一种用煅烧菱铁矿深度去除水中磷的方法
【专利说明】
一、技术领域
[0001 ] 本发明涉及生活污水、地面水体深度除磷的方法。
二、【背景技术】
[0002]随着水污染的加剧，我国地面水体普遍发生富营养化。国家设立水污染控制重大专项进行研究，投入巨资进行城市污水处理设施建设，提高城市生活污水的处理率。然而，目前城市生活污水处理普遍采用好氧活性污泥法工艺，但是好氧生物处理出水中总氮、总磷的浓度仍然分别达到20-35mg/L、0.3-3.0mg/L，是湖泊水体二类标准的10-50倍。很多情况下生活污水经过二级处理难以稳定达到国家一级A排放标准，需要增加深度处理设施以保证出水达标。生活污水处理即使达到排水标准，但对于已经富营养化的水体，需要对废水进行更严格的脱氮除磷才能保证水体的生态环境。尤其是生活污水处理后作为景观用水等实现废水资源化，生活污水处理厂二级处理出水需要进一步脱氮除磷才能满足废水资源化应用要求。
[0003]废水中高浓度磷的处理一般用石灰沉淀法、铁盐沉淀法或铝盐沉淀法。在中性pH值下沉淀的钙磷酸盐溶度积较大，控制较高的PH值来保证沉淀除磷出水较低的磷浓度，不仅造成药剂消耗量过大，而且出水PH值过高，满足不了排放要求。因而用石灰处理低浓度磷不能达到预期效果。当水中磷浓度很低时，铁、铝离子与磷酸根形成溶胶，很难用通常使用的沉淀池把磷酸盐沉淀从水中分离出来。为了提高沉淀除磷效果，必须投加远超过沉淀磷所需剂量的沉淀剂，导致铁、铝金属离子投加量大。
[0004]国内外已有很多学者在吸附法除磷方面做了研究，常用除磷吸附剂主要有沸石、方解石、膨润土、凹凸棒石、蛭石、赤泥、粉煤灰等天然矿物质和固体废物，这些粘土矿物和材料对磷有一定的吸附作用，但是吸附容量低，再生比较困难。为了提高除磷吸附剂的吸附能力，很多学者进行除磷复合材料的制备研究，包括用有机废物作载体负载La、Ce、Fe等金属离子，用石英砂、蒙脱石、凹凸棒石、沸石等矿物做载体负载La、Al、Fe制备改性吸附剂，这些复合吸附剂具有较高的除磷吸附作用。从国内外研究结果来看，上述复合材料具有较好吸附作用的原因是吸附剂表面活性组分Fe' Al' La' Ce3+氢氧化物与磷酸根具有较强的化学键合作用。用稀土元素改性的吸附材料除磷效率高，但是价格昂贵，推广应用的前景不大。廉价的高效除磷吸附剂仍然有待开发。
三、
【发明内容】
[0005]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种用煅烧菱铁矿深度去除水中磷的方法。
[0006]本发明解决技术问题，采用如下技术方案:
[0007]本发明用煅烧菱铁矿深度去除水中磷的方法，其特点在于按照如下步骤进行:
[0008](I)选择菱铁矿含量大于60 %的沉积菱铁矿矿石；
[0009](2)把沉积菱铁矿矿石破碎、筛分，获得粒径在0.5?3_之间的菱铁矿颗粒物；
[0010](3)把所述菱铁矿颗粒物于500?850°C煅烧，快速转变为以赤铁矿为主要物相的纳米结构化煅烧菱铁矿颗粒物；
[0011](4)把所述煅烧菱铁矿颗粒物装填到深度除磷过滤池中作为除磷吸附剂，把含磷的生活污水二级处理出水、或者微污染水、或者富营养化地表水，以水力停留时间0.5-2h过滤方式流过所述深度除磷过滤池进行处理，处理后出水磷浓度小于0.lmg/Lo
[0012]以本发明的除磷吸附剂处理磷浓度lmg/L的生活污水二级处理出水时，有效运行时间长达6年，除磷吸附剂材料失效后用作无土栽培的营养颗粒材料。
