问题提供新的思路。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法及其产品。
技术方案：本发明提供了一种利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法，包括以下步骤：
(1)将硅酸钠和垃圾焚烧飞灰混合，得到掺硅飞灰；
(2)将掺硅飞灰与水混合，连续搅拌，静置，过滤，得到的固体部分为硅灰泥；
(3)混合盐酸和水，得到盐酸水溶液；
(4)将盐酸水溶液和硅灰泥混合，连续搅拌，过滤，得到固体部分为硅钙泥；
(5)将硅钙泥与水混合，搅拌，得到硅钙浆；
(6)对硅钙浆进行低温等离子体放电处置，过滤，将固体部分进行烘干，研磨，得到高效除磷剂。
进一步地，步骤(1)中，所述硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比为1～3:10。
进一步地，步骤(2)中，所述水与掺硅飞灰液固比为0.3～0.9:1mL/mg，所述连续搅拌转速为60～360rpm，搅拌时间为0.5～2.5h，所述静置时间为6～24h。
进一步地，步骤(3)中，所述盐酸水溶液浓度为0.05～1.5M。进一步地，步骤(4)中，所述盐酸水溶液与硅灰泥液固比为0.5～1.5:1mL/mg，所述连续搅拌转速为60～360rpm，连续搅拌时间为0.5～2.5h。
进一步地，步骤(5)中，所述水与硅钙泥液固比为0.5～1.5:1mL/mg。
进一步地，步骤(6)中，所述低温等离子体放电处置时间为1～4h，低温等离子体放电功率为5～50kW，低温等离子体放电过程中通入的气体为氧气。
进一步地，步骤(6)中，所述烘干温度为50～150℃，所述研磨时间为0.5～4.5h。
本发明内容还包括所述的方法制备的高效除磷剂。
反应机理：
将水和掺硅飞灰混合后，搅拌过程中硅酸钠与垃圾焚烧飞灰中的氧化钙反应生成硅酸钙、水化硅酸钙、钙矾石。将混合浆体过滤，混合浆中的可溶性钠盐、钾盐、硫酸根和部分重金属离子转移到过滤液中。将硅灰泥与盐酸水溶液混合后搅拌过程中硅灰泥中的钙矾石溶解，硅灰泥中的铝、镁、铁及残余重金属元素被酸溶到浆体中并在过滤后被转移至过滤液中。对硅钙浆进行低温等离子体放电，放电过程中水蒸气和氧气在放电通道中发生电离和解离，生成氧自由基和氢氧根自由基。氧自由基和氢氧根自由基与硅钙浆中的硅酸钙与水化硅酸钙反应，生成大量雪硅钙石。同时，硅钙浆中的氯离子与氧自由基和氢氧根自由基反应后转化为氯自由基、氯氧自由基及次氯酸根等含氯活性物质，含氯活性物质可进一步诱发硅酸钙发生水解聚合反应生成聚硅钙凝胶，反应后含氯活性物质重新转化为氯离子。硅钙浆中的氯离子包括飞灰中残留氯离子和由盐酸引入的氯离子两部分组成。将低温等离子体处置后的硅钙浆过滤，硅钙浆中的残余游离氯离子被转移至过滤液中。将过滤后的硅钙浆烘干、研磨，得到一种高效除磷剂。若制备过程中将盐酸水溶液换成硫酸水溶液，将硅灰泥与硫酸水溶液混合，搅拌过程中会生成更多钙矾石，从而抑制了硅灰泥中的铝、镁、铁及残余重金属元素溶解，最终导致低温等离子体处置后的硅钙浆中生成的雪硅钙石含有铝、镁、铁及残余重金属元素，同时聚硅钙凝胶生成量显著降低。若制备过程中将盐酸水溶液换成硝酸水溶液，将硅灰泥与硫酸水溶液混合，虽然硅灰泥中的铝、镁、铁及残余重金属元素可有效溶解，但低温等离子体处置后的硅钙浆中聚硅钙凝胶生成量显著降低。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明以垃圾焚烧飞灰为主要原料，通过加入硅酸钠、盐酸，并及经低温等离子体放电处置，制备一种高效除磷剂，制备过程简单，制备的除磷剂重金属的浸出浓度不超过GB 8978中规定的最高允许排放浓度限值，即镉低于0.1mg/L、铬低于0.5mg/L、镍低于1.0mg/L、铅低于1.0mg/L，可溶性氯含量不超过2％，最高磷吸附容量为537mg/g。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
生活垃圾焚烧飞灰取自常熟某垃圾焚烧发电厂，为布袋除尘器收集。垃圾焚烧飞灰样中主要含有30％～45％CaO、10％～20％Cl、6％～12％Na2O、6％～12％K2O、3％～8％SO2、3％～8％SiO2、2％～6％MgO、2％～6％Fe2O3、2％～6％Al2O3、0.5％～1.5％CrO3、0.1％～0.5％CdO、0.1％～0.5％NiO、0.1％～0.5％PbO等成分。
实施例1硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比对所制备除磷剂性能影响
