申请日2016.05.16
公开(公告)日2016.08.31
IPC分类号B01J20/12; B01J20/28; C02F1/28; B01J20/30; C02F101/10; C02F101/20
摘要
本发明涉及一种废水除磷吸附材料及其制备方法和应用，属于废水处理技术领域。其将贝壳经热处理活化，再和凹凸棒石按照一定比例混合、制成粒状试样，按比例添加至废水中，以达到除磷的效果。本发明较之已有技术而言，充分利用了贝壳和凹凸棒石来源广泛，孔隙多，具有脱色和吸附等特性，工艺简单，制备成本低，除磷效率高，能够变废为宝，具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种废水除磷吸附材料，其特征是按质量百分比计配方比例如下：贝壳60%-75%，凹凸棒石25%-40%;将两者粉碎后按比例混合，制粒后得到产品废水除磷吸附材料。
2.权利要求1所述废水除磷吸附材料的制备方法，其特征是按质量百分比计步骤如下：
(1)预处理：取贝壳，将其至于200-500℃烧制保温1-3h，然后研磨破碎，过100目筛;取凹凸棒石，经粉碎研磨后，过100目筛;
(2)混合：取步骤(1)预处理后的贝壳60%-75%，研磨过筛后的凹凸棒石25%-40%混匀，得到混合料;按每1kg混合料中加入200-450mL的水，混合均匀得到泥状料;
(3)制粒干燥：对步骤(2)所得泥状料进行制粒，得到5-40mm的颗粒，在50-100℃下烘干2-4h，至水分小于5%，得到产品废水除磷吸附材料。
3.如权利要求2所述废水除磷吸附材料的制备方法，其特征是：将得到的产品废水除磷吸附材料放置在水中继续进行静置养护10-20d，即可。
4.权利要求1所述废水除磷吸附材料的应用，其特征是：应用于废水除磷中，每100mL废水中添加5g废水除磷吸附材料，吸附1-7d即可。
说明书
一种废水除磷吸附材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种废水除磷吸附材料及其制备方法和应用，属于废水处理技术领域。
背景技术
随着工业和社会的不断发展，大量富含氮磷的工业废水和生活污水随意排放，同时含氮、磷化肥的大量使用，使得我国水体污染日益严重，河道和水体发生富营养化的事件逐年发生。以无锡为例，2007年太湖富营养化导致了蓝藻水华事件，严重危及市民的正常饮水。有研究表明，当水体中的总磷浓度高于0.05 mg/L时，适当的环境条件即可引起藻类等水生植物的过度生长。因此，处理含磷的废水就变得尤为重要。
一般含磷废水的处理主要有化学法和生物法。化学法主要利用石灰，铝盐和铁盐与废水中的磷酸根发生沉淀反应，从而去除磷元素。但化学法需要投放大量的混凝剂，成本较高，且还可能形成二次污染。生物法主要是利用城市污水处理厂的好氧活性污泥中噬磷菌厌氧释磷、好氧吸磷的原理，通过好氧-厌氧过程交替运行进行去除，但工艺稳定性差，出水总磷浓度不稳定，除磷效果无法满足日益严格的废水排放标准的要求，且出水磷浓度是湖泊水体二类标准的10-55倍，因此需要对污水处理厂出水进行更严格的除磷才能保证水体的生态环境。
吸附法除磷技术主要是利用物质的多孔性和大比表面积，通过磷在吸附剂表面的表面沉淀、离子交换或附着吸附等作用来实现废水的除磷过程。贝壳具有丰富的多孔性和较高的钙活性，用其除磷响应时间快、效率高。凹凸棒石不仅具有阳离子可交换性和吸附脱色性，而且还能够除臭除味，去除水中的重金属等作用，对保护生态环境和人类健康是必不可少的。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用贝壳和凹凸棒石为原材料，制备可用于吸附废水中磷的原料配方和方法。
