基于水熱改性的除磷晶種制備及其除磷特性研究.pdf

1、磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要元素之一,又是不可再生且面臨枯竭的重要自然資源,因此,研究高效除磷技術(shù),開(kāi)發(fā)新的磷資源迫在眉睫。利用結(jié)晶法去除并回收廢水中的磷是目前公認(rèn)的既能有效防治水體富營(yíng)養(yǎng)化,又能實(shí)現(xiàn)磷資源可持續(xù)利用的有效途徑,具有重要的研究?jī)r(jià)值。
　　 本文以模擬低濃度含磷廢水為處理對(duì)象,對(duì)比考察了投加石英砂、陶粒、鋼渣和礦渣材料對(duì)廢水除磷的作用特性,篩選出了能夠有效促進(jìn)磷酸鹽結(jié)晶反應(yīng)的材料;探討了不同活化改性方法對(duì)已篩選材料誘

2、導(dǎo)結(jié)晶除磷效能的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,利用機(jī)械活化后的粉末鋼渣和礦渣分別制備了除磷晶種基質(zhì)材料,進(jìn)而通過(guò)水熱改性獲得了具有高效吸附和堿度及離子緩釋效能的除磷晶種,總結(jié)提出了基于水熱改性的新型除磷晶種制備方法;系統(tǒng)考察了除磷晶種處理低濃度含磷廢水的結(jié)晶除磷特性,利用XRD和SEM-EDS等手段對(duì)除磷反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行表征、分析,初步探討了除磷晶種的結(jié)晶除磷機(jī)理。
　　 研究結(jié)果表明,在不調(diào)節(jié)原廢水水質(zhì)的條件下,投加石英砂、陶粒、鋼渣和礦

3、渣對(duì)模擬廢水中磷的去除具有不同的作用效果。其中,鋼渣的除磷能力顯著優(yōu)于礦渣,而陶粒和石英砂基本不具備除磷能力。
　　 提高模擬含磷廢水的初始Ca/P、pH值、磷濃度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,可有效提高投加晶種材料的除磷效率。當(dāng)Ca/P＞2.0時(shí),除磷效率緩慢增加;當(dāng)溶液pH＞9時(shí),除磷效率顯著提高;當(dāng)初始磷濃度＞10mg/L時(shí),除磷效率顯著高于低濃度時(shí)的除磷效率(＜10mg/L);當(dāng)結(jié)晶反應(yīng)時(shí)間＞24h時(shí),再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)結(jié)晶除磷效率無(wú)顯

4、著影響。
　　 在本實(shí)驗(yàn)條件下,投加陶粒和石英砂對(duì)模擬廢水除磷效能沒(méi)有明顯改善,而投加鋼渣可有效去除模擬廢水中的磷,說(shuō)明具有釋放堿度和鈣離子能力的材料能夠促進(jìn)結(jié)晶除磷過(guò)程,是制備高效除磷晶種的良好基質(zhì)材料。
　　 通過(guò)對(duì)比考察機(jī)械法、水熱法和機(jī)械-水熱聯(lián)合法對(duì)鋼渣和礦渣的除磷活化效果,發(fā)現(xiàn)改性處理可有效提高鋼渣和礦渣的除磷效能,其中機(jī)械—水熱法活化效果最佳。因此,首先利用機(jī)械活化法對(duì)鋼渣和礦渣進(jìn)行破碎、粗磨處理,經(jīng)篩分后

5、獲得粒徑為3-5mm顆粒鋼渣和顆粒礦渣;利用進(jìn)一步研磨所得的鋼渣和礦渣粉末,通過(guò)造粒、成型和養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié),制備鋼渣基復(fù)合濾料和礦渣基復(fù)合濾料,并與顆粒鋼渣和顆粒礦渣共同作為除磷晶種基質(zhì)材料,進(jìn)行進(jìn)一步的水熱改性活化處理。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明,水熱改性活化處理可顯著提高四種基質(zhì)材料的除磷能力,改性溫度、改性時(shí)間、NaOH濃度及液固比對(duì)活化效果具有重要影響。提高改性溫度、NaOH濃度和液固比,延長(zhǎng)改性時(shí)間,對(duì)鋼渣、礦渣和礦渣基復(fù)合濾料的

6、結(jié)晶除磷效能有明顯促進(jìn)作用,其最佳改性溫度、改性時(shí)間、NaOH濃度和液固比分別為200℃、24h、6M和1;而鋼渣基復(fù)合濾料的改性活化條件與其他三種有所差異,最佳改性溫度、改性時(shí)間、NaOH濃度和液固比分別為105℃、6h、6M和1。
　　 綜合考慮機(jī)械活化和水熱改性的處理成本及基質(zhì)材料結(jié)晶除磷效能,總結(jié)得出基于不同基質(zhì)材料的除磷晶種制備方法,獲得了四種除磷晶種材料,其水熱改后的除磷能力分別為:顆粒鋼渣6.88mg/cm3、顆粒

7、礦渣4.67mg/cm3、鋼渣基復(fù)合濾料5.63mg/cm3、礦渣基復(fù)合濾料4.19mg/cm3,較改性前分別提高了60.8％、45.2％、54.8％、39.9％。
　　 研究發(fā)現(xiàn),除磷晶種的結(jié)晶除磷特性與其堿度及鈣離子緩釋能力密切相關(guān),當(dāng)溶液初始Ca/P=2,pH=8.0時(shí),改性顆粒鋼渣、顆粒礦渣及礦渣基復(fù)合濾料的堿度及鈣離子釋放速度較快,其結(jié)晶除磷效能衰減速度快于改性鋼渣基復(fù)合濾料,后者具有更為持久的連續(xù)除磷能力。
　

8、　 XRD和SEM-EDS表征結(jié)果表明,不同反應(yīng)條件下晶種材料的結(jié)晶除磷產(chǎn)物為不同形式的磷酸鈣;隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),磷酸鈣沉淀晶化程度逐漸加強(qiáng),晶核數(shù)量逐漸增多同時(shí)晶體逐漸增大,轉(zhuǎn)化為結(jié)晶度不高的球狀羥基磷酸鈣(Ca5(PO4)3OH)晶體,其Ca/P=1.66,與理論值(1.67)基本一致?；谒疅岣男灾苽涞匿撛鶑?fù)合濾料含有大量的水化硅酸鈣C-S-H和Ca(OH)2,能夠釋放出結(jié)晶過(guò)程所需的堿度和鈣離子,從而促進(jìn)磷酸鹽以磷酸鈣的形