一種替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備方法及其應(yīng)用，屬于廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。其采用粒徑稍大的多孔陶粒做為載體，在一定條件下，利用非均相及二次成核作用在其表面培養(yǎng)一層磷酸銨鎂晶體，從而制備能夠應(yīng)用于工程實(shí)際的鳥糞石濾料。本發(fā)明多孔陶粒濾料質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率大、比表面積大、吸附能力強(qiáng)、價(jià)格較低，經(jīng)培養(yǎng)后制備成鳥糞石濾料，具有龐大的市場(chǎng)潛力及經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】一種替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種去除并回收廢水中氮磷污染物的濾池濾料的制備方法，適用于各種含氮磷廢水中的氨氮和磷酸鹽污染物質(zhì)的去除及回收利用工程，屬于廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高濃度氨氮廢水的處理技術(shù)，有生物合成硝化法、離子交換法、空氣蒸汽氣提法、化學(xué)沉淀法等，但均有不足之處，如氣提法能耗高、容易結(jié)垢，并且必須進(jìn)行后處理，否則會(huì)產(chǎn)生二次污染；吸附法受平衡過程控制，不可能除去廢水中少量的氨氮，離子交換法樹脂用量較大，再生頻繁，廢水需預(yù)處理除去懸浮物；生物合成硝化法是現(xiàn)階段較為經(jīng)濟(jì)有效的方法，工藝較為成熟，并已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，但該法的缺點(diǎn)是溫度及廢水中的某些組分較易干擾進(jìn)程，且占地面積大、反應(yīng)速度慢、污泥馴化時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)高濃度氨氮廢水的處理效果不夠理想；常規(guī)的化學(xué)沉淀法采用鐵鹽、鋁鹽、石灰法，將產(chǎn)生大量的污泥，這些污泥的濃縮脫水性能較差，給整個(gè)工藝增加困難。上述方法的共同不足之處是處理后的氨氮無法回收利用。
[0003] 而高度含磷廢水的處理技術(shù)包括生物除磷和化學(xué)除磷法。生物除磷同樣具有占地面積大、反應(yīng)速度慢、污泥馴化時(shí)間長(zhǎng)，處理效果不夠理想的缺點(diǎn)；化學(xué)除磷也會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，后續(xù)處置困難，且無法實(shí)現(xiàn)磷的回收利用。
[0004]上世紀(jì)60年代以來，開始研究應(yīng)用鳥糞石沉淀回收廢水中的氨氮和磷，取得了良好的效果。
[0005]磷酸銨鎂(MgNH4PO4.6Η20)俗稱鳥糞石，簡(jiǎn)稱MAP，白色粉末無機(jī)晶體礦物，相對(duì)密度1.71。MAP是一種高效的緩釋肥料，在沉淀過程中不吸收重金屬和有機(jī)物。此外，它可用作飼料添加劑、化學(xué)試劑、結(jié)構(gòu)制品阻火劑等。
[0006]廢水處理中的鳥糞石沉淀(MAP)法就是將Mg2+加入到含有磷酸鹽和氨氮的污水中，反應(yīng)生成難溶的鳥糞石沉淀，以實(shí)現(xiàn)廢水中除磷脫氮的方法。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，可以減少50%的污泥體積，對(duì)實(shí)現(xiàn)氨氮和磷資源回收具有重大意義。
[0007]在水溶液中，鳥糞石的形成過程可以用以下三個(gè)化學(xué)方程式來描述:
