专利名称：天然矿物对富磷水体除磷及回收磷的定量应用方法
技术领域：
本发明属于环保矿物材料和矿物的循环利用的环境保护领域，特指两种天然矿物的特 定比例混合物对富磷水体除磷及回收磷的定量应用方法。
背景技术：
磷是水体富营养化的主要诱导因子，所以在应对日益严重的全球富营养化问题的过程 中，首先应注重对磷的控制。在发达国家，对污水中磷的处理非常重视，尤其注重在工业废水和城市生活污水的处理 过程中，对磷的回收利用；并已经研制了相对成熟的回收工艺一一以磷的无机矿物质鸟粪 石(磷酸铵镁MgNH4P046H20，俗称鸟粪石或MAP)和磷酸钙技术为主。例如，意大利的Treviso 污水处理厂，在污泥脱水上清液线路上安装了區P(俗称鸟粪石)结晶回收装置，回收率为 54%,该工艺已于2001年投入生产性运行；英国Slough污水处理厂，用MAP沉淀装置处理污 泥脱水上清液，并于2002年投产，对可溶性磷酸盐的回收率为80%;荷兰Geestmerambacht 污水厂采用Crystalactor技术回收磷酸钙。在我国，许多学者从不同的角度对除磷和磷循环利用进行了研究,但是，多数仍停留在 实验室的研究阶段。主要参考文献① 汪慧贞，王绍贵.以磷酸钙盐形式从污水厂回收磷研究.中国给水排水，2006, 122(9) :93 96;② 孙博雅，陈洪斌，2007.污水处理磷回收的研究进展.四川环境，26(1):90 94。目前，发达国家采用的除磷(回收磷)方法存在以下问题① 发达国家采用的鸟粪石和磷酸钙(磷灰石)矿物回收方法主要应用在对工业废水和 城市生活污水除磷过程中磷的回收，但无法对富营养化水体(例如富营养化湖泊水体、农 村分散式生活污水、景区富磷水体)中的磷进行去除和循环利用。② 以鸟粪石的形式除磷(回收磷)是通过投加MgCl等化学试剂，缺点是运行成本很高， 而且要求在较高的pH值(pH>9)背景下运行(这在自然界水体中是不可能的)，所以，应 用的前景有待进一步研究。③ 以磷酸钙(磷灰石)的形式除磷(回收磷)是通过投加Ca(OH)2，NaOH等化学试剂， 不仅成本较高，也同时存在运行条件要求苛刻的问题，难以进行自然界富磷水体的规模化生 产运行。④上述方法对还没有实现真正的定量处理，工艺的成熟性有待于进一步开发。 发明内容本发明的目的是提供一种用定量的天然矿物粉末混合物在富磷水体中除磷(回收磷) 的新方法；除磷(回收磷)率高，并且运行的条件要求低、成本低，不仅能够用于城市污 水的除磷、回收磷，还可以应用于富营养化湖泊水体，农村分散式污水，大、中、小型的 富营养化景观水体的除磷、回收磷 实现上述目的技术方案分别称取方解石和石膏粉末，粒径在300-500目，按4:1 10:1的质量比混合，置于 lOOmL锥形瓶中，分别加入初始磷浓度为10mg/L 2mg/L的溶液，放入恒温振荡器中，转 速为150转/min，反应时间10小时，取其上清液，用钼酸铵分光光度法测其磷的浓度。然 后，将锥形瓶中的上清液去除，把锥形瓶中的残余混合矿物粉末烘干，再分别加入磷初始 浓度是10mg/L 2mg/L的溶液100mL，在上述条件下重复反应，直至其除磷(回收磷)的 效果较低时为止。其中混合矿物中，每lg石膏对应的最大有效除磷量为4. 7mg 0. 7mg。有益效果(1) 该工艺除磷(回收磷)的效果可以达到89 95%或更高；处理后水体的磷平衡浓 度在0.2mg/L左右。(2) 确定了混合矿物的投放量与有效除磷总量的关系，使得对富磷水体(不同磷浓度) 的除磷(回收磷)实现定量化控制，并使得混合矿物粉末的除磷能力达到最大限度；即确 定了混合矿物的有效除磷总量与石膏用量正相关，并且有明显的规律性。(3) 该工艺可使得相应水体趋向中性化(pH值趋近7.5左右)发展，使水体优化， 又不会形成二次污染，使用方便。(4) 本发明与国外现有工艺相比的优点是以廉价的天然矿物进行混合配比，不需要 添加任何化学药剂，不仅能够用于城市污水的除磷、回收磷，还可以应用于富营养化湖泊 水体，农村分散式污水，大、中、小型的富营养化景观水体的除磷、回收磷。成本仅相当 于国外现有工艺的1/10—1/12。
图1石膏用量与有效除磷总量相关性示意图 在初始磷浓度分别为在10mg/L 2mg/L的溶液中，在矿物粒径在300 500目、反应时间10小时、方解石/石膏的质量比4:l 10:l的条件下,每lg石膏的最大有效除磷总量为 4. 7mg 0. 7mg，并构成了一条石膏用量与有效除磷总量最大值的关系曲线.具体实施方式
