專利名稱：一種用于污水處理的除磷晶種及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用化學(xué)法處理污水用原料及該原料的制備方法，尤其是一種用于 污水處理的除磷晶種及其制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，常用的污水除磷方法主要有化學(xué)沉淀法和生物法?；瘜W(xué)沉淀法除磷效 率高且穩(wěn)定，但由于鈣鹽、鐵鹽及鋁鹽等除磷藥劑的添加導(dǎo)致該法運(yùn)行成本較高、污泥量較 大且不易回收利用，使該法在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中受到限制。生物法無(wú)需投放化學(xué)藥劑且運(yùn)行 費(fèi)用較低，但除磷效率不高、運(yùn)行穩(wěn)定性較差，其實(shí)質(zhì)只是把磷從液相轉(zhuǎn)移到污泥中去，仍 需要其他的方法進(jìn)行除磷。用除磷材料除磷的有吸附法和結(jié)晶法。吸附法主要利用除磷材料的吸附能力，除 磷效率穩(wěn)定。但目前除磷材料大都存在回收再生困難、易造成二次污染等弊端。結(jié)晶法主要 利用除磷材料作為結(jié)晶晶種來(lái)破壞溶液的亞穩(wěn)態(tài)，使磷酸鹽在晶種表明迅速的沉淀結(jié)晶， 不僅達(dá)到除磷的目的，而且結(jié)晶的磷酸鹽可以直接作為磷礦資源回收，實(shí)現(xiàn)磷資源的可持 續(xù)利用。但由于結(jié)晶反應(yīng)的苛刻性使得該法的推廣應(yīng)用受到限制。在公知的技術(shù)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(yè)廢棄 物，其來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉且具有良好的吸附性能，故而應(yīng)用于污水除磷處理領(lǐng)域。鋼渣在 污水除磷領(lǐng)域的應(yīng)用主要是用其粉末作為吸附劑用，由于鋼渣吸附能力的限制，在實(shí)際應(yīng) 用中為保證除磷效果，需要加大鋼渣粉末的投放量，這又導(dǎo)致污泥的產(chǎn)量大，而且吸附劑再 生困難，同時(shí)又會(huì)造成二次污染。至今還沒有發(fā)現(xiàn)采用結(jié)晶法除磷是利用鋼渣作為除磷結(jié) 晶晶種的有關(guān)報(bào)道，這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種用于污水處理的除磷晶種 及其制備方法的技術(shù)方案，該方案采用鋼渣作為污水處理的除磷晶種，同時(shí)給出了采用水 熱法加工制作鋼渣處理晶種的方法。本方案是通過如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的
本方案用于污水處理的除磷晶種其特點(diǎn)是在顆粒狀的鋼渣表面覆蓋一層具有緩釋能 力的水合硅酸鈣的鋼渣顆粒。本方案用于污水處理的除磷晶種的制備方法，其工藝步驟特點(diǎn)如下
第一步篩選顆粒狀鋼渣，加入CaO和Si02，然后以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中 充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和Si02各組分占混合物總質(zhì)量的質(zhì)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于高壓反應(yīng)釜內(nèi)加熱到175-225°C進(jìn)行合成，保持合成 時(shí)間24-48小時(shí)；
第三步在合成時(shí)間達(dá)到后，自然冷卻至室溫；第四步降溫后將高壓反應(yīng)釜內(nèi)的鋼渣顆粒濾出，再經(jīng)去離子水反復(fù)沖洗8-10次； 第五步將經(jīng)沖洗后的鋼渣顆粒置于75-85°C的溫度下干燥8-12小時(shí)，既得除磷晶種
女口
廣PR o本方案具體的特點(diǎn)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(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于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，在采用水熱法將鋼渣表面覆蓋一層具有緩釋能 力的水合硅酸鈣，即制備出一種具有吸附-緩釋能力的結(jié)晶除磷晶種。鋼渣作為一種工業(yè) 廢棄物不僅來(lái)源廣泛，而且具有較大的比表面積，對(duì)水體中的磷具有一定的吸附能力。同 時(shí)，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硅酸三鈣、 硅酸二鈣及Ca0、Si02、Al203等氧化物可發(fā)生水化，形成具有緩釋堿度和Ca2+的水合硅酸鈣， 而高PH值和一定量的Ca2+是結(jié)晶反應(yīng)所必要的保證條件，因此，鋼渣可制成具有緩釋能力 的除磷晶種，這也就可以大大降低結(jié)晶除磷工藝的操作復(fù)雜性。在顆粒鋼渣表面覆蓋一層 具有緩釋能力的水合硅酸鈣用于結(jié)晶除磷，利用鋼渣的吸附能力使污水中的Ca2.、P043—和 0H_富集并迅速達(dá)到過飽和狀態(tài)，使得離子積[Ca2+] [P043—] [0H1局部超過磷酸鈣化合物的 溶度積并利用其緩釋能力實(shí)現(xiàn)磷酸鈣的結(jié)晶。這種除磷晶種的反應(yīng)速度快，除磷效果好，出 水磷濃度可低于國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)中的一級(jí)(A)標(biāo)準(zhǔn)，能顯著的改善 水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)磷資源的回收和可持續(xù)利用。在實(shí)驗(yàn)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， 分別置于6個(gè)250mL錐形瓶中，加入100mL磷質(zhì)量濃度為10mg/L的模擬生活污水，調(diào)節(jié)溶 液PH值為6. 80 7. 20，然后以150r/min的速度振蕩2小時(shí)后過濾，測(cè)定濾液中殘留磷濃 度。結(jié)果是當(dāng)鋼渣除磷晶種投入量為1. 5克時(shí)，其出水磷濃度小于0. 5mg/L，滿足國(guó)家污水 綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A排放要求；當(dāng)投入量為2克時(shí)，磷去除率已達(dá)到99%以上。再通過在模 擬生活污水中，投入2克鋼渣除磷晶種，分各個(gè)時(shí)間段測(cè)定殘留磷濃度。結(jié)果表明，鋼渣除 磷晶種在較短的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到較高的除磷率，一般反應(yīng)一小時(shí)后除磷率便趨于穩(wěn)定。通 過上述實(shí)驗(yàn)表明，鋼渣除磷晶種應(yīng)用于生活污水的處理，可以達(dá)到高效除磷的效果。由此可 見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是 顯而易見的。
