申請(qǐng)日2013.12.04

　　公開(kāi)(公告)日2014.02.26

　　IPC分類號(hào)B01J20/10; B01J20/30; C02F3/28; C02F1/28; C02F1/58; C01B33/24

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種改性硅酸鈣及其在污水除磷中的應(yīng)用，屬于環(huán)境工程和廢水處理領(lǐng)域。本發(fā)明提供的改性硅酸鈣含有鈣來(lái)源物質(zhì)30%-60%、硅來(lái)源物質(zhì)30%-60%、分散劑0.3%-6%、水0%-30%，粒徑為0.3-60μm;同時(shí)具有顆粒粒徑小、比表面積大等特性，投加到厭氧反應(yīng)裝置中，一方面可以通過(guò)吸附環(huán)境中的磷酸根離子和鈣離子，生成鈣羥基磷灰石沉淀附著在其表面以防止鳥(niǎo)糞石結(jié)垢;另一方面改性硅酸鈣還能夠作為污泥的載體材料，附著在厭氧污泥表面，增大污泥的比表面積以富集更多反硝化聚磷菌，進(jìn)而達(dá)到最大化的除磷效果。與同類除磷和回收磷方法相比，本發(fā)明更能有效去除高磷含量廢水中的磷，從而達(dá)到降低運(yùn)行成本等目的。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種改性硅酸鈣，含有鈣來(lái)源物質(zhì)30%-60%、硅來(lái)源物質(zhì)30%-60%、分散劑0.3%-6%、 水0%-30%，粒徑為0.3-60μm。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅酸鈣，其特征在于，所述鈣來(lái)源物質(zhì)為硝酸鈣、氫氧化 鈣或氯化鈣。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅酸鈣，其特征在于，所述硅來(lái)源物質(zhì)為硅酸鈉、硅酸鉀、 正硅酸四乙酯或正硅酸鹽。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅酸鈣，其特征在于，所述分散劑為無(wú)水乙醇、聚乙二醇、 乙二醇或丙三醇，分散劑的添加劑量是鈣源物質(zhì)質(zhì)量的1%-10%。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅酸鈣，其特征在于，所述改性硅酸鈣的鈣:硅摩爾比為 0.5--2:1。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅酸鈣，其特征在于，含30%水。

　　7.一種制備權(quán)利要求1所述改性硅酸鈣的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)向鈣 源、硅源溶解池中添加等體積的水;(2)向鈣源溶解池中添加鈣源物質(zhì)和分散劑，使得鈣源 物質(zhì)終濃度在1mol/L以內(nèi)，分散劑質(zhì)量為鈣源物質(zhì)質(zhì)量的1%-10%;(3)向硅源溶解池中加 硅源物質(zhì)，使兩溶解池中鈣硅摩爾比為0.5-2:1;(4)待兩溶解池中的物質(zhì)完全溶解后，將兩 溶解池中的溶液以相同速度進(jìn)入到混合反應(yīng)池中進(jìn)行混合反應(yīng)，混合反應(yīng)溫度為30-60℃，攪 拌速度為100-250r/min，反應(yīng)時(shí)間為6h;(5)將所得粗改性硅酸鈣用去離子水和無(wú)水乙醇先 后洗滌過(guò)濾3次后，常溫或60℃干燥得到改性硅酸鈣成品。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，具體步驟為：(1)向鈣源溶解池加1L水、 終濃度為1mol/L的硝酸鈣及占硝酸鈣質(zhì)量4%-5%的聚乙二醇作分散劑;向硅源溶解池加1L 水、終濃度為0.67mol/L的硅酸鈉;(2)待兩個(gè)溶解池中溶質(zhì)完全溶解后，將兩個(gè)溶解池中 的溶液同時(shí)進(jìn)入到混合反應(yīng)池中，出水時(shí)間為1h，混合反應(yīng)的反應(yīng)溫度為48.2℃，混合攪拌 速度為150r/min，混合反應(yīng)時(shí)間為6h;(3)將混合反應(yīng)池中得到的粗改性硅酸鈣用去離子 水和無(wú)水乙醇先后洗滌過(guò)濾3次后，60℃真空干燥1h后得到粒徑為0.3μm的改性硅酸鈣成 品。

　　9.應(yīng)用權(quán)利要求1-6任一所述改性硅酸鈣于污水除磷的方法。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，是在利用厭氧反應(yīng)裝置UASB處理污水 的厭氧階段投加改性硅酸鈣，每L混合廢水投加改性硅酸鈣的劑量為0.01-2g，并且反應(yīng)裝 置中的pH為6.5-7.5。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種改性硅酸鈣及其在污水除磷中的應(yīng)用