按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比0.5:10、0.7:10、0.9:10、1:10、2:10、3:10、3.2:10、3.5:10、4:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到九组掺硅飞灰。按照液固体比0.3:1mL/mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在60rpm转速条件下连续搅拌0.5h，静置6h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥，共九组。混合盐酸和水，配制0.05M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和硅灰泥液固比0.5:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和硅灰泥，混合，60rpm转速条件下连续搅拌0.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥，共九组。按照水和硅钙泥液固比0.5:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到九组硅钙浆。对硅钙浆进行低温等离子体放电处置1h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到九组高效除磷剂，其中低温等离子体放电功率5kW，低温等离子体放电过程中通入的气体为氧气，烘干温度为50℃，研磨时间为0.5h，得到九组高效除磷剂。
除磷试验：分别将上述九组将制得的1g高效除磷剂加入到500mL含有1000mg/L磷酸钠水溶液中，混合，120rpm搅拌速率条件下搅拌30分钟，5000rpm转速条件下离心5分钟，得到处置后上清液，共九组。
上清液中磷浓度测定：上清液中磷浓度按照《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》(GB 11893)方法测定。
高效除磷剂中氯含量的测定：高效除磷剂中氯含量按照《建筑用砂》(GB/T14684-2011)进行测定。
高效除磷剂浸出液制备：高效除磷剂按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557)方法制备浸出液。
浸出液中铬、镍、铅、镉浓度的测定：浸出液中镍、铅、镉三种污染物浓度均按照《水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 776-2015)进行测定，铬污染物浓度按照《水质六价铬的测定流动注射-二苯碳酰二肼光度法》(HJ 908-2017)进行测定。
磷吸附容量：磷去除率按照公式(1)计算，Rp为磷脱除效率，其中cp0和cpt分别为磷酸钠水溶液与上清液中磷浓度(mg/L)，m为除磷剂质量(g)，V为磷酸钠水溶液体积(L)。
Rp＝(cp0-cpt)×V/m  (1)
本实施例试验结果见表1。
表1硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比对所制备除磷剂性能影响
Figure BDA0002957844670000041
Figure BDA0002957844670000051
由表1分析可知，在硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比现有比例条件下，除磷剂中氯含量均低于2％，符合生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(HJ 1134)，浸出液中重金属浓度均不超过GB 8978中规定的最高允许排放浓度限值，即镉低于0.1mg/L、铬低于0.5mg/L、镍低于1.0mg/L、铅低于1.0mg/L。而当硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比小于1:10硅酸钠添加量较少，搅拌过程中硅酸钠与垃圾焚烧飞灰中的氧化钙反应生成的硅酸钙与水化硅酸钙较少，同时低温等离子体放电过程中生成的雪硅钙石和聚硅钙凝胶均减少，导致除磷剂的磷吸附容量随着硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比减少显著降低。当硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比为1～3:10，搅拌过程中硅酸钠与垃圾焚烧飞灰中的氧化钙反应生成硅酸钙与水化硅酸钙。对硅钙浆进行低温等离子体放电，放电过程中水蒸气和氧气在放电通道中发生电离和解离，生成氧自由基和氢氧根自由基。氧自由基和氢氧根自由基与硅钙浆中的硅酸钙与水化硅酸钙反应，生成大量雪硅钙石。同时，硅钙浆的氯离子与氧自由基和氢氧根自由基反应后转化为次氯酸根，次氯酸根可诱发硅酸钙发生水解聚合反应，生成聚硅钙凝胶和氯离子。最终，除磷剂的磷吸附容量均大于442mg/g。当硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比大于3:10，除磷剂的磷吸附容量随着硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比进一步增加变化不显著。因此，结合效益与成本，当硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比为1～3:10时，最有利于提高所制备的除磷剂性能。
实施例2盐酸水溶液和硅灰泥液固比对所制备除磷剂性能影响