Mg2++P0廣 +NH4 ++H20 — MgNH4PO4.6H20(I)
Mg2++HP0廣 +NH4 + +6H20 — MgNH4PO4.6Η20 +Η.(2)
Mg2"+ H2PO4- + NH4 ++6H20 — MgNH4PO4.6H20 +2H+ (3 )
由上式可知，鳥糞石的形成受水溶液pH的影響很大，當(dāng)溶液中Mg2+、NH4 \ PO/—的活度積大于鳥糞石的溶度積Ksp時(shí)，會(huì)自發(fā)沉淀生成鳥糞石。目前為止，已經(jīng)有許多試驗(yàn)測(cè)試計(jì)算得出鳥糞石的溶度積常數(shù)為3.89X 10_1Q~7.08X 10_14。
[0008]由(I)式可知，生成鳥糞石理論上的摩爾比應(yīng)為1:1:1。根據(jù)同離子效應(yīng)，增大Mg2+、P043_的配比可促進(jìn)(I)式反應(yīng)進(jìn)行，從而提高氨氮的去除率。但若增加Mg2+和P043_量，則反應(yīng)后的殘余磷量和Mg2+增加，會(huì)帶來新的污染。[0009]在實(shí)際運(yùn)行中，由于廢水成分復(fù)雜，雜質(zhì)種類多，如采用鳥糞石沉淀法去除氨氮和磷，會(huì)產(chǎn)生沉淀物質(zhì)混雜，不易分離，運(yùn)行成本高，且對(duì)于低濃度氨氮和磷酸鹽去除效率低等缺點(diǎn)。最大的問題是產(chǎn)生的鳥糞石沉淀無法回收利用。
[0010]目前在水處理領(lǐng)域，已有學(xué)者開發(fā)了一些新型的化學(xué)沉淀技術(shù)，其特點(diǎn)是在MAP沉淀反應(yīng)體系中加入鳥糞石固體物質(zhì)以促進(jìn)沉淀結(jié)晶、沉降迅速進(jìn)行，使反應(yīng)時(shí)間大大縮短，出水氨氮和磷酸鹽去除效率高，從而克服了傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法的缺陷。因固相雜質(zhì)加速晶核出現(xiàn)的作用實(shí)際上為誘導(dǎo)作用，故將這種新型的化學(xué)沉淀技術(shù)稱為誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶技術(shù)。其原理為投加鳥糞石晶體，破壞溶液中離子的亞穩(wěn)態(tài)，從而使得水中的Mg2+、NH4+、P043_在晶體表面富集，形成局部濃度增高，其離子積大于溶度積，從而產(chǎn)生結(jié)晶沉淀。即投加表面有鳥糞石的晶種，其消除了鳥糞石沉淀過程中的誘導(dǎo)期、成核期和無定形的沉淀相的轉(zhuǎn)變期，直接進(jìn)入穩(wěn)定的結(jié)晶晶體生長(zhǎng)期。這樣，廢水中含有較低濃度的Mg2+、NH4\ PO43-同樣可以得到較高的去除率。
[0011]在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，對(duì)含NH4 +和P0/_的廢水，通過投加一定比例的含鎂廢水或海水、鹵水等，使其通過鳥糞石填料的濾床，利用誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶技術(shù)原理，可以在NH4 +和PO/—較低的濃度下得到較高的去除率，并可以實(shí)現(xiàn)鳥糞石的回收。但鳥糞石傳統(tǒng)產(chǎn)地在美洲和非洲，我國(guó)產(chǎn)量較低；且其晶體常呈等軸狀或楔狀、短柱狀、厚板狀，形狀不規(guī)則；硬度低，機(jī)械強(qiáng)度差，容易破碎；其礦粉粒徑比較小，在實(shí)際運(yùn)行中容易造成濾池的堵塞，而且反沖洗時(shí)容易被沖走，因此工程應(yīng)用中無太大的價(jià)值。 [0012]針對(duì)以上問題，本發(fā)明采用粒徑稍大的多孔陶粒做為載體，在一定條件下，利用非均相及二次成核作用在其表面培養(yǎng)一層磷酸銨鎂晶體，從而制備能夠應(yīng)用于工程實(shí)際的鳥糞石濾料。