-实施例1.取4:1 (方解石/石膏的质量比)比例的混合矿物粉末3g (方解石的粒径为325目，石 膏的粒径为500目)，置于100mL锥形瓶中，加入初始磷浓度是10mg/L的溶液，pH调节至 7.5,放入恒温振荡器中，转速为150转/min，温度设为3(TC，反应10小时后取出，取其 上清液测试。然后，将锥形瓶中的上清液去除，把锥形瓶中的残余混合矿物粉末烘干，再 加入磷初始浓度是10mg/L的溶液100mL，在上述条件下重复实验，直至其除磷(回收磷) 的效果较低时为止。最后的有效除磷总量为2.796mg，有效除磷总量与石膏的相关性为lg 石膏对应4.66mg (表l，No. 1).实施例2.取15:1 (方解石/石膏的质量比)比例的混合矿物粉末10g (方解石的粒径为325目， 石膏的粒径为500目)，置于100mL锥形瓶中，加入初始磷浓度是10rag/L的溶液，pH调节 至7.5，放入恒温振荡器中，转速为150转/min，温度设为30'C，反应10小时后取出，取 其上清液测试。然后，将锥形瓶中的上清液去除，把锥形瓶中的残余混合矿物粉末烘干， 再加入磷初始浓度是10mg/L的溶液100mL，在上述条件下重复实验，直至其除磷(回收磷) 的效果较低时为止。最后的有效除磷总量为2.830mg，有效除磷总量与石膏的相关性为lg 石膏对应4. 72mg (表1， No. 2)。(本实施例说明了在初始磷浓度是10mg/L溶液中，方解石 /石膏的质量比在4:1 15:1的条件下，石膏用量与有效除磷总量的最大相关系数均稳定在 4. 7左右).实施例3。取4:1 (方解石/石膏的质量比)比例的混合矿物粉末5g (方解石的粒径为325目，石 膏的粒径为500目)，置于100mL锥形瓶中，加入初始磷浓度是4rag/L的溶液，pH调节至 7.5，放入恒温振荡器中，转速为150转/min，温度设为3CTC，反应10小时后取出，取其 上清液测试。然后，将锥形瓶中的上清液去除，把锥形瓶中的残余混合矿物粉末烘干，再 加入磷初始浓度是4mg/L的溶液100mL，在上述条件下重复实验，直至其除磷(回收磷) 的效果较低时为止。最后的有效除磷总量为1.748mg，有效除磷总量与石膏的相关性为lg 石膏对应1.75mg (表l,No.3)。实施例4。分别取4:l方解石/石膏的质量比)比例的混合矿物粉末5g(方解石的粒径为800目， 石膏的粒径为500目)，置于100mL锥形瓶中，加入初始磷浓度是2mg/L的溶液，pH调节 至7.5，放入恒温振荡器中，转速为150转/min，温度设为3(TC，反应10小时后取出，取 其上清液测试。然后，将锥形瓶中的上清液去除，把锥形瓶中的残余混合矿物粉末烘干， 再加入磷初始浓度是2mg/L的溶液100mL，在上述条件下重复实验，直至其除磷(回收磷) 的效果较低时为止。最后的有效除磷总量为0.707mg，有效除磷总量与石膏的相关性为lg 石膏对应0.707mg (表l，No.4)。(本实施例中，方解石的粒径为800目，比本发明限定的 300-500目的粒径更细，是为了进一步验证石膏的用量和有效除磷总量的相关系数在一 定浓度的磷溶液中是比较稳定的，并且与方解石的粒径相关度很低)。实施例5。分别取9:l(方解石/石膏的质量比)比例的混合矿物粉末5g (方解石的粒径为325目， 石膏的粒径为500目)，置于100mL锥形瓶中，加入初始磷浓度是2mg/L的溶液，pH调节 至7.5，放入恒温振荡器中，转速为150转/min，温度设为30'C，反应10小时后取出，取 其上清液测试。然后，将锥形瓶中的上清液去除，把锥形瓶中的残余混合矿物粉末烘干， 再加入磷初始浓度是2mg/L的溶液100mL，在上述条件下重复实验，直至其除磷(回收磷) 的效果较低时为止。最后的有效除磷总量为0.307mg，有效除磷总量与石膏的相关性为lg 石膏对应0. 61mg (表1， No. 5)。实施例6。分别取19:1 (方解石/石膏的质量比)比例的混合矿物粉末5g (方解石的粒径为325 目，石膏的粒径为500目)，置于100mL锥形瓶中，加入初始磷浓度2mg/L的溶液，pH调 节至7.5，放入恒温振荡器中，转速为150转/min，温度设为3(TC，反应10小时后取出， 取其上清液测试。然后，将锥形瓶中的上清液去除，把锥形瓶中的残余混合矿物粉末烘干， 再加入磷初始浓度是2mg/L的溶液100mL，在上述条件下重复实验，直至其除磷(回收磷) 的效果较低时为止。