按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比3:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到掺硅飞灰。按照液固比0.6:1mL:mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在210rpm转速条件下连续搅拌1.5h，静置15h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥。混合盐酸和水，配制0.775M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和硅灰泥液固比0.25:1mL:mg、0.35:1mL:mg、0.45:1mL:mg、0.5:1mL:mg、1.0:1mL:mg、1.5:1mL:mg、1.55:1mL:mg、1.65:1mL:mg、1.75:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和硅灰泥，混合，210rpm转速条件下连续搅拌1.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥，共九组。按照水和硅钙泥液固比1:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到九组硅钙浆。分别对硅钙浆进行低温等离子体放电处置2.5h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到九组高效除磷剂，其中低温等离子体放电功率27.5kW，低温等离子体放电过程中通入的气氛为氧气，烘干温度为100℃，研磨时间为2.5h，得到九组高效除磷剂。
除磷试验、高效除磷剂中氯含量的测定、高效除磷剂浸出液制备、浸出液中铬、镍、铅、镉浓度的测定、除磷试验上清液中磷浓度测定、磷吸附容量均同实施例1。本实施例试验结果见表2。
表2盐酸水溶液和硅灰泥液体固体比对所制备除磷剂性能影响
Figure BDA0002957844670000061
由表2分析可知，在盐酸水溶液和硅灰泥液体固体比现有比例条件下，除磷剂中氯含量均低于2％，符合生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(HJ 1134)，浸出液中重金属浓度均不超过GB 8978中规定的最高允许排放浓度限值，即镉低于0.1mg/L、铬低于0.5mg/L、镍低于1.0mg/L、铅低于1.0mg/L。而当盐酸水溶液和硅灰泥液固比小于0.5:1mL:mg，盐酸水溶液较少，硅灰泥中铁、镁、铝等溶解效果较差，使得雪硅钙石和聚硅钙生成效率降低，导致除磷剂的磷吸附容量随着盐酸水溶液和硅灰泥液体固体比减少显著降低。当盐酸水溶液和硅灰泥液固体为0.5～1.5:1mL:mg，将硅灰泥与盐酸水溶液混合后搅拌过程中硅灰泥中的铝、镁、铁及残余重金属元素被酸溶到浆体中并在过滤后被转移至过滤液中。最终，除磷剂的磷吸附容量均大于469mg/g。当盐酸水溶液和硅灰泥液固比大于1.5:1mL:mg，盐酸水溶液过多，硅灰泥中部分硅和钙被溶解出来，使得除磷剂的磷吸附容量随着盐酸水溶液和硅灰泥液体固体比进一步增加而显著降低。因此，结合效益与成本，当盐酸水溶液和硅灰泥液体固体比等于0.5～1.5:1mL:mg时，最有利于提高所制备的除磷剂性能。
实施例3低温等离子体放电时间对所制备除磷剂性能影响
按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比3:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到掺硅飞灰。按照液固比0.9:1mL:mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥。混合盐酸和水，配制1.5M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和硅灰泥液固比1.5:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和硅灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥。按照水和硅钙泥液固比1.5:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到硅钙浆。对硅钙浆分别进行低温等离子体放电处置0.5h、0.7h、0.9h、1h、2.5h、4h、4.5h、5h、5.5h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到九组高效除磷剂，其中低温等离子体放电功率50kW，低温等离子体放电过程中通入的气氛为氧气，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到九组高效除磷剂。