[0013]本发明用煅烧菱铁矿深度去除水中磷的方法，其突出效果体现在以下几个方面:
[0014]1、菱铁矿是分布广泛的一种碳酸盐矿物，主要形成于缺氧、厌氧沉积环境，以层状和透镜状产出于沉积地层中。我国蕴藏有丰富的低品位沉积菱铁矿资源，而且菱铁矿矿石常常在一些金属矿山作为伴生矿开采。低品位菱铁矿通常情况下因为选矿加工困难在冶金行业还没有得到合理利用，常常在矿山开采中作为废石抛弃，既占用了土地，又破坏了环境。低品位菱铁矿矿石通过煅烧制备纳米结构化的吸附除磷材料，既解决了低品位菱铁矿的出路，又为水处理提供了功能性材料。
[0015]2、菱铁矿在500-850°C煅烧快速分解相变为赤铁矿的过程中纳米化，从而可以获得比表面积大于40m2/g、孔隙率大于25%的纳米结构化煅烧菱铁矿材料。该纳米结构化煅烧菱铁矿多孔材料对水中微量的磷具有高效专性吸附作用，用煅烧菱铁矿吸附去除水中微量磷可以使出水磷浓度达到三类地面水体标准，吸附运行周期可以超过5年。
[0016]3、煅烧菱铁矿材料表面在吸附除磷的同时，由于内外表面对有机物的吸附和微生物附着，在滤池的上部和下部不同部位分别同时存在好氧硝化菌和反硝化菌，同时对水中的氨氮和硝酸盐具有去除作用。
四、【具体实施方式】
[0017]本发明的非限定实施例叙述如下。
[0018]实施例1
[0019]选择菱铁矿含量大于60 %的沉积菱铁矿矿石；
[0020]把菱铁矿矿石破碎、筛分获得粒径在l_2mm之间的菱铁矿颗粒物；
[0021 ] 把上述菱铁矿颗粒物于600?700°C煅烧，使其快速分解转变为赤铁矿，获得纳米结构化煅烧菱铁矿颗粒物；
[0022]把上述煅烧菱铁矿颗粒物装填到直径100mm、高度1500mm滤柱中，作为模拟深度除磷过滤池，装填高度100mm ；
[0023]以自来水配制的含磷浓度为10mg/L的模拟水作为实验用水，以水力停留时间Ih流过上述模拟深度除磷过滤池，经检测出水磷浓度始终小于0.lmg/L，直至运行8个月后出水磷浓度才开始出现大于0.lmg/Lo
[0024]计算表明若处理含磷浓度lmg/L的二级处理后生活污水，其寿命长近6年。
【主权项】
1.一种用煅烧菱铁矿深度去除水中磷的方法，其特征在于按照如下步骤进行: (1)选择菱铁矿含量大于60%的沉积菱铁矿矿石； (2)把沉积菱铁矿矿石破碎、筛分，获得粒径在0.5?3mm之间的菱铁矿颗粒物； (3)把所述菱铁矿颗粒物于500?850°C煅烧，快速转变为以赤铁矿为主要物相的纳米结构化煅烧菱铁矿颗粒物； (4)把所述煅烧菱铁矿颗粒物装填到深度除磷过滤池中作为除磷吸附剂，把含磷的生活污水二级处理出水、或者微污染水、或者富营养化地表水，以水力停留时间0.5-2h过滤方式流过所述深度除磷过滤池进行处理，处理后出水磷浓度小于0.lmg/Lo
【专利摘要】本发明公开了一种用煅烧菱铁矿深度去除水中磷的方法，其特征在于：把粒径在0.5-3mm之间的菱铁矿颗粒物于500-850℃煅烧，使其快速分解为赤铁矿，获得纳米结构化煅烧菱铁矿颗粒物；然后把煅烧菱铁矿颗粒物装填到深度除磷过滤池中作为除磷吸附剂，吸附去除水中微量的磷酸盐，出水磷浓度达到地面水体三类标准。
【IPC分类】C02F1/28, C02F3/30, C02F101/16
【公开号】CN105217713
【申请号】CN201510579786
【发明人】陈天虎, 邢波波, 陈斌, 邹雪华, 庆承松
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月11日