申请日2018.02.09
公开(公告)日2018.08.10
IPC分类号C02F1/52
摘要
本发明涉及一种微藻和污水氮磷同步捕集回收的方法，具体地说是以粘土、高炉水渣、氯化镁和碱为原料，优化制备碱活性钙镁硅复合材料A，其用于污水微藻分离回收时，可通过电性中和作用和在高pH值下与污水中的氮磷生成鸟粪石、羟基磷灰石和硅酸钙磷等沉淀，诱发微藻的高效絮凝，从而实现对污水中藻、氮磷的同步捕集回收，回收的藻氮磷沉淀产物经干化后可作为缓释肥或吸附功能材料。本发明技术简单，而且设备要求少、运行成本低，回收产品资源化价值高，具有广阔的推广应用前景。
权利要求书
1.一种微藻和污水氮磷同步捕集回收的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将粘土矿物和高炉水渣材料干燥、研磨和过筛，保留粒径不小于100目的处理产物，将它们与浓度为1~5 mol/L的MgCl2的溶液和0.5~1mol/L的碱液按照质量体积比(0.5~3)mg：(0.5~5)mg：(1~5)mL：((0.5~3)mL的比例混合，静置6~24h，过滤后于110℃条件下烘干，将烘干产物在300~500℃条件下焙烧1~4h，冷却至室温后，研磨成不小于200目的物料A;
(2)在待富集分离的微藻污水中使用步骤(1)所得物料A时，按照投加量为100~500mg/L的剂量，加入步骤(1)得到的材料A，先以250rpm搅拌1~5min，接着以50rpm慢速搅拌10~30min，然后沉淀0.5~2h，即可实现对污水中微藻和氮磷的同步富集回收，回收的藻氮磷沉淀产物经干化后可作为缓释肥或吸附功能材料。
2.根据权利要求1所述的一种微藻和污水氮磷同步捕集回收的方法，其特征在于步骤(1)中所述的粘土矿物材料为高岭土、膨润土、硅藻土、凹凸棒土或海泡石中的任一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种微藻和污水氮磷同步捕集回收的方法，其特征在于步骤(1)中所述的高炉水渣材料取自炼钢企业。
4.根据权利要求1所述的一种微藻和污水氮磷同步捕集回收的方法，其特征在于步骤(1)中所述的碱液为NaOH或KOH。
5.根据权利要求1所述的一种微藻和污水氮磷同步捕集回收的方法，其特征在于步骤(2)中所述的微藻为小球藻、栅藻、斜生栅藻、微囊藻或绿色巴夫藻的一种或多种混合的淡水藻。
说明书
一种污水微藻和氮磷同步捕集回收的方法
技术领域
本发明涉及一种污水微藻和氮磷同步捕集回收的方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
微藻是地球上分布最广、种类最多的一类形态微小、结构简单的单细胞或多细胞光合自养微生物，在能量转化和碳循环中举足轻重。20世纪50年代Oswald等提出以藻类为主体取代传统污水处理中以活性污泥为主体的生物系统，奠定了藻类污水处理技术的基础。近年来，国内外对藻类净化污水的潜力进行了大量研究，越来越多的研究结果表明，利用微藻处理废水不仅净化了其中的污染物，同时可以降低微藻培养的成本，且微藻富集的油脂可部分替代石化能源，所收获的微藻可取得一定的经济效益，用以补偿环境治理中的成本投资，从而形成良性循环。
但是，由于微藻具有个体微小(一般在1~30 μm)、细胞表面带有负电荷和浓度低(通常为0.5–3.0 g/L)等特点，给藻水分离带来很大的困难。目前，应用于微藻采收的方法主要有沉降、离心、过滤、浮选和絮凝法，在这些方法中，沉淀法效率低、耗时长;过滤法易堵塞，需要定期更换滤膜;离心法、浮选法耗能大，因此，低成本、高效率的微藻分离回收方法仍需要深入研究。与沉淀、离心和浮选等采收方法相比，絮凝法具有能耗少、设备及其维护费用低以及操作方便等明显优势，在微藻分离回收中应用广泛。然而，传统的化学絮凝和物理絮凝虽然具有较好的采收效率，但是前者的化学絮凝剂残留对环境造成的二次污染，以及后者的高能耗及设备成本高均不符合大规模应用的要求。因此，研究开发能同时从污水中回收氮磷和微藻新型药剂，无论从污水深度处理，还是从藻细胞的回收利用等角度来看都是最合适的方法之一。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种污水微藻和氮磷同步捕集回收的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明提出的一种污水微藻和氮磷同步捕集回收的方法，具体步骤如下：