除磷试验、高效除磷剂中氯含量的测定、高效除磷剂浸出液制备、浸出液中铬、镍、铅、镉浓度的测定、除磷试验上清液中磷浓度测定、磷吸附容量均同实施例1。本实施例试验结果见表3。
表3低温等离子体放电时间对所制备除磷剂性能影响
Figure BDA0002957844670000071
Figure BDA0002957844670000081
由表3分析可知，在低温等离子体放电现有放电时间条件下，除磷剂中氯含量均低于2％，符合生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(HJ 1134)，浸出液中重金属浓度均不超过GB 8978中规定的最高允许排放浓度限值，即镉低于0.1mg/L、铬低于0.5mg/L、镍低于1.0mg/L、铅低于1.0mg/L。而当低温等离子体放电时间小于1h，低温等离子体放电时间较短，氧自由基和氢氧根自由基生成量较少，使得雪硅钙石和聚硅钙凝胶生成量效率降低，导致除磷剂的磷吸附容量随着低温等离子体放电时间减少显著降低。当低温等离子体放电时间等于1～4h，对硅钙浆进行低温等离子体放电，放电过程中水蒸气和氧气在放电通道中发生电离和解离，生成氧自由基和氢氧根自由基。氧自由基和氢氧根自由基与硅钙浆中的硅酸钙与水化硅酸钙反应，生成大量雪硅钙石。同时，硅钙浆的氯离子与氧自由基和氢氧根自由基反应后转化为次氯酸根，次氯酸根可诱发硅酸钙发生水解聚合反应，生成聚硅钙凝胶。最终，除磷剂的磷吸附容量均大于512mg/g。当低温等离子体放电时间大于4h，除磷剂的磷吸附容量随着低温等离子体放电时间进一步增加而变化不显著。因此，结合效益与成本，当低温等离子体放电时间等于1～4h，最有利于提高所制备的除磷剂性能。
实施例4盐酸溶液浓度对所制备除磷剂性能影响
按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比3:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到掺硅飞灰。按照液固比0.9:1mL:mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥。混合盐酸和水，分别配制0.025M、0.035M、0.045M、0.05M、0.775M、1.5M、1.55M、1.65M、1.75M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和硅灰泥液固比1.5:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和硅灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥。按照水和硅钙泥液固比1.5:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到硅钙浆。对硅钙浆进行低温等离子体放电处置4h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到九组高效除磷剂，其中低温等离子体放电功率50kW，低温等离子体放电过程中通入的气氛为氧气，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到九组高效除磷剂。
除磷试验、高效除磷剂中氯含量的测定、高效除磷剂浸出液制备、浸出液中铬、镍、铅、镉浓度的测定、除磷试验上清液中磷浓度测定、磷吸附容量均同实施例1。本实施例试验结果见表4。
表4盐酸溶液浓度对所制备除磷剂性能影响
Figure BDA0002957844670000091
由表4分析可知，在盐酸溶液现有浓度范围条件下，除磷剂中氯含量均低于2％，符合生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(HJ 1134)，浸出液中重金属浓度均不超过GB 8978中规定的最高允许排放浓度限值，即镉低于0.1mg/L、铬低于0.5mg/L、镍低于1.0mg/L、铅低于1.0mg/L。而当盐酸水溶液浓度低于0.05M，硅灰泥与盐酸水溶液混合后搅拌过程中硅灰泥中的钙矾石溶解不充分，硅灰泥中被酸溶到浆体中并在过滤后被转移至过滤液中的铝、镁、铁及残余重金属元素减少，从而使得低温等离子体处置后的硅钙浆中生成的雪硅钙石含有铝、镁、铁及残余重金属元素，导致除磷剂的磷吸附容量随着盐酸水溶液浓度减少显著降低。当盐酸水溶液浓度为0.05～1.5M，将硅灰泥与盐酸水溶液混合后搅拌过程中硅灰泥中的钙矾石溶解，硅灰泥中的铝、镁、铁及残余重金属元素被酸溶到浆体中并在过滤后被转移至过滤液中。同时，硅钙浆中的氯离子与氧自由基和氢氧根自由基反应后转化为氯自由基、氯氧自由基及次氯酸根等含氯活性物质，含氯活性物质可进一步诱发硅酸钙发生水解聚合反应生成聚硅钙凝胶，反应后含氯活性物质重新转化为氯离子。最终，除磷剂的磷吸附容量均大于517mg/g。当盐酸水溶液浓度大于1.5M，盐酸水溶液浓度过高，硅灰泥中部分硅和钙被溶解出来，使得雪硅钙石和聚硅钙凝胶生成量减少，从而导致除磷剂性能下降，除磷剂的磷吸附容量随着盐酸水溶液浓度进一步增加而降低。因此，结合效益与成本，当盐酸水溶液浓度为0.05～1.5M，最有利于提高所制备的除磷剂性能。
