菱鐵礦活性砂除磷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種菱鐵礦作為砂濾池濾料用于廢水深度除磷的方法。其特征是把天然菱鐵礦礦石破碎、篩分獲得0.25-0.5mm顆粒并作為濾料填充砂濾池，以過濾方式進行低濃度含磷廢水的深度除磷處理。其原理是菱鐵礦被水中的溶解氧緩慢氧化形成新生水鐵礦（鐵氫氧化物），新生水鐵礦吸附去除水中的磷。定期反沖洗使顆粒表面的水鐵礦膜脫落，恢復菱鐵礦氧化除磷作用。本發(fā)明的方法適合于生活污水、景觀水體、受污染河水的深度除磷處理。
【專利說明】菱鐵礦活性砂除磷方法
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及微污染源水深度處理的方法。
[0002]二、【背景技術(shù)】
隨著經(jīng)濟快速發(fā)展和城市化，加之農(nóng)田化肥過渡施用導致氮磷流失嚴重，大量營養(yǎng)元素氮磷進入湖泊等水體，使得諸如巢湖、太湖、滇池等湖泊以及城市景觀水體嚴重的富營養(yǎng)化。國家設(shè)立水污染控制重大專項進行研究，投入巨資進行城市污水處理設(shè)施建設(shè)，提高城市生活污水的處理率。然而，目前城市生活污水處理普遍采用好氧活性污泥法工藝，但是好氧生物處理出水中總氮、總磷的濃度仍然分別達到20-35mg/L、0.3-3.0mg/L，是湖泊水體二類標準的10-50倍。很多情況下生活污水經(jīng)過二級處理難以穩(wěn)定達到國家一級A排放標準，需要增加深度處理設(shè)施以保證出水達標。生活污水處理即使達到排水標準，但對于已經(jīng)富營養(yǎng)化的水體，需要對廢水進行更嚴格的脫氮除磷才能保證水體的生態(tài)環(huán)境。尤其是生活污水處理后作為景觀用水等實現(xiàn)廢水資源化，生活污水處理廠二級處理出水需要進一步脫氮除磷才能滿足廢水資源化應(yīng)用要求。
[0003]廢水中高濃度磷的處理一般用石灰沉淀法、鐵鹽沉淀法、鋁鹽沉淀法處理。鈣磷酸鹽溶度積較大，用石灰處理低濃度磷不能達到預期效果。當水中磷濃度很低時鐵、鋁離子與磷酸根形成溶膠，很難用通常使用的沉淀池把磷酸鹽沉淀從水中分離出來。為了提高沉淀除磷效果，必須投加遠超過沉淀磷所需劑量的沉淀劑，導致鐵、鋁金屬離子投加量大。
[0004]國內(nèi)外已有很多學者在吸附法除磷方面做了研究，常用除磷吸附劑主要有沸石、方解石、膨潤土、凹凸棒石、蛭石、赤泥、粉煤灰等天然礦物質(zhì)和固體廢物，這些粘土礦物和材料對磷有一定的吸附作用，但是吸附容量低。為了提高除磷吸附劑的吸附能力，很多學者進行除磷復合材料的制備研究，包括用有機廢物作載體負載La、Ce、Fe等金屬離子，用石英砂、蒙脫石、凹凸棒石、沸石等礦物做載體負載La、Al、Fe制備改性吸附劑，這些復合吸附劑具有較高的除磷吸附作用。從國內(nèi)外研究結(jié)果來看，上述復合材料具有較好吸附作用的原因是吸附劑表面活性組分Fe3+、Al3+、La3+、Ce3+氫氧化物與磷酸根具有較強的化學鍵合作用。用稀土元素改性的吸附材料除磷效率高，但是價格昂貴，推廣應(yīng)用的前景不大。表面復合Fe3+、Al3+氫氧化物，或者能夠不斷釋放活性鐵、鋁離子的廉價礦物材料在廢水深度除磷吸附劑方面將具有更大的潛力，菱鐵礦即是在好氧環(huán)境中可以不斷緩慢釋放鐵離子的廉價礦物材料，在除磷吸附劑方面應(yīng)具有潛力。吸附法因除磷工藝簡單，除磷效果好而受到很多國內(nèi)外研究者更多的關(guān)注。
[0005]三、
【發(fā)明內(nèi)容】

