改性硅酸钙及其在污水除磷中的应用

改性硅酸钙及其在污水除磷中的应用

申请日期：2013.12.04

公佈（公告）日期：2014.02.26

IPC分类号/10;/30;C02F3/28;C02F1/28;C02F1/58;/24

概括

本发明公开了一种改性硅酸钙及其在污水除磷中的应用，属于环境工程与废水处理领域。本发明提供的改性硅酸钙含有30％-60％的钙源物质、30％-60％的硅源物质、0.3％-6％的分散剂、0％-30％的水，粒径为0.3-60μm；还具有粒径小、比表面积大的特点，加入到厌氧反应装置中，一方面可以通过吸附环境中的磷酸根离子和钙离子生成钙羟基磷灰石沉淀附着在其表面，防止鸟粪石结垢；另一方面，改性硅酸钙还可以作为污泥的载体材料，附着在厌氧污泥表面，增加污泥的比表面积，富集更多的反硝化聚磷菌，从而达到最大的除磷效果。 与同类除磷及磷回收方法相比，本发明可以更为有效的去除高磷含水废水中的磷，从而达到降低运行成本等目的。

索赔

1.一种改性硅酸钙，包括30％～60％的钙源物质、30％～60％的硅源物质、0.3％～6％的分散剂、0％～30％的水，粒径为0.3～60μm。

2.根据权利要求1所述的改性硅酸钙，其特征在于：所述钙源物质为硝酸钙、氢氧化钙或氯化钙。

3.根据权利要求1所述的改性硅酸钙，其特征在于：所述硅源材料为硅酸钠、硅酸钾、正硅酸四乙酯或正硅酸盐。

4.根据权利要求1所述的改性硅酸钙，其特征在于：所述分散剂为无水乙醇、聚乙二醇、乙二醇或甘油，其加入量为钙源材料质量的1%-10%。

5.根据权利要求1所述的改性硅酸钙，其中所述改性硅酸钙的钙硅摩尔比为0.5-2:1。

6.根据权利要求1所述的改性硅酸钙，其特征在于，其含有30％的水。

7.根据权利要求 1所述的改性硅酸钙的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1)向钙源、硅源溶解罐中加入等体积的水； (2)向钙源溶解罐中加入钙源物质和分散剂，使得钙源物质的最终浓度在 1mol/L 以内，分散剂的质量为钙源物质质量的 1%-10% ； (3)向硅源溶解罐中加入硅源物质，使得两溶解罐中钙硅摩尔比为 0.5-2:1 ； (4)待两溶解罐中的物质完全溶解后，将两溶解罐中的溶液以相同的速度引入混合反应罐进行混合反应，混合反应温度为 30-60°C，搅拌速度为 100-250r/min，反应时间为 6h； (5)将得到的改性硅酸钙粗品依次用去离子水和无水乙醇洗涤、过滤三次，然后在室温或60℃下干燥，即可得到改性硅酸钙产品。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，具体步骤为： (1)向钙源溶解罐中加入1L水、终浓度为1mol/L的硝酸钙和占硝酸钙质量4%-5%的聚乙二醇作为分散剂；向硅源溶解罐中加入1L水和终浓度为0.67mol/L的硅酸钠； (2)待两个溶解罐中的溶质完全溶解后，将两个溶解罐中的溶液同时引入混合反应罐，出水时间为1小时，混合反应反应温度为48.2℃，混合搅拌速度为150r/min，混合反应时间为6小时； (3)将混合反应罐中得到的改性硅酸钙粗品依次用去离子水、无水乙醇洗涤、过滤三次，然后在60℃真空干燥1小时，即可得到粒径为0.3μm的改性硅酸钙产品。

9.一种利用权利要求1至6任一项所述的改性硅酸钙去除污水中磷的方法。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在采用厌氧反应器UASB处理污水的厌氧阶段添加改性硅酸钙，每升混合废水添加改性硅酸钙的投加量为0.01-2g，反应器内pH值为6.5-7.5。

手动的

改性硅酸钙及其在废水除磷中的应用

技术领域

本发明涉及改性硅酸钙及其在污水除磷中的应用，属于环境工程与废水处理领域。

背景技术

近年来，大量含氮、含磷废水被排入水体，造成严重的富营养化问题，给人们的生活造成极大影响。然而磷是地球上的不可再生资源，据统计，地球上可开采的磷酸盐资源仅够使用不到50年，如何高效去除废水中的磷，将这些宝贵的资源回收利用，保证经济和生活的可持续发展迫在眉睫。

通常废水除磷的方法有两种：化学法和生物法。其中，化学法通过添加晶体材料达到较好的除磷效果，在一定条件下使预处理后的废水吸附结晶，但晶体材料的添加不仅增加了工艺成本，而且易受环境条件的影响。生物法工艺成本很低，但由于操作复杂，反应周期长，厌氧阶段鸟粪石（粘着力强的磷酸镁铵）易结垢，最终导致除磷效率低。因此，如何选择晶体材料降低其工艺成本，如何提高生物工艺反应效率成为日益关注的焦点。本发明制备的改性硅酸钙，要求条件温和；同时，处理后的废水不需要预处理，因此生产成本低。本发明采用改性硅酸钙吸附法和改性硅酸钙富集的聚磷菌联合去除废水中的磷，可最大限度提高废水中磷的去除效率。