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種改性硅酸鈣及其在污水除磷中的應(yīng)用，屬于環(huán)境工程和廢水處理領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　近年來(lái)，大量的含氮、磷廢水排放到水體中，帶來(lái)了嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，給人們 生活造成極大的影響。然而，磷元素又是地球上不可再生資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)地球上可開(kāi)采的磷礦 資源僅夠不到50年。如何高效的去除廢水中的磷元素和回收這些寶貴資源，以保證經(jīng)濟(jì)、生 活的可持續(xù)發(fā)展性已迫在眉睫。

　　通常，去除廢水中磷元素的方法有：化學(xué)方法和生物方法。其中，化學(xué)方法通過(guò)投加晶 體材料，在一定的條件下，將預(yù)處理好的廢水經(jīng)過(guò)吸附和結(jié)晶達(dá)到較好的除磷效果，但投加 晶體材料不僅增加了工藝成本，還很容易受到環(huán)境條件的影響。生物方法工藝成本很低，但 因操作復(fù)雜，反應(yīng)周期長(zhǎng)以及易在厭氧段造成鳥(niǎo)糞石(磷酸銨鎂，具有很強(qiáng)的粘附性)結(jié)垢 而最終導(dǎo)致除磷效率低下。因此，如何選取晶體材料降低其工藝成本，如何提高生物工藝反 應(yīng)效率，正成為日益關(guān)注的焦點(diǎn)。在本發(fā)明中所制備的改性硅酸鈣所需條件溫和;同時(shí)，處 理的廢水不需預(yù)處理，因而生產(chǎn)成本較低。本發(fā)明中，改性硅酸鈣吸附、以及由改性硅酸鈣 富集的聚磷菌對(duì)廢水中磷的聯(lián)合去除作用，可最大限度的提高廢水中的磷的去除效率。

　　由于制備的改性硅酸鈣粒徑較小，因而其具有較大的比表面積，從而更容易的將水中的 磷酸根離子和鈣離子吸附到表面以防止鳥(niǎo)糞石結(jié)垢，同時(shí)附著在厭氧污泥表面的改性硅酸鈣 還能夠作為污泥的載體材料，增大污泥的比表面積以富集更多反硝化聚磷菌，進(jìn)而達(dá)到最大 化的除磷效果。同時(shí)，厭氧裝置在產(chǎn)氣過(guò)程中可促進(jìn)污泥以及改性硅酸鈣與廢水的充分混合， 進(jìn)而可提高了反應(yīng)效率，減小了反應(yīng)時(shí)間。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種改性硅酸鈣。所述改性硅酸鈣成品含有鈣來(lái) 源物質(zhì)30%-60%、硅來(lái)源物質(zhì)30%-60%、分散劑0.3%-6%、水0%-30%，粒徑為0.3-60μm; 所述百分比為質(zhì)量百分比。

　　所述鈣來(lái)源物質(zhì)為硝酸鈣、氫氧化鈣、氯化鈣等，優(yōu)選硝酸鈣。

　　所述硅來(lái)源物質(zhì)為硅酸鈉、硅酸鉀、正硅酸四乙酯、正硅酸鹽類等，優(yōu)選硅酸鈉、硅酸 鉀。

　　所述分散劑為無(wú)水乙醇、聚乙二醇、乙二醇、丙三醇等有機(jī)溶劑，優(yōu)選聚乙二醇。所加 入的劑量為鈣源物質(zhì)質(zhì)量的1%-10%。