菱鐵礦是分布廣泛的一種碳酸鹽礦物，晶體化學式為FeC03。菱鐵礦礦石常常在一些金屬礦山作為伴生礦開采。高品位菱鐵礦常常通過焙燒得到氧化鐵用于煉鐵，低品位菱鐵礦通常情況下沒有得到利用，常常在礦石開采中作為廢石拋棄，既占用了土地，又破壞了環(huán)境。
[0006]發(fā)明人實驗發(fā)現(xiàn)菱鐵礦作為活性濾砂能夠與水中溶解氧反應(yīng)不斷形成三價鐵氫氧化物，新生鐵氫氧化物具有很強的化學吸附除磷能力。[0007]菱鐵礦作為活性濾砂與水中溶解氧反應(yīng)生成三價鐵氫氧化物的速率，能夠與去除水中低濃度磷所需的鐵氫氧化物的量匹配，從而發(fā)明了菱鐵礦作為活性濾料以過濾方式進行生活污水深度除磷的方法。
[0008]本發(fā)明方法是把菱鐵礦含量不小于30%的天然菱鐵礦礦石破碎、篩分獲得
0.25-0.5mm顆粒，并作為濾料填充砂濾池，進行低濃度含磷廢水的深度除磷處理，菱鐵礦被水中的溶解氧緩慢氧化形成新生水鐵礦，新生水鐵礦吸附去除水中的磷。反應(yīng)方程可以表示如下:
FeCO3 + O2 + H2O - Fe(OH)3 + CO3 2
Fe (OH) 3 + H2PO; + H+ - FePO4 + 3H20
隨著菱鐵礦的氧化，鐵氫氧化物不斷在菱鐵礦活性砂顆粒表面形成，導致菱鐵礦氧化速率降低隨著時間延長，活性砂去除磷的效率逐步降低，當處理出水不能夠滿足水質(zhì)要求時，或者過濾速降低到設(shè)計濾速的70%時，反沖洗使顆粒表面的水鐵礦膜脫落，恢復菱鐵礦氧化除磷作用。
[0009]同時，活性濾砂還具有過濾截留水中顆粒物的作用，如沉淀不完全的微生物，對降低濁度也有一定的效果；隨著活性濾砂的長期運行，活性砂顆粒表面附著微生物，形成硝化菌、反硝化菌、依賴硝酸鹽的鐵氧化菌占優(yōu)勢的微生物群落，使得菱鐵礦活性顆粒濾砂在除磷的同時具有脫氮作用。
[0010]四、附圖
圖1活性菱鐵礦濾砂照片 圖2菱鐵礦活性濾砂過濾去除低濃度的效果 五、【具體實施方式】 非限定實施例敘述如下。
[0011]選擇菱鐵礦礦石，菱鐵礦含量不小于30% ；
把菱鐵礦礦石破碎、篩分獲得0.25-0.5_顆粒；
把菱鐵礦顆粒濾料填充到直徑30mm、高度1000mm玻璃管構(gòu)建的砂濾柱中；
配制磷濃度1.0mg/L的模擬水，以水力停留時間3小時運行，進行廢水除磷處理；
每隔5天取樣檢測出水磷濃度，運行225天出水磷濃度仍然保持在0.1 mg/L以下(見圖2)，磷去除率大于90%，出水磷濃度達到地面水體二類標準。
【權(quán)利要求】
1.一種菱鐵礦作為砂濾池濾料用于廢水深度除磷的方法，其特征在于把天然菱鐵礦礦石破碎、篩分獲得0.25-0.5_顆粒，并作為濾料填充砂濾池，以水力停留時間1-4小時進行低濃度含磷廢水(2mg P/L)的深度除磷處理，菱鐵礦被水中的溶解氧緩慢氧化形成新生水鐵礦，新生水鐵礦吸附去除水中的磷； 當處理出水不能夠滿足水質(zhì)要求時，或者過濾處理濾速降低到設(shè)計濾速的70%時，反沖洗使顆粒表面的水鐵礦膜脫落，恢復菱鐵礦氧化除磷作用； 當反沖洗后仍然不能恢復吸附除磷活性時，更換濾料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種菱鐵礦作為砂濾池濾料用于廢水深度除磷的方法，制備活性濾砂的菱鐵礦礦石中菱鐵礦含量不小于30%。
【文檔編號】C02F3/00GK103787444SQ201410063838
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】慶承松, 陳天虎, 邢波波, 楊哲 申請人:合肥工業(yè)大學