(1)将粘土矿物和高炉水渣材料干燥、研磨和过筛，保留粒径不小于100目的处理产物，将粘土和高炉水渣与浓度为1~5mol/L的MgCl2的溶液和0.5~1mol/L的碱液按照质量体积比(0.5~3)mg：(0.5~5)mg：(1~5)mL：(0.5~3)mL的比例混合，静置8~24h，过滤后于110℃条件下烘干，将烘干产物在300~500℃条件下焙烧1~4h，冷却至室温后，研磨成不小于200目的物料A;
(2)在待富集分离的微藻污水中使用步骤(1)所得物料A时，按照投加量为100~500mg/(L)的剂量，加入步骤(1)得到的材料A，先以250rpm搅拌1~5min，接着以50rpm慢速搅拌10~30min，然后沉淀0.5~2h，即可实现对污水中微藻和氮磷的同步富集回收，回收的藻氮磷沉淀产物经干化后可作为缓释肥或吸附功能材料。
本发明中，步骤(1)中所述的粘土矿物材料为高岭土、膨润土、硅藻土、凹凸棒土或海泡石中的任一种或多种混合物。
本发明中，步骤(1)中所述的高炉水渣取自炼钢企业。
本发明中，步骤(1)中所述的碱液为NaOH或KOH。
本发明中，步骤(2)中所述的微藻为小球藻、栅藻、斜生栅藻、微囊藻或绿色巴夫藻等的一种或多种混合的淡水藻。
本发明的原理为：以粘土、高炉水渣、氯化镁和碱为原料，优化制备碱活性钙镁复合材料A，其在污水微藻分离应用中，可通过电性中和作用，和在高pH值下材料中的钙镁离子和硅酸等物质与污水中的氮磷生成鸟粪石(式1)、羟基磷灰石(2)和硅酸钙磷等沉淀，诱发微藻的高效絮凝，从而实现对污水中藻、氮磷的同步捕集回收。
Mg2++HPO42-+NH4++OH-+6H2O=MgNH4PO4·6H2O+H2O(1)
10 Ca2++6 PO43-+2OH-=Ca10(PO4)6(OH)2(2)
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明技术制备的碱活性钙镁硅复合材料具有制备方法简单和廉价等特点，可同时实现对污水中微藻和氮磷的高效固定化回收，使用简便，运行成本低，适于大规模应用。
2.本发明技术回收得到的富有微藻和氮磷的复合粘土材料，可直接作为缓释肥和吸附功能材料进行资源化应用，具有良好的经济和环境效益。
具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将膨润土和高炉水渣干燥、研磨、过筛，保留粒径不小于100目，将它们与浓度为1.5mol/L的MgCl2的溶液和1mol/L的NaOH溶液按照质量体积比0.5Kg:0.5Kg:1L:0.5L的比例混合静置6h，过滤后于110℃条件下烘干，将烘干产物在400℃条件下焙烧3h，冷却至室温后，研磨成不小于200目的物料A。
(2)本实施例中，在容积为1L的烧杯中，加入500mL的待分离小球藻污水(小球藻5×109个/mL，NH4+-N14.3mg/L，TP 4.4mg/L)，按照投加量为200mg/L的剂量，加入步骤(1)得到的材料A，以250rpm搅拌2min，以50rpm慢速搅拌10min，沉淀0.5h，测得小球藻、氮和磷的去除率分别98.1%，92.7%和99.5%。
实施例2
(1)将凹凸棒土和高炉水渣干燥、研磨、过筛，保留粒径不小于100目，将它们与浓度为1mol/L的MgCl2的溶液和0.5mol/L的NaOH溶液按照质量体积比0.5Kg:1Kg:1.5L:0.5L的比例混合静置8h，过滤后于110℃条件下烘干，将烘干产物在420℃条件下焙烧4h，冷却至室温后，研磨成不小于200目的物料A。
(2)本实施例中，在容积为1L的烧杯中，加入500mL的待分离的栅藻污水(栅藻0.47mg/L，NH4+-N11.6mg/L，TP 5.7mg/L)，按照投加量为300mg/L的剂量，加入步骤(1)得到的材料A，以250rpm搅拌3min，以50rpm慢速搅拌15min，沉淀0.5h，测得栅藻、氮和磷的去除率分别99.1%，94.1%和99.3%。
实施例3
(1)将硅藻土和高炉水渣干燥、研磨、过筛，保留粒径不小于100目，将它们与浓度为2mol/L的MgCl2的溶液和2mol/L的NaOH溶液按照质量体积比1Kg:0.5Kg:1L:0.5L的比例混合静置4h，过滤后于110℃条件下烘干，将烘干产物在440℃条件下焙烧3h，冷却至室温后，研磨成不小于200目的物料A。
(2)本实施例中，在容积为1L的烧杯中，加入500mL的待分离的微囊藻污水(微囊藻3×106个/mL，NH4+-N17.3mg/L，TP 6.4mg/L)，按照投加量为250mg/L的剂量，加入步骤(1)得到的材料A，以250rpm搅拌2min，以50rpm慢速搅拌15min，沉淀1h，测得微囊藻、氮和磷的去除率分别97.1%，93.7%和99.6%。