由于制备的改性硅酸钙粒径小，具有较大的比表面积，更容易将水中的磷酸根离子和钙离子吸附到表面，防止鸟粪石结垢。同时，附着在厌氧污泥表面的改性硅酸钙还可以作为污泥的载体材料，增加污泥的比表面积以富集更多的反硝化聚磷菌，从而达到最大的除磷效果。同时，厌氧装置在产气过程中可以促使污泥和改性硅酸钙与废水充分混合，从而提高反应效率，减少反应时间。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种改性硅酸钙，所述改性硅酸钙成品含有30％～60％的钙源材料、30％～60％的硅源材料、0.3％～6％的分散剂、0％～30％的水，粒径为0.3～60μm；上述百分比均为质量百分比。

所述钙源材料为硝酸钙、氢氧化钙、氯化钙等，优选为硝酸钙。

所述硅源材料为硅酸钠、硅酸钾、硅酸四乙酯、硅酸盐等，优选为硅酸钠、硅酸钾。

分散剂为无水乙醇、聚乙二醇、乙二醇、甘油等有机溶剂，优选聚乙二醇，加入量为钙源材料质量的1%-10%。

该改性硅酸钙分子式为Cax(SiO3)y·nH2O，其中x∶y为0.5～2∶1，n为0～6。

含水量以30%为宜。

改性硅酸钙的粒径通过分散剂种类、分散剂用量、混合反应槽的搅拌速度、温度等控制在0.3-60μm范围内，根据不同的操作环境可选择不同的粒径。当需要回收硅酸钙物料时，可适当加大粒径，有利于筛分、脱磷分离；当需要回收负载物料作为生化肥料时，可选择较小的粒径，以达到经济效益的最大化。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种改性硅酸钙的制备方法，采用共沉淀法，在形成不同浓度的钙源物质和硅源物质的沉淀的同时，利用有机分散剂改变沉淀物质的结构，控制反应温度和搅拌强度，最终得到不同粒径的改性硅酸钙； 该方法包括如下步骤：（1）在钙源、硅源溶解罐中加入等体积的水；（2）在钙源溶解罐中加入钙源物质和分散剂，使钙源物质的最终浓度在1mol/L以内（饱和浓度），分散剂的加入量为钙源物质质量的1％～10％；（3）在硅源溶解罐中加入硅源物质，使两溶解罐中的钙硅摩尔比为0.5～2∶1；（4）待两溶解罐中的物料完全溶解后，两溶解罐中的溶液以相同的速度进入混合反应罐进行混合反应，混合反应温度为30～60℃，搅拌速度为100～250r/min，反应时间为6h；（5）将得到的改性硅酸钙粗品依次用去离子水和无水乙醇洗涤、过滤三次，然后干燥。在室温或60℃下烧结，得到改性硅酸钙产品。

该制备方法优选的步骤为： (1)钙源溶解罐的溶剂为水，溶剂体积为1L，溶质为硝酸钙，溶质浓度为1mol/L，按钙源材料的质量比4%-5%添加聚乙二醇作为分散剂；硅源溶解罐的溶剂为水，溶剂体积为1L，溶质为硅酸钠，溶质浓度为0.67mol/L； (2)待两个溶解罐中的溶质完全溶解后，将两个溶解罐中的溶液同时引入混合反应罐，出水时间为1h，混合反应的反应温度为48.2℃，混合搅拌速度为150r/min，混合反应时间为6h； (3)将混合反应罐得到的改性硅酸钙粗品依次用去离子水、无水乙醇洗涤、过滤三次，再于60℃真空干燥1h，即可得到粒径为0.3μm的改性硅酸钙产品。

本发明所要解决的技术问题之三是提供一种将改性硅酸钙应用于厌氧装置UASB高效除磷并回收磷的方法，其中，在厌氧反应装置厌氧阶段(废水引入后3小时开始)加入改性硅酸钙，在反应装置中污泥与废水混合均匀、反应装置内pH值在6.5-7.5之间时，每升混合废水加入改性硅酸钙的投加量为0.01-2g。厌氧装置中的厌氧污泥呈颗粒状或部分絮状、螺旋状、棒状等形态，改性硅酸钙加入反应装置后，在污泥中的停留时间为5-10天。一方面可以充分吸收废水中的磷，同时也可以被改性硅酸钙吸收； 另一方面可以吸收废水中部分残留污泥，有利于泥水分离。

作为有别于传统除磷回收方法的方法，本发明方法采用高效、强吸附能力的改性硅酸钙材料，与厌氧反应装置中的反硝化聚磷菌充分结合。改性硅酸钙（0.3-60μm）由于粒径小，比一般吸附剂具有更大的表面积。分散剂的加入增加了硅酸钙分子层状结构的空间，可以有效吸附环境中的磷酸根离子和钙离子，防止鸟粪石结垢；同时附着在厌氧污泥表面的改性硅酸钙还可以作为污泥的载体材料，增加污泥的比表面积以富集更多的反硝化聚磷菌，从而达到最大的除磷效果；最后，改性硅酸钙材料的加入还可以防止废水厌氧处理过程中鸟粪石结垢。 本发明提出的利用改性硅酸钙吸附去除厌氧反应过程中磷的方法，可有效克服化学除磷方法原料成本高、生物除磷方法效率低的缺点。