一种同步脱氮除磷药剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及富含氮、磷污水处理技术领域，具体涉及一种同步脱氮除磷药剂及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国近年工业的发展，一些化工企业在生产过程中会产生大量的富含氮、磷的污水，这些污水直接排入河流等水体环境中，导致水体富营养化，污染了地表水和地下水，而地表水和地下水是我国目前最主要的供水水源，因此为了遏制水体氮磷污染问题日益蔓延，必须运用有效的脱氮除磷技术才能环节当前的局面。
3.氮、磷等物质出水体的环境容量时，短期内就会导致水体的富营养化，破坏生态平衡，影响人体健康，因此，需要严格控制排入水体中氮磷的浓度，从根本上解决等营养元素的转移、流通渠道等问题。就目前形式，污水处理过程中，氮、磷是较难控制的指标，在实际中，单纯的化学沉淀法很难直接将总磷浓度降到0.5mg/l以下，不能满足日益严格的出水标准，其余脱氮除磷技术都存在一定的缺陷，因此研发一种可实现氮磷同步去除的一体化药剂，降低处理成本，简化处理工艺是一个重要的发展方向。充分发挥化学沉淀、物理沉淀、生物氧化和吸附分离等共同优点，研究开发同步去除氮磷化合物的药剂，能够有效地解决水体富营养化的问题，保护水生态环境，产生较好的经济社会效益。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种生产成本低、可实现氮磷高效同步去除、絮状物易沉降，污泥量小的同步脱氮除磷药剂。
5.本发明一方面，提供一种同步脱氮除磷药剂，具体组成如下：改性膨润土、氯化镁、聚合氯化铝铁、生石灰、磁粉。其中，各原料的重量份数如下：改性膨润土30-50份、氯化镁20-40份、聚合氯化铝铁5-10份、生石灰10-30份、磁粉5-10份。
6.进一步的，所述改性膨润土采用氧化镧进行改性。
7.本发明的另一方面，提供一种上述同步脱氮除磷药剂的制备方法，具体步骤包括：
8.步骤一：制备改性膨润土：焙烧膨润土，将焙烧后的膨润土浸泡于氧化镧水溶液进行改性，经过滤，烘干，焙烧，研磨过筛后即得改性膨润土；
9.步骤二：按照重量份数取改性膨润土、氯化镁、聚合氯化铝铁、生石灰和磁粉，依次投入到研磨搅拌器中，持续研磨，混匀，得到复配药剂；
10.步骤三：将所述复配药剂过筛，即可得到同步脱氮除磷药剂。
11.进一步的，所述步骤一中膨润土改性前的焙烧温度为450℃，焙烧时间2h。
12.进一步的，所述步骤一中氧化镧水溶液质量分数为20％，浸泡时间3-6h，浸泡过程中保持溶液ph＝9-10。
13.进一步的，所述步骤一中膨润土改性后在烘干温度为100℃，焙烧温度500℃，焙烧时间2h，研磨过筛的筛孔尺寸为100目。
14.进一步的，所述步骤三中过筛的筛孔尺寸为100目。
15.本发明提供的同步脱氮除磷药剂在投入污水使用时，可以直接投入污水中使用，也可制备为片剂等其他剂型后投入污水实用后投入。投放同步脱氮除磷药剂时，污水应偏酸性，最佳使用条件为污水的ph＝5-7。
16.本发明的有益效果：第一，生石灰和聚合氯化铝铁中的金属离子都会与水中的溶解性磷结合生成难溶性的化合物，去除部分的总磷；镁离子、磷酸根和铵根离子在一定的ph下反应会生成磷酸铵镁的沉淀，对磷进行大部分的去除；过量的氯化镁可与磷进行化学反应，具有除磷作用，镁离子与水中的正磷反应，形成小颗粒沉淀，小颗粒沉淀与溶液中的胶体状的磷同时被聚合氯化铝铁吸附；最终，通过磁粉起到磁混凝的作用，可以将已吸附的磷元素的改性膨润土和其他沉淀物聚集在一起，形成大密度的絮体，易沉淀。第二，本发明创造性的采用氧化镧作为改性剂对膨润土进行改性，通过氧化镧水溶液对膨润土改性，使得附着在膨润土表面的氧化镧活性组分在水溶液中与羟基络合，从而形成羟基化表面；在偏酸性介质中的多核羟基化合物与水中的磷发生络合反应，形成更加难溶更加稳定的磷镧络合物，并且磷与羟基的水合离子半径相近，因此在改性膨润土晶格中互相交换取代，从而使得表面络合和离子交换作用协同发生，在总磷的深度去除方面发挥高效的作用，从而使总磷的去除更加彻底，能将总磷浓度降到0.5mg/l以下。第三，通过本发明制备方法的改性膨润土增加对污水中氨氮的吸附量，形成分散且均匀的稳定胶体，易于被少量的金属盐脱稳而沉淀，实现脱氨氮。因此，本发明的药剂复配在一起能够产生更好的协同作用。