最后的有效除磷总量为0.181mg，有效除磷总量与石膏的相关性为lg 石膏对应0. 72mg (表1， No. 6)。(本实施例结合实施例4、 5,说明了在初始磷浓度是2mg/L 溶液中，方解石/石膏的质量比在4:1 9:1 19:1的条件下，石膏用量与有效除磷总量的 最大相关系数均稳定在0. 7左右)。表l主要实验测试数据一览表实 验 No.重复 次数初始 磷 浓度 (mg/L)混合 矿物 用量 (g)石膏 用量 (g)方解石 /石膏 (质量比)反应 后磷 浓度 (mg/L)磷 去除 率 (%)有效 磷去除 量(mg)与石膏 相关性 1)与 方解石 相关性 2)与矿物 总量 相关性 3)No.l1 J100.60410.61393.870.9392100.604 :10.56594.350.94431030.604 :10.86391.370.9144*100.604 二14.01659.842.7964.661.160.93No.211010'0.615:i0.54994.510.94510100.615:l0.36196.390.964310100.615:l0.79492.060.9214*10100.615:i2.5374.7S 2.8304.720.300.28No.3141.004i0.54186.500.34641.004 :i0.49787.600.350341.004 :i0.48288.000.352441.004 二i0.42289.500.35841.004 :i0.58285.450.3426承41.004 二i1.10372.431.7481.750.440.35No.4121.004 :i0.23088.500.17721.004 :i0.15992.100.184321.004 二i0.21889.100.17841.004 :l0.32683.700.167 S 0.7070.710.180.14No.5120.509 :l0.23088.500.177220.509 :l0.69665.200.1303*20.509 :l1.09045.500.3070.610.070.06No.610.2519:l0.19590.250.1812*0.2519:l1.00749.653承20.2519二 l1.8328.400.1810.720.040.041) 与石膏相关性的计算方法有效除磷总量(2p) /实验中的石膏使用量2) 与方解石相关性的计算方法有效除磷总量(2p) /实验中的方解石使用量3) 与矿物总量相关性的计算方法有效除磷总量(2p) /实验中的矿物总使用量注带有*的数据在计算有效磷总量时被剔除，剔除的标准是在初始磷浓度为4-10mg/L的溶液中，处理后的溶液的 磷平衡浓度〉lmg/L，在初始磷浓度为2mg/L的溶液中，处理后的溶液磷平衡浓度〉0. 5mg/L。
权利要求
1.天然矿物对富磷水体的除磷及回收磷的定量方法，其特征是其分别称取方解石和石膏粉末，粒径在300-500目之间，按4∶1～10∶1的质量比混合，分别置于100mL锥形瓶中，分别加入初始磷浓度为10mg/L～2mg/L的溶液，pH调节到7.5，放入恒温振荡器中，转速为150转/min，温度为30℃，反应时间为10小时，对同一种混合矿物在此条件下重复反应，其中每1g石膏用量对应的有效除磷总量为4.7mg～0.7mg。
全文摘要
本发明提供了一种用天然矿物在富磷水体中除磷(回收磷)的定量工艺方法。其分别称取方解石和石膏粉末，粒径在300～500目，按4∶1～10∶1的质量比混合，反应时间为10小时的条件下，在初始磷浓度为10mg/L～2mg/L的溶液中，每1g石膏粉末对应的有效除磷总量为4.7mg～0.7mg；并形成了一条石膏用量与有效除磷总量最大值的关系曲线。本工艺定量使用混合矿物，并使之除磷的能力达到最大限度；该工艺能够应用于城市污水处理末端的富磷上清液的除磷(回收磷)，还可以应用于农村分散式生活污水，富营养化湖泊水体，大、中、小型的富营养化景观水体的除磷(回收磷)。
文档编号C02F1/58GK101333024SQ20081002088
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月30日 优先权日2008年7月30日
发明者喻鹏辉, 宏 张, 高洪刚 申请人:江苏工业学院