按照本发明提供的技术方案，一种废水除磷吸附材料，按质量百分比计配方比例如下：贝壳60%-75%，凹凸棒石25%-40%;将两者粉碎后按比例混合，制粒后得到产品废水除磷吸附材料。
所述废水除磷吸附材料的制备方法，按质量百分比计步骤如下：
(1)预处理：取贝壳，将其至于200-500℃烧制保温1-3h，然后研磨破碎，过100目筛;取凹凸棒石，经粉碎研磨后，过100目筛;
(2)混合：取步骤(1)预处理后的贝壳60%-75%，研磨过筛后的凹凸棒石25%-40%混匀，得到混合料;按每1kg混合料中加入200-450mL的水，混合均匀得到泥状料;
(3)制粒干燥：对步骤(2)所得泥状料进行制粒，得到5-40mm的颗粒，在50-100℃下烘干2-4h，至水分小于5%，得到产品废水除磷吸附材料。
将得到的产品废水除磷吸附材料放置在水中继续进行静置养护10-20d，即可。
所述废水除磷吸附材料应用于废水除磷中，每100mL废水中添加5g废水除磷吸附材料，吸附1-7d即可。
本发明的废水除磷材料在废水中具有较强的稳定性，贝壳和凹凸棒石的活化粒子会和废水中的磷酸根离子产生反应，主要反应式如下：
5Ca2+ + 4OH- + 3HPO42+ = Ca5OH(PO4)3 ↓+ 3H2O
在材料表面上溶解态的磷经过反应后以羟基磷灰石沉淀的形式被固定下来，凹凸棒石则吸附废水中的一部分重金属并脱色，能够达到废水除磷脱色的目的;同时，本发明以贝壳和凹凸棒石为原材料，具有成本低，工艺简单等优点，能够提高市场竞争力，并达到废物利用和环境保护的双重目的。
本发明的有益效果：本发明将贝壳经热处理活化，再和凹凸棒石按照一定比例混合、制成粒状试样。本发明工艺简单，以废治污，能够变废为宝，具有良好的应用前景。一方面，本发明的废水除磷材料在水中具有较强的稳定性，贝壳和凹凸棒石的活化粒子会和废水中的磷酸根离子产生反应，并在材料表面上以羟基磷灰石沉淀的形式被固定下来，凹凸棒石则吸附废水中的一部分重金属并脱色，达到废水除磷脱色的目的;另一方面，本发明以贝壳和凹凸棒石为原材料，具有成本低，工艺简单，除磷效率高等优点，能够提高市场竞争力，并达到废物利用和环境保护的双重目的。
具体实施方式
以下是本发明的几个具体实施例，对本发明的技术方案做进一步地详细描述。
实施例1
利用贝壳和凹凸棒为原料制备除磷吸附材料，按质量百分比计其原料配方如下：贝壳75%，凹凸棒石25%。
制备步骤：
(1)预处理：取贝壳，将其至于200℃烧制保温2h，然后研磨破碎，过100目筛;取凹凸棒石，经粉碎研磨后，过100目筛;
(2)混合：取步骤(1)预处理后的贝壳和研磨过筛后的凹凸棒石混匀，得到混合料;按每1kg混合料中加入200mL的水，混合均匀得到泥状料;
(3)制粒干燥：对步骤(2)所得泥状料进行制粒，得到5mm的颗粒，在50℃下烘干4h，至水分小于5%，得到产品废水除磷吸附材料。
废水除磷材料性能：在500mL锥形瓶中加入100mL初始磷浓度为500mg/L的模拟废水(KH2PO4水溶液)，与此对应加入5g的废水除磷吸附材料，将锥形瓶放置在25℃恒温震荡水浴锅中，使废水除磷吸附材料与模拟废水在常温条件下充分接触。在各个设定的时间条件下采样，用钼蓝法测定溶液中磷浓度的变化情况。
与废水接触20分钟后磷浓度开始减少，第一天后磷浓度降至126mg/L，经过7天吸附后，磷浓度最终降至37.8 mg/L。废水除磷材料对磷的吸附量为9.244 mg/g，相应的去除率达到92.44%。
实施例2
