[發明專利]一種基于納米鐵的除磷方法

有效

• 申請號: 201310043068.3
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103086460A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 劉海波;陳天虎;鄒雪華;李平;謝晶晶
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/58;B01J20/02;B01J20/30
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 金凱

一、技術領域

本發明涉及水深度除磷處理的材料和應用方法，具體地說是生活污水深度除磷、富營養化水體除磷的材料及其應用方法。

二、背景技術

隨著水污染的加劇，我國地面水體普遍發生富營養化。這就要求對污水進行更嚴格的除磷處理。生活污水和工業廢水一般采用生物處理工藝來降低排水含磷濃度，處理后的二級出水即使達到了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級A標準，其中的磷濃度仍然在0.3-0.5mg/L，是《地面水環境質量標準》GB3838-2002二類湖、庫水體標準磷濃度的12-25倍。所以很多污水處理廠都用化學除磷來輔助生物除磷以保證出水達標。此外，一些受到農業面源污染或者城市生活污水污染的河流水體磷濃度經常達到1mg/L以上。很多城市景觀水體中的磷濃度也經常達到0.3-3mg/L。生活污水處理二級出水、河流水體、城市景觀水中微量磷是水體發生富營養化的主要磷源，這些微量磷主要以正磷酸鹽的形式存在。

對水中微量磷的深度處理普遍采用吸附法處理，目前存在的問題是除磷吸附劑對低濃度磷的吸附容量低，廉價高效吸附除磷材料仍然有待開發。向水中添加絮凝、沉淀劑，然后過濾截留沉淀去除水中的磷，也是目前一些污水處理廠生產再生水的方法，但是處理成本高仍然是主要技術瓶頸，同時還引入了多余甚至有害的陰離子。開發廉價的高效吸附材料和處理工藝是解決水體富營養化問題的重要環節。公開號為CN101804320的中國發明專利在說明書中提出了采用可溶性淀粉改性四氧化三鐵，在一定的攪拌強度下，通過可溶性淀粉與亞鐵離子絡合，之后加入強堿，經氧化生成粒徑均一、單分散納米的四氧化三鐵吸附劑及其在除磷方面的應用；公開號為CN101653722的中國發明專利在說明書中提到了用凹凸棒石含量大于60%的凹凸棒石粘土礦石，經堆存、均化后，調節礦石含水量按重量百分比為40-50%，經擠壓機剪切擠壓，晾干或烘干后粉碎成粉料，分別在300-