多孔陶粒濾料質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率大、比表面積大、吸附能力強(qiáng)、價(jià)格較低，經(jīng)培養(yǎng)后制備成鳥糞石濾料，具有龐大的市場(chǎng)潛力及經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述不足之處，提供一種替代鳥糞石礦石的濾池濾料的材料和制備工藝及方法。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案，一種替代鳥糞石礦石的濾池濾料，包括載體多孔陶粒，以及附著在多孔陶粒表面的一層磷酸銨鎂晶體。
[0015]所述多孔陶粒粒徑為l_5mm，真空度為2.3g/cm3，堆積密度0.5-1.5g/cm3,比表面積≥5.5m2/g，圓度≥0.9，球度≥0.9，破碎率≤1.8%。
[0016]所述替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備方法，步驟為:
(1）培養(yǎng)液的配置:所述培養(yǎng)液含有Mg2+、NH4 \ PO43-三種離子，其摩爾比為1:1:1，摩爾濃度為0.1~0.3mmol/L ；
(2)配料:取多孔陶粒I個(gè)體積單位、培養(yǎng)液2~5個(gè)體積單位；
(3 )攪拌培養(yǎng):將步驟(2 )所述多孔陶粒和步驟(1)所得的培養(yǎng)液加入自落滾筒式砂漿攪拌機(jī)均勻攪拌8~10h ；
(4)篩料:將步驟(3)培養(yǎng)好的濾料經(jīng)不小于18目的篩網(wǎng)過濾即得替代鳥糞石礦石的濾池濾料；篩下液重復(fù)投加摩爾比為1:1:1的Mg2+、NH4 +和P043_離子，使其摩爾濃度為
0.1-0.3mmol/L后重復(fù)利用。[0017]所述培養(yǎng)液為KH2P04、MgCl2, NH4Cl的混合溶液。
[0018]步驟(3)所述攪拌方式為間歇式運(yùn)行，移動(dòng)式安裝，出料方式為自落式。
[0019]所述替代鳥糞石礦石的濾池濾料的應(yīng)用:廢水濃度高，即其中P043_濃度> IOmg/L時(shí)，采用的多孔陶粒粒徑為5mm，堆積密度為0.5g/cm3,比表面積> 5.5m2/g ;廢水濃度低，即其中P043_濃度≤lmg/L時(shí)，采用的多孔陶粒粒徑為1mm，堆積密度1.5g/cm3,比表面積^ 9.5m2/g。
[0020]本發(fā)明的有益效果:高濃度氨氮和磷酸鹽廢水處理是廢水處理領(lǐng)域的一個(gè)難題，本發(fā)明采用改性鳥糞石濾料做為預(yù)處理工藝可實(shí)現(xiàn)廢水中高濃度氨氮和磷酸鹽的去除與回收；做為深度處理工藝，可在加藥量極少的情況下，實(shí)現(xiàn)廢水中氨氮和磷酸鹽的達(dá)標(biāo)排放與回收利用，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。通過利用非均相及二次成核作用對(duì)多孔陶粒進(jìn)行改性處理，解決了鳥糞石法去除氨氮和磷酸鹽難以實(shí)現(xiàn)鳥糞石回收利用的難題，同時(shí)該濾料可替代傳統(tǒng)濾池的砂石濾料，實(shí)現(xiàn)出水中懸浮物質(zhì)(SS)的達(dá)標(biāo)排放，具有實(shí)際可操作性。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下實(shí)施例中的多孔陶粒購自市場(chǎng)。
[0022]實(shí)施例1 一種替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備
(O培養(yǎng)液的配置:培養(yǎng)液為KH2P04、MgCl2, NH4Cl的混合溶液(也可以為含Mg2+、NH4\P043_的其他可溶性溶液)，其摩爾比為1:1:1，摩爾濃度為0.2mmol/L ；
