公布日：2023.09.08
申请日：2023.05.26
分类号：C02F1/58(2023.01)I;C02F1/56(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/14(2006.01)N
摘要
本发明提供了一种去除废水中磷化物的复合除磷剂及其应用方法。该复合除磷剂由有机高分子聚合物、稀有金属盐和无机盐复合而成。其中，有机高分子聚合物可以选择阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、壳聚糖、改性淀粉中的一种或多种；无机盐可以选择铝盐、钙盐、铁盐中的一种或多种；稀有金属盐可以选择钇、镧、铈、钕、钛、锆、钒盐中的一种或多种。根据具体配方的不同，可以得到不同配比的复合除磷剂。该复合除磷剂可以高效去除废水中的磷化物，具有加药量少、反应迅速、去除率高、产泥量低等优点。该发明还提供了该复合除磷剂的使用方法。
权利要求书
1.一种去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，该复合除磷剂由有机高分子聚合物、稀有金属盐和无机盐复合而成，组成的质量百分比为：有机高分子聚合物5％-10％、稀有金属盐27％-32％、无机盐复合62％-70％；其中：所述的有机高分子聚合物包括阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、壳聚糖、改性淀粉的一种或多种；所述的稀有金属盐为钇盐、镧盐、铈盐、钕盐、钛盐、锆盐、钒盐的一种或多种；所述的无机盐包括铝盐、钙盐、铁盐的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，所述的铝盐包括硫酸铝、氯化铝、硅酸铝和明矾中的一种或多种；所述的钙盐包括氯化钙、硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙和草酸钙中的一种或多种；所述的铁盐包括氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，按占复合除磷剂总质量百分比计，阳离子聚丙烯酰胺的含量为10％、镧盐的含量为12％、铈盐的含量为15％、氯化铝的含量为63％。
4.根据权利要求2所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，按占复合除磷剂总质量百分比计，聚丙烯酸钠的含量为8％、镧盐的含量为20％、铈盐的含量为10％、氯化铁的含量为42％、氯化铝的含量为20％。
5.根据权利要求2所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，按占复合除磷剂总质量百分比计，阳离子聚丙烯酰胺的含量为5％、钛盐的含量为8％、铈盐的含量为25％、氯化钙的含量为30％、氯化铝的含量为32％。
6.根据权利要求2所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，按占复合除磷剂总质量百分比计，阴离子聚丙烯酰胺5％、镧盐的含量为13％、铈盐的含量为12％、硫酸铝的含量为45％、硫酸铁的含量为25％。
7.根据权利要求2所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，所述去除废水中磷化物的复合除磷的制备方法包括以下步骤：步骤一、制备有机高分子聚合物溶液向反应釜中注入去离子水，并将按质量百分比称取的阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、壳聚糖和/或改性淀粉组成的有机高分子聚合物超声分散于去离水中，得到聚合物悬浮液；步骤二、将按照质量比例称取的钇盐、镧盐、铈盐、钕盐、钛盐、锆盐和/或钒盐组成的稀有金属盐添加至所述反应釜中，超声分散直至稀有金属盐完全溶解，得到混合液A；步骤三、向混合液A中按照质量比例加入铝盐、钙盐和/或铁盐组成的无机盐，搅拌溶液直至所述无机盐完全溶解，形成复合除磷剂混合溶液；步骤四、对所述复合除磷剂混合溶液进行浓缩、过滤、干燥及造粒处理，将造粒的复合除磷剂进行包装和储存，得到最终的复合除磷剂产品。
8.根据权利要求7所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，步骤一中，搅拌所述聚合物悬浮液至聚合物完全溶解时，加热水温至为20℃-60℃，在1200-1500转/分钟条件下，搅拌时间为10-30分钟。