17.综上，本发明的同步脱氮除磷药剂，克服了传统工艺中氮和磷难以同步去除的缺陷，生产成本低，脱氮除磷效果好，不仅制作工艺简单，生成的絮状物易沉降，污泥量小，避免二次污染。
具体实施方式
18.本发明公开了一种同步脱氮除磷药剂及制备方法，本领域的技术人员可借鉴本发明内容，适当改进工艺参数。下面通过实施方式具体说明本发明中的技术，所述实施例仅可帮助理解本发明，不应视为对本发明的限制。
19.一种同步脱氮除磷药剂，其原料重量份组成如下：改性膨润土30-50份、氯化镁20-40份、聚合氯化铝铁5-10份、生石灰10-30份、磁粉5-10份。
20.上述同步脱氮除磷药剂的制备方法，具体步骤包括：
21.(1)制备改性膨润土：取膨润土在450℃下焙烧2h，取100g焙烧后的膨润土放入500ml的浓度为20％的氧化镧水溶液进行浸泡改性，浸泡改性过程中保持溶液ph＝9-10，浸泡3～6h后，用蒸馏水洗至中性后过滤，将过滤后的膨润土在100℃烘干，在500℃下焙烧2h，研磨过筛，筛孔尺寸100目，即得改性膨润土；
22.(2)按照重量份数称取改性膨润土、氯化镁、聚合氯化铝铁、生石灰和磁粉，依次投入到研磨搅拌器中，持续研磨，搅拌混合均匀，得到复配药剂；
23.(3)将所述复配药剂过筛，筛孔尺寸100目，即可得到同步脱氮除磷药剂。
24.下面通过具体实施例具体说明本发明中的技术。
25.实施例1：称取3g改性膨润土、2g氯化镁、0.5g聚合氯化铝铁、1g生石灰和0.5g磁粉，用研磨搅拌器进行研磨，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，将混匀后的复配药
剂过100目筛即得同步脱氮除磷药剂。
26.实施例2：称取4g改性膨润土、3g氯化镁、0.8g聚合氯化铝铁、2g生石灰和0.8g磁粉，用研磨搅拌器进行研磨，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，将混匀后的复配药剂过100目筛即得同步脱氮除磷药剂。
27.实施例3：称取5g改性膨润土、4g氯化镁、1g聚合氯化铝铁、3g生石灰和1g磁粉，用研磨搅拌器进行研磨，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，将混匀后的复配药剂过100目筛即得同步脱氮除磷药剂。
28.实施例4：称取5g改性膨润土、3g氯化镁、1g聚合氯化铝铁、2g生石灰和1g磁粉，用研磨搅拌器进行研磨，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，将混匀后的复配药剂过100目筛即得同步脱氮除磷药剂。
29.上述实施例1-4中采用以下方法制备改性膨润土，具体为：将膨润土在450℃下焙烧2h，取100g焙烧后的膨润土放入500ml的浓度为20％的氧化镧水溶液浸泡5h，浸泡改性过程中保持溶液ph＝9-10，后用蒸馏水洗至中性，将过滤后的膨润土在100℃烘干，在500℃下焙烧2h，研磨过筛，筛孔尺寸100目，即得改性膨润土备用。
30.对比例1：称取5g改性前的膨润土、3g氯化镁、1g聚合氯化铝铁、2g生石灰和1g磁粉，用研磨搅拌器进行研磨，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，将混匀后的复配药剂过100目筛即得同步脱氮除磷药剂。
31.对比例2：称取5g不采用氧化镧进行改性的膨润土(不采用氧化镧进行改性的膨润土制备方法：将膨润土在450℃下焙烧2h，后放入水中浸泡5h，浸泡改性过程中保持溶液ph＝9-10，经过滤后的膨润土在100℃烘干，在500℃下焙烧2h，研磨后过100目筛)、3g氯化镁、1g聚合氯化铝铁、2g生石灰和1g磁粉，用研磨搅拌器进行研磨，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，将混匀后的复配药剂过100目筛即得同步脱氮除磷药剂。
32.对比例3：称取5g改性膨润土、3g氯化镁、1g聚合氯化铝铁、2g生石灰，用研磨搅拌器进行研磨，再用搅拌机搅拌30min，使各组分均匀混合，将混匀后的复配药剂过100目筛即得同步脱氮除磷药剂。