利用贝壳和凹凸棒为原料制备除磷吸附材料，按质量百分比计其原料配方如下：贝壳70%，凹凸棒石30%。
制备步骤：
(1)预处理：取贝壳，将其至于300℃烧制保温1h，然后研磨破碎，过100目筛;取凹凸棒石，经粉碎研磨后，过100目筛;
(2)混合：取步骤(1)预处理后的贝壳和研磨过筛后的凹凸棒石混匀，得到混合料;按每1kg混合料中加入450mL的水，混合均匀得到泥状料;
(3)制粒干燥：对步骤(2)所得泥状料进行制粒，得到10mm的颗粒，在60℃下烘干3h，至水分小于5%，得到产品废水除磷吸附材料。
将成型后的废水除磷吸附材料放在水中静置养护17天后即可。
废水除磷材料性能：在500mL锥形瓶中加入100mL初始磷浓度为500mg/L的模拟废水(KH2PO4水溶液)，与此对应加入5g的除磷净化材料，将锥形瓶放置25℃恒温震荡水浴锅中，使除磷材料与模拟废水在常温条件下充分接触。在各个设定的时间条件下采样，用钼蓝法测定溶液中磷浓度的变化情况。
与废水接触20分钟后磷浓度开始减少，第一天后磷浓度降至146mg/L，经过7天吸附后，磷浓度最终降至32.8mg/L。废水除磷材料对磷的吸附量为9.344 mg/g，相应的去除率达到93.44%。
实施例3
利用贝壳和凹凸棒为原料制备除磷吸附材料，按质量百分比计其原料配方如下：贝壳65%，凹凸棒石35%。
制备步骤：
(1)预处理：取贝壳，将其至于400℃烧制保温1h，然后研磨破碎，过100目筛;取凹凸棒石，经粉碎研磨后，过100目筛;
(2)混合：取步骤(1)预处理后的贝壳和研磨过筛后的凹凸棒石混匀，得到混合料;按每1kg混合料中加入300mL的水，混合均匀得到泥状料;
(3)制粒干燥：对步骤(2)所得泥状料进行制粒，得到30mm的颗粒，在55℃下烘干4h，至水分小于5%，得到产品废水除磷吸附材料。
废水除磷材料性能：在500mL锥形瓶中加入100mL初始磷浓度为500mg/L的模拟废水(KH2PO4水溶液)，与此对应加入5g质量的除磷净化材料，将锥形瓶放置25℃恒温震荡水浴锅中，使除磷材料与模拟废水在常温条件下充分接触。在各个设定的时间条件下采样，用钼蓝法测定溶液中磷浓度的变化情况。
与废水接触20分钟后磷浓度开始减少，第一天后磷浓度降至112mg/L，经过7天吸附后，磷浓度最终降至46.6mg/L。废水除磷材料对磷的吸附量为9.068 mg/g，相应的去除率达到90.68%。
实施例4
利用贝壳和凹凸棒为原料制备除磷吸附材料，按质量百分比计其原料配方如下：贝壳60%，凹凸棒石40%。
制备步骤：
(1)预处理：取贝壳，将其至于500℃烧制保温1h，然后研磨破碎，过100目筛;取凹凸棒石，经粉碎研磨后，过100目筛;
(2)混合：取步骤(1)预处理后的贝壳和研磨过筛后的凹凸棒石混匀，得到混合料;按每1kg混合料中加入250mL的水，混合均匀得到泥状料;
(3)制粒干燥：对步骤(2)所得泥状料进行制粒，得到40mm的颗粒，在70℃下烘干2h，至水分小于5%，得到产品废水除磷吸附材料。
将废水除磷吸附材料放在水中静置养护10天后即可。
废水除磷材料性能：在500mL锥形瓶中加入100mL初始磷浓度为500mg/L的模拟废水(KH2PO4水溶液)，与此对应加入5g质量的除磷净化材料，将锥形瓶放置25℃恒温震荡水浴锅中，使除磷材料与模拟废水在常温条件下充分接触。在各个设定的时间条件下采样，用钼蓝法测定溶液中磷浓度的变化情况。
与废水接触20分钟后磷浓度开始减少，第一天后磷浓度降至153mg/L，经过7天吸附后，磷浓度最终降至48.2mg/L。废水除磷材料对磷的吸附量为9.036 mg/g，相应的去除率达到90.36%。