(2)配料:取晶種多孔陶粒I個(gè)體積單位、培養(yǎng)液3個(gè)體積單位；
(3)攪拌培養(yǎng):將步驟(2)所述多孔陶粒和步驟(1)所得的培養(yǎng)液加入自落滾筒式砂漿攪拌機(jī)均勻攪拌8~10h ；
(4)篩料:將步驟(3)培養(yǎng)好的濾料經(jīng)不小于18目的篩網(wǎng)過濾即得替代鳥糞石礦石的濾池濾料；篩下液重復(fù)投加摩爾比為1:1:1的Mg2+、NH4 +和P043_離子，使其摩爾濃度為
0.2mmol/L后重復(fù)利用。
[0023]應(yīng)用實(shí)施例1
所述多孔陶粒晶種根據(jù)廢水性質(zhì)和處理工藝不同而采取不同粒徑的陶粒。
[0024]廢水濃度高，其中P043_濃度≥10mg/L時(shí)，此時(shí)，鳥糞石濾料濾池做為廢水預(yù)處理工藝，選取的濾料為粒徑5mm左右，真密度2.3g/cm3，堆積密度0.5g/cm3,比表面積≥5.5m2/g，圓度≥0.9，球度≥0.9，破碎率≥1.8%。
[0025]廢水濃度低，其中P043_濃度≤lmg/L時(shí)，此時(shí)，鳥糞石濾料濾池做為廢水深度處理工藝，選取的濾料為粒徑Imm左右，真密度2.3g/cm3，堆積密度1.5g/cm3,比表面積≥9.5m2/g，圓度≥0.9，球度≥0.9，破碎率≤1.8%。
【權(quán)利要求】
1.一種替代鳥糞石礦石的濾池濾料，其特征是:包括載體多孔陶粒，以及附著在多孔陶粒表面的一層磷酸銨鎂晶體。
2.如權(quán)利要求1所述替代鳥糞石礦石的濾池濾料，其特征是:所述多孔陶粒粒徑為l-5mm，真空度為2.3g/cm3，堆積密度0.5-1.5g/cm3，比表面積≤5.5m2/g，圓度≤0.9，球度≤0.9，破碎率≤1.8%。
3.權(quán)利要求1所述替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備方法，其特征是步驟如下: (O培養(yǎng)液的配置:所述培養(yǎng)液含有Mg2+、NH4 \ PO/—三種離子，其摩爾比為1:1:1，摩爾濃度為0.1~0.3mmol/L ； (2)配料:取多孔陶粒I個(gè)體積單位、培養(yǎng)液2~5個(gè)體積單位； (3)攪拌培養(yǎng):將步驟(2)所述多孔陶粒和步驟(1)所得的培養(yǎng)液加入自落滾筒式砂漿攪拌機(jī)均勻攪拌8~10h ； (4)篩料:將步驟(3)培養(yǎng)好的濾料經(jīng)不小于18目的篩網(wǎng)過濾即得替代鳥糞石礦石的濾池濾料；篩下液重復(fù)投加摩爾比為1:1:1的Mg2+、NH4 +和P043_離子，使其摩爾濃度為0.1~0.3mmol/L后重復(fù)利用。
4.如權(quán)利要求3所述替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備方法，其特征是:所述培養(yǎng)液為 KH2P04、MgCl2, NH4Cl 的混合溶液。
5.如權(quán)利要求3所 述替代鳥糞石礦石的濾池濾料的制備方法，其特征是:步驟(3)所述攪拌方式為間歇式運(yùn)行，移動(dòng)式安裝，出料方式為自落式。
6.權(quán)利要求1所述替代鳥糞石礦石的濾池濾料的應(yīng)用，其特征是:所述廢水濃度高，即其中P043_濃度≤10mg/L時(shí)，采用的多孔陶粒粒徑為5mm，堆積密度為0.5g/cm3,比表面積≤5.5m2/g ;廢水濃度低，即其中PO/—濃度≤lmg/L時(shí)，采用的多孔陶粒粒徑為1_，堆積密度1.5g/cm3,比表面積≤9.5m2/g。
【文檔編號(hào)】C02F1/58GK104016459SQ201410271982
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】耿震 申請(qǐng)人:無錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司