9.根据权利要求8所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂，其特征在于，步骤一中，向反应釜中注入去离子水的量为1L，在1L去离子水中加入15～30g的有机高分子聚合物超声分散于去离水中后，搅拌10-30分钟至聚合物完全溶解，得到有机高分子聚合物溶液。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的去除废水中磷化物的复合除磷剂的应用方法，其特征在于，步骤如下：1)准备阶段：检查液体药剂的计量泵设备，并通过离心泵将药剂卸入药剂储罐内；其中，固体药剂加水溶解后投加；2)复合除磷剂中的阴离子型聚丙烯酰胺以1‰的浓度溶解；3)加药：在进水后，投加复合除磷剂，并按照80～500ppm的浓度进行加药，加药后进行搅拌直至水中出现白色絮状物；4)加药完成后，调节水体的pH值至6.5以上，并按照1000～3000ppm的浓度加入阴离子型聚丙烯酰胺溶液，加药后进行搅拌。
发明内容
为了解决这些问题，本发明的目的在于提供一种去除废水中磷化物的复合除磷剂及其应用方法，该复合除磷剂能高效去除废水中的磷化物，具有良好的除磷除氟效果和环境友好性。制备方法简单易行，适用于废水处理领域。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种去除废水中磷化物的复合除磷剂，该复合除磷剂由有机高分子聚合物、稀有金属盐和无机盐复合而成，其组成的质量百分比为：有机高分子聚合物5％-10％、稀有金属盐27％-32％、无机盐复合62％-70％；该复合除磷剂具有高效去除磷化物的能力，同时具有良好的稳定性和再生性能。其中，所述的有机高分子聚合物包括阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、壳聚糖、改性淀粉的一种或多种；所述的无机盐包括铝盐、钙盐、铁盐的一种或多种。
作为本发明的进一步方案，所述的铝盐包括硫酸铝、氯化铝、硅酸铝和明矾中的一种或多种；所述的钙盐包括氯化钙、硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙和草酸钙中的一种或多种；所述的铁盐包括氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种或多种。
作为本发明的进一步方案，所述的稀有金属盐为钇盐、镧盐、铈盐、钕盐、钛盐、锆盐、钒盐的一种或多种。
作为本发明的进一步方案，按占复合除磷剂总质量百分比计，阳离子聚丙烯酰胺的含量为10％、镧盐的含量为12％、铈盐的含量为15％、氯化铝的含量为63％。
作为本发明的进一步方案，按占复合除磷剂总质量百分比计，聚丙烯酸钠的含量为8％、镧盐的含量为20％、铈盐的含量为10％、氯化铁的含量为42％、氯化铝的含量为20％。
作为本发明的进一步方案，按占复合除磷剂总质量百分比计，阳离子聚丙烯酰胺的含量为5％、钛盐的含量为8％、铈盐的含量为25％、氯化钙的含量为30％、氯化铝的含量为32％。
作为本发明的进一步方案，按占复合除磷剂总质量百分比计，阴离子聚丙烯酰胺5％、镧盐的含量为13％、铈盐的含量为12％、硫酸铝的含量为45％、硫酸铁的含量为25％。
本发明提供的复合除磷剂通过有机高分子聚合物、稀有金属盐和无机盐的复合，能够在废水处理中高效去除磷化物，减少对环境的污染。该复合除磷剂可根据实际需要选择不同的成分和配比，以适应不同废水的处理要求。
相对于传统的磷化物去除方法，本发明的复合除磷剂具有加药量少、反应迅速、去除率高、产泥量低的特点，有效去除废水中的磷化物，同时减少废水处理过程中的化学药剂消耗和污泥产生，实现高效、环保的废水处理。
作为本发明的进一步方案，去除废水中磷化物的复合除磷剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备有机高分子聚合物溶液
向反应釜中注入去离子水，并将按质量百分比称取的阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、壳聚糖和/或改性淀粉组成的有机高分子聚合物超声分散于去离水中，得到聚合物悬浮液；
搅拌所述聚合物悬浮液至聚合物完全溶解，形成均匀的有机高分子聚合物溶液；
步骤二、将按照质量比例称取的钇盐、镧盐、铈盐、钕盐、钛盐、锆盐和/或钒盐组成的稀有金属盐添加至所述反应釜中，超声分散直至稀有金属盐完全溶解，得到混合液A；
步骤三、向混合液A中按照质量比例加入铝盐、钙盐和/或铁盐组成的无机盐，搅拌溶液直至所述无机盐完全溶解，形成复合除磷剂混合溶液；
步骤四、对所述复合除磷剂混合溶液进行浓缩、过滤、干燥及造粒处理，将造粒的复合除磷剂进行包装和储存，得到最终的复合除磷剂产品。
作为本发明的进一步方案，步骤一中，搅拌所述聚合物悬浮液至聚合物完全溶解时，加热水温至为20℃-60℃，在1200-1500转/分钟条件下，搅拌时间为10-30分钟。
作为本发明的进一步方案，步骤一中，向反应釜中注入去离子水的量为1L，在1L去离子水中加入15～30g的有机高分子聚合物超声分散于去离水中后，搅拌10-30分钟至聚合物完全溶解，得到有机高分子聚合物溶液。