不同制备工艺所制备的除磷剂性能对比
实施例5
本发明制备工艺：按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比3:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到掺硅飞灰。按照液固比0.9:1mL:mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥。混合盐酸和水，配制1.5M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和硅灰泥液固体1.5:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和硅灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥。按照水和硅钙泥液固比1.5:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到硅钙浆。对硅钙浆进行低温等离子体放电处置4h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到高效除磷剂，其中低温等离子体放电功率50kW，低温等离子体放电过程中通入的气氛为氧气，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到高效除磷剂。
对比例1
按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比3:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到掺硅飞灰。按照液固比0.9:1mL:mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥。混合盐酸和水，配制1.5M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和硅灰泥液固比1.5:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和硅灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥。按照水和硅钙泥液固比1.5:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到硅钙浆。对硅钙浆搅拌4h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到除磷剂，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到除磷剂。
对比例2
按照液固体0.9:1mL:mg分别称取水和垃圾焚烧飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为灰泥。混合盐酸和水，配制1.5M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和灰泥液固比1.5:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为酸洗泥。按照水和酸洗泥液固体1.5:1mL:mg分别称取水和酸洗泥，混合，得到酸洗泥浆。对酸洗泥浆进行低温等离子体放电处置4h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到除磷剂，其中低温等离子体放电功率50kW，低温等离子体放电过程中通入的气氛为氧气，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到除磷剂。
对比例3
按照液固比0.9:1mL:mg分别称取水和垃圾焚烧飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为灰泥。混合盐酸和水，配制1.5M浓度的盐酸水溶液。按照盐酸水溶液和灰泥液固比1.5:1mL:mg分别称取盐酸水溶液和灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为酸洗泥。按照水和酸洗泥液固体1.5:1mL:mg分别称取水和酸洗泥，混合，得到酸洗泥浆。对酸洗泥浆搅拌4h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到除磷剂，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到除磷剂。
对比例4