33.上述原料均为市场中售卖的常规类型，无特殊要求。具体规格和厂家如下：膨润土，规格钙基，≥95％，厂家潍坊鸿翔膨润土有限公司；氯化镁，规格98％无水氯化镁，厂家潍坊雨泽化工有限公司；聚合氯化铝铁，规格≥88％，厂家河南联晟环保科技有限公司；生石灰，规格含钙量≥95％，厂家江苏富达化工有限公司；磁粉，规格≥73％，江苏天邦环保科技有限公司。
34.对制得的同步脱氮除磷药剂进行以下试验：
35.实验一：脱氮除磷效果
36.将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1、对比例2的制备的同步脱氮除磷药剂用于贵州某公司渣场渗滤液废水(氨氮含量为91.699mg/l和总磷含量为1449.581mg/l)，在实验室进行投加处理试验。
37.具体步骤：
38.(1)实验根据制备的同步脱氮除磷药剂分为6组，分别使用的是实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1、对比例2的制备的同步脱氮除磷药剂；
39.(2)每组实验取四份贵州某公司渣场渗滤液废水水样1l，调节废水水样ph为5-7，
分别投加0.8g、1g、1.2g、1.4g的同步脱氮除磷药剂，搅拌、静置沉淀20min后，检测其上清液氨氮(nh
3-n)含量和总磷(tp)含量，实验结果如下表所示：
[0040][0041][0042]
由实验数据可得，实施例1-4制备的同步脱氮除磷药剂的脱氮除磷效果明显优于对比例1-2制备的同步脱氮除磷药剂，实施例1-4制备的同步脱氮除磷药剂投加量在1200mg/l以上时，可以直接将总磷浓度降到0.5mg/l以下。
[0043]
是实施例1-4采用氧化镧作为改性剂对膨润土进行改性，通过氧化镧水溶液对膨润土改性，使得附着在膨润土表面的氧化镧活性组分在水溶液中与羟基络合，从而形成羟基化表面，在偏酸性介质中的多核羟基化合物与水中的磷发生络合反应，形成稳定的磷镧络合物，并且磷与羟基的水合离子半径相近，因此在改性膨润土晶格中互相交换取代，从而使得表面络合和离子交换作用协同发生，以达到高效除磷。改性后的膨润土，还能增加对污水中氨氮的吸附量，形成分散且均匀的稳定胶体，易于被少量的金属盐脱稳而沉淀，实现脱
氮；氯化镁可与磷进行化学反应，具有除磷作用，镁离子与水中的正磷反应，形成小颗粒沉淀，小颗粒沉淀与溶液中的胶体状的磷同时被聚合氯化铝铁吸附；镁离子、磷酸根和铵根离子反应会生成磷酸铵镁的沉淀，对磷进行更加彻底的去除；生石灰和聚合氯化铝铁中的金属离子都会与水中的溶解性磷结合生成难溶性的化合物；磁粉起到磁混凝的作用，可以将已吸附的磷元素的改性膨润土和其他沉淀物聚集在一起，形成大密度的絮体，易沉淀。
[0044]
因此，实施例1-4制备的同步脱氮除磷药剂中原料复配在一起能够产生更好的协同作用。并且同等加药量情况下，采用实施例4中配比制备的同步脱氮除磷药剂的脱氮除磷的效果更好，本发明提供的一种同步脱氮除磷药剂的最优投放量为1200mg/l。
[0045]
实验二：絮状物沉降速度
[0046]
将实施例4和对比例3的制备的同步脱氮除磷药剂用于贵州某公司渣场渗滤液废水(氨氮含量为91.699mg/l和总磷含量为1449.581mg/l)，在实验室进行沉降试验。
[0047]
具体步骤：
[0048]
(1)实验根据制备的同步脱氮除磷药剂分为2组，分别使用的是实施例4和对比例3制备的同步脱氮除磷药剂；
[0049]
(2)每组实验取1份贵州某公司渣场渗滤液废水水样1l，调节废水水样ph为5-7，分别投加1.2g的同步脱氮除磷药剂，搅拌、静置沉淀，检测静置时间5min、10min、15min、20min其上清液氨氮(nh
3-n)含量和总磷(tp)含量，实验结果如下表所示：
[0050][0051]
由实验数据可得，实施例4制备的同步脱氮除磷药剂的絮状物沉降速度明显优于对比例3制备的同步脱氮除磷药剂，同等加药量情况下，磁粉起到磁混凝的作用，可以快速将已完成吸附的改性膨润土和其他沉淀物聚集在一起，形成大密度的絮体，加快絮状物的沉淀。
[0052]
对于本领域的技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例，同时，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的修改和变更也应该落入本发明的权利要求的保护范围内。