具體實(shí)施例方式
為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過二個(gè)具體實(shí)施方式
，對(duì)本方案進(jìn)行闡述。第一個(gè)
具體實(shí)施例方式
本方案用于污水處理的除磷晶種，是在顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣表面覆蓋一層具有 緩釋能力的水合硅酸鈣的鋼渣顆粒。本方案用于污水處理的除磷晶種的制備方法步驟如下
第一步篩選顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣，加入CaO和Si02，然后以液固比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各組分占混合物總 質(zhì)量的質(zhì)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于高壓反應(yīng)釜內(nèi)加熱到200°C進(jìn)行合成，保持合成時(shí)間 28小時(shí)；
第三步在合成時(shí)間達(dá)到后，自然冷卻至室溫；
第四步降溫后將高壓反應(yīng)釜內(nèi)的鋼渣顆粒濾出，再經(jīng)去離子水反復(fù)沖洗8次； 第五步將經(jīng)沖洗后的鋼渣顆粒置于75°C的溫度下干燥12小時(shí)，既得除磷晶種產(chǎn)品。第二個(gè)
具體實(shí)施例方式
本方案用于污水處理的除磷晶種，是在顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣表面覆蓋一層具有 緩釋能力的水合硅酸鈣的鋼渣顆粒。本方案用于污水處理的除磷晶種的制備方法步驟如下
第一步篩選顆粒直徑為3-5毫米的鋼渣，加入CaO和Si02，然后以液固比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各組分占混合物總 質(zhì)量的質(zhì)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于高壓反應(yīng)釜內(nèi)加熱到175°C進(jìn)行合成，保持合成時(shí)間 48小時(shí)；
第三步在合成時(shí)間達(dá)到后，自然冷卻至室溫；
第四步降溫后將高壓反應(yīng)釜內(nèi)的鋼渣顆粒濾出，再經(jīng)去離子水反復(fù)沖洗10次； 第五步將經(jīng)沖洗后的鋼渣顆粒置于85°C的溫度下干燥9小時(shí)，既得除磷晶種產(chǎn)品。本發(fā)明并不僅限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍 內(nèi)做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種用于污水處理的除磷晶種，其特征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硅酸鈣的鋼渣顆粒。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述除磷晶種的制備方法，其特征是工藝步驟如下 第一步篩選顆粒狀鋼渣，加入CaO和Si02，然后以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和Si02各組分占混合物總質(zhì)量的質(zhì)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于高壓反應(yīng)釜內(nèi)加熱到175-225°C進(jìn)行合成，保持合成 時(shí)間24-48小時(shí)；第三步在合成時(shí)間達(dá)到后，自然冷卻至室溫；第四步降溫后將高壓反應(yīng)釜內(nèi)的鋼渣顆粒濾出，再經(jīng)去離子水反復(fù)沖洗8-10次； 第五步將經(jīng)沖洗后的鋼渣顆粒置于75-85°C的溫度下干燥8-12小時(shí)，既得除磷品種產(chǎn)品 o
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的NaOH濃度為3-8mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述鋼渣顆粒的直徑在3-5毫米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于污水處理的除磷晶種及其制備方法技術(shù)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硅酸鈣的鋼渣顆粒。其制備方法步驟如下第一步篩選顆粒狀鋼渣，加入CaO和SiO2，然后以液固比1-3的比例加入NaOH溶液中充分混合均勻，顆粒鋼渣、CaO和SiO2各組分占混合物總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為顆粒鋼渣85%～95%、CaO1.5%～8%、SiO22%～10%；第二步將混合物置于高壓反應(yīng)釜內(nèi)加熱到175-225℃進(jìn)行合成，保持合成時(shí)間24-48小時(shí)；第三步在合成時(shí)間達(dá)到后，自然冷卻至室溫；第四步降溫后將高壓反應(yīng)釜內(nèi)的鋼渣顆粒濾出，再經(jīng)去離子水反復(fù)沖洗8-10次；第五步將經(jīng)沖洗后的鋼渣顆粒置于75-85℃的溫度下干燥8-12小時(shí)，既得除磷晶種產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C02F1/58GK101830553SQ201010176250
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者張守彬, 李延波, 王廣偉, 葛麗萍, 邱立平, 郭春輝, 馬靜 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)