作为本发明的进一步方案，步骤二中，将71～96g的稀有金属盐添加至所述反应釜中，在20℃-60℃下超声分散10-30分钟至稀有金属盐完全溶解，得到混合液A。
作为本发明的进一步方案，步骤三中，向混合液A中加入186～210g的无机盐，在1200-1500转/分钟条件下，搅拌30-60分钟至所述无机盐完全溶解，形成复合除磷剂混合溶液。
作为本发明的进一步方案，步骤四中，所述的干燥处理采用烘箱、真空干燥或喷雾干燥等方法进行，采用压片、颗粒化或制粒方式进行造粒，得到复合除磷剂颗粒。
作为本发明的进一步方案，所述去除废水中磷化物的复合除磷剂的应用方法，包括以下步骤：
1.准备阶段：
(a)检查液体药剂的计量泵等设备是否可投用，并通过离心泵将药剂卸入药剂储罐内。对于固体药剂，需先用水溶解后投加。在进行操作时，务必注意安全防护，避免药剂误入眼睛。
(b)复合除磷剂中的阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)以1‰的浓度溶解。具体步骤如下：
首先，在溶解罐内加入1吨水，开启搅拌；然后将1kgPAM缓慢撒入水中，搅拌和溶解的时间大约为40～60分钟；溶解后的溶液应呈透明液体状，没有颗粒或胶团，并且具有一定的粘稠度和拉丝性。
2.加药：
(a)在进水后，首先投加复合除磷剂(GSP-1)，按照80～500ppm的浓度进行加药。加药后进行搅拌，会导致水中出现白色絮状物。
(b)加药完成后，水体的pH值应保持在6.5以上。
(c)根据需要，按照1000～3000ppm的浓度加入PAM溶液，即每吨水中加入1～3kg的PAM；加药后进行搅拌，会使絮体变得粗大、密实，并且沉降速度较快。
3.注意事项：
(a)出水应具有清澈的水质，可通过取上清液来检测总磷含量，但不能携带悬浮物进行检测。如果检测结果不符合要求，可以增加药剂用量，并确保出水的pH值控制在6.5以上。
(b)在刚开始调试进水时，可以将药剂用量调大，待数据正常后再逐渐减量。
(c)GSP-1和阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)不能在同一位置投加，也不能混合后投加。两者的投加应该前后分开进行，且投加间隔的水流停留时间应大于5分钟。
4.包装储存：
(a)复合除磷剂为非易燃、易爆且具有弱酸性，属于非危险品，便于运输。
(b)将复合除磷剂存放于通风阴凉处有效期可达24个月。
作为本发明的进一步方案，所述的废水处理系统可以是市政污水处理厂、工业废水处理设施或其他废水处理系统；复合除磷剂能够高效去除废水中的磷化物以及具备一定的除氟作用，使处理水中的磷含量降低到符合排放标准或再利用要求，还能够降低废水处理过程中的化学药剂消耗和污泥产生，提高处理效率和经济性。
与现有技术相比，本发明的一种去除废水中磷化物的复合除磷剂及其应用方法，具有以下有益效果：
1、反应迅速。药剂在水中释放后，其中的有效成分优先和磷化物结合反应。相比于传统净水剂(其释放时先生成氢氧化胶体，再吸附磷化物)反应更加直接、迅速。
2、加药量少。通过大量实验论证，结果表明，在磷化物去除率相同的前提下，该复合除磷剂的加药量是传统聚铝、聚铁的六分之一。也就是说，该复合除磷剂的效率是传统净水剂的六倍，优势非常明显。
3、去除率高。传统净水剂在去除磷化物方面作用有限。特别是针对某些特殊水质，当达到一定加药量后，继续增大加药量对磷化物的去除作用不再增加。而该复合除磷剂通过其优异的络合沉淀能力，去除率随加药量增大而持续提高，最高可达99.8％。
4、产泥量低。相同去除率下，加药量只为传统净水剂的六分之一。而水中污泥一般是药剂在水中释放后形成的沉淀物质，加药量越少，产生的沉淀物越少，产泥量越低。可大幅减轻污泥处置压力，节约污泥处置费用。
5、对PH影响极低。由于传统净水剂基本都是酸性水处理剂，在参与水体处理的时候会消耗水中的OH-，导致水质PH出现下降，需要定量加碱对PH进行恢复，增加水处理费用。而本申请的复合除磷剂的酸性比其他传统除磷剂低且添加量小，其本身PH在3.5～4.5。以上两种因素结合在一起，使得药剂在水中反应对水中OH-的消耗量极小，基本无需再投加液碱对PH进行恢复，节省加碱成本。
6、除浊脱色效果好。该复合除磷剂在水中生成的沉淀物为白色絮凝体，且絮体分子链长，密度大。便于在水中卷扫悬浮物质并且加速沉淀，不会因加药不当导致水体出现染色等情况，感观度更好。
7、对设备兼容性好。该复合除磷剂是传统聚铝、聚铁的升级换代产品。原有加药装置都可适合新型铝盐的存放和投加需要，对设备和现场挑剔性低，适应性好。无需增加或改造设备。
8、药剂调配灵活。该复合除磷剂可根据水质絮凝要求和除磷率灵活调配药剂生产比例，做到按需定制，更好的满足市场和客户处理需求。同时，兼具液体和固体两种型号状态，使用也更加灵活。
（发明人：任俊智;李连和;张麟;张轶凡;惠杨杨;刘晓磊;王万超;唐盼盼;吕慧芳;张嘉文）