　　所述改性硅酸鈣的分子式為Cax(SiO3)y·n H2O，其中x:y為0.5-2:1，n為0-6。

　　所述水的含量?jī)?yōu)選30%。

　　所述改性硅酸鈣的粒徑通過(guò)分散劑的種類、分散劑的投加量、混合反應(yīng)池的攪拌速度和 溫度等條件，控制粒徑范圍在0.3-60μm�？梢愿鶕�(jù)不同運(yùn)行環(huán)境選擇不同粒徑，當(dāng)需要回收 硅酸鈣材料時(shí)，可適當(dāng)增加粒徑，有利于篩分和脫磷分離;當(dāng)需要回收負(fù)載材料作為生化肥 料時(shí)，可選擇較小粒徑，達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種所述改性硅酸鈣的制備方法，是采用共沉淀 法，在不同濃度的鈣源物質(zhì)和硅源物質(zhì)形成沉淀的同時(shí)，利用有機(jī)分散劑改變沉淀物質(zhì)的結(jié) 構(gòu)，控制反應(yīng)溫度和攪拌強(qiáng)度，最終得到不同粒徑的改性硅酸鈣;包括以下步驟：(1)向鈣 源、硅源溶解池中添加等體積的水，(2)向鈣源溶解池中添加鈣源物質(zhì)和分散劑，使得鈣源 物質(zhì)終濃度在1mol/L(飽和濃度)以內(nèi)，分散劑添加量為鈣源物質(zhì)質(zhì)量的1%-10%，(3)向 硅源溶解池中加硅源物質(zhì)，使兩溶解池中鈣硅摩爾比為0.5-2:1，(4)待兩溶解池中的物質(zhì)完 全溶解后，將兩溶解池中的溶液以相同速度進(jìn)入到混合反應(yīng)池中進(jìn)行混合反應(yīng)，混合反應(yīng)溫 度為30-60℃，攪拌速度為100-250r/min，反應(yīng)時(shí)間為6h，(5)將所得粗改性硅酸鈣用去離 子水和無(wú)水乙醇先后洗滌過(guò)濾3次后，常溫或60℃干燥得到改性硅酸鈣成品。

　　所述制備方法優(yōu)選步驟為：(1)鈣源溶解池的溶劑是水，溶劑體積為1L，溶質(zhì)是硝酸鈣， 溶質(zhì)濃度為1mol/L，添加鈣源物質(zhì)質(zhì)量4%-5%的聚乙二醇作分散劑;硅源溶解池的溶劑是 水，溶劑體積為1L，溶質(zhì)是硅酸鈉，溶質(zhì)濃度為0.67mol/L;(2)待兩個(gè)溶解池中溶質(zhì)完全 溶解后，將兩個(gè)溶解池中的溶液同時(shí)進(jìn)入到混合反應(yīng)池中，出水時(shí)間為1h，混合反應(yīng)的反應(yīng) 溫度為48.2℃，混合攪拌速度為150r/min，混合反應(yīng)時(shí)間為6h;(3)從混合反應(yīng)池中得到 的粗改性硅酸鈣用去離子水和無(wú)水乙醇先后洗滌過(guò)濾3次后，60℃真空干燥1h后得到粒徑 為0.3μm的改性硅酸鈣成品。

　　本發(fā)明要解決的第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供應(yīng)用所述改性硅酸鈣于厭氧裝置UASB中高效除 磷和回收磷的方法，是在厭氧階段(進(jìn)廢水3h后開(kāi)始)向厭氧反應(yīng)裝置中投加改性硅酸鈣， 反應(yīng)裝置在污泥和廢水混合均勻的狀態(tài)下，每L混合廢水投加改性硅酸鈣的劑量在0.01-2g， 并且反應(yīng)裝置中的pH在6.5-7.5之間。所述厭氧裝置中的厭氧污泥形態(tài)為顆粒狀或整體顆粒 狀部分絮狀、螺旋狀、桿狀等的厭氧污泥。改性硅酸鈣投加到反應(yīng)裝置中后，在污泥中的保 留時(shí)間為5-10天，一方面可以充分的吸附廢水中的磷，而且還可以吸收到改性硅酸鈣中;另 一方面可以吸附廢水中的部分剩余污泥，有利于泥水分離。

　　作為一種有別于傳統(tǒng)的除磷和回收磷方法，本發(fā)明所述方法采用高效的、強(qiáng)吸附能力的 改性硅酸鈣材料，與厭氧反應(yīng)裝置中反硝化聚磷菌的充分結(jié)合。改性硅酸鈣(0.3-60μm)由 于粒徑小因而比一般的吸附劑表面積較大，分散劑的投加提高了硅酸鈣分子層狀結(jié)構(gòu)的空間， 可有效的吸附環(huán)境中的磷酸根離子和鈣離子防止鳥(niǎo)糞石結(jié)垢;同時(shí)，附著在厭氧污泥表面的 改性硅酸鈣還能夠作為污泥的載體材料，增大污泥的比表面積以富集更多反硝化聚磷菌，進(jìn) 而達(dá)到最大化的除磷效果;最后，改性硅酸鈣材料的加入還可以防止廢水厭氧處理過(guò)程中的 鳥(niǎo)糞石結(jié)垢。本發(fā)明提出的利用改性硅酸鈣吸附和去除厭氧反應(yīng)工藝中磷的方法，可有效克 服化學(xué)除磷方法材料成本偏高，以及生物除磷方法效率偏低等不足。