按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比3:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到掺硅飞灰。按照液固比0.9:1mL:mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥。混合硫酸和水，配制1.5M浓度的硫酸水溶液。按照硫酸水溶液和硅灰泥液固体1.5:1mL:mg分别称取硫酸水溶液和硅灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥。按照水和硅钙泥液固比1.5:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到硅钙浆。对硅钙浆进行低温等离子体放电处置4h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到高效除磷剂，其中低温等离子体放电功率50kW，低温等离子体放电过程中通入的气氛为氧气，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到除磷剂。
对比例5
按照硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比3:10分别称取硅酸钠和垃圾焚烧飞灰，混合，得到掺硅飞灰。按照液固比0.9:1mL:mg分别称取水和掺硅飞灰，混合，在360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，静置24h，过滤后得到的固体部分为硅灰泥。混合硝酸和水，配制1.5M浓度的硝酸水溶液。按照硝酸水溶液和硅灰泥液固体1.5:1mL:mg分别称取硝酸水溶液和硅灰泥，混合，360rpm转速条件下连续搅拌2.5h，过滤后得到的固体部分为硅钙泥。按照水和硅钙泥液固比1.5:1mL:mg分别称取水和硅钙泥，混合，得到硅钙浆。对硅钙浆进行低温等离子体放电处置4h，过滤，对过滤得到的固体部分进行烘干，然后对固体部分研磨，得到高效除磷剂，其中低温等离子体放电功率50kW，低温等离子体放电过程中通入的气氛为氧气，烘干温度为150℃，研磨时间为4.5h，得到除磷剂。
除磷试验、除磷剂中氯含量的测定、除磷剂浸出液制备、浸出液中铬、镍、铅、镉浓度的测定、除磷试验上清液中磷浓度测定、磷吸附容量均同实施例1。实施例4及对比例1-5试验结果见表4。
表4不同制备工艺所制备的除磷剂性能对比
Figure BDA0002957844670000121
由表4可知，对比例1、对比例2、对比例3制备的除磷剂中氯含量均高于2％，对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5制备的除磷剂浸出液中重金属浓度均超过GB 8978中规定的最高允许排放浓度限值，即镉低于0.1mg/L、铬低于0.5mg/L、镍低于1.0mg/L、铅低于1.0mg/L。同时，本发明工艺实施例5制得的高效除磷剂的磷吸附容量显著高于比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5所制备除磷剂，且高于比例1、对比例2和对比例3所制备除磷剂的吸附容量之和。由此可知，本发明所述方法制备的高效除磷剂更能够有效的去除含磷废液中磷，且制备工艺中加入硅酸钠与低温等离子体放电具有协同增效作用。制备过程中加入盐酸水溶液具有的技术优势是加入其它酸溶液包括硫酸水溶液和硝酸水溶液所不具备的。

Claims (6)

1.一种利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将硅酸钠和垃圾焚烧飞灰混合，得到掺硅飞灰，所述硅酸钠和垃圾焚烧飞灰质量比为1~3:10；
（2）将掺硅飞灰与水混合，连续搅拌，静置，过滤，得到的固体部分为硅灰泥；
（3）混合盐酸和水，得到盐酸水溶液，所述盐酸水溶液浓度为0.05~1.5M；
（4）将盐酸水溶液和硅灰泥混合，连续搅拌，过滤，得到固体部分为硅钙泥，所述盐酸水溶液与硅灰泥液固比为0.5~1.5:1mL/mg；
（5）将硅钙泥与水混合，得到硅钙浆；
（6）对硅钙浆进行低温等离子体放电处置，过滤，将固体部分进行烘干，研磨，得到高效除磷剂，所述低温等离子体放电处置时间为1~4h，低温等离子体放电功率为5~50kW，低温等离子体放电过程中通入的气体为氧气。
2.根据权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述水与掺硅飞灰液固比为0.3~0.9:1mL/mg，所述连续搅拌转速为60~360rpm，搅拌时间为0.5~2.5h，所述静置时间为6~24h。
3.根据权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述连续搅拌转速为60~360rpm，连续搅拌时间为0.5~2.5h。
4.根据权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法，其特征在于，步骤（5）中，所述水与硅钙泥液固比为0.5~1.5:1mL/mg。
5.根据权利要求1所述的利用垃圾焚烧飞灰制备高效除磷剂的方法，其特征在于，步骤（6）中，所述烘干温度为50~150℃，所述研磨时间为0.5~4.5h。
6.权利要求1~5任意一项所述的方法制备得到的高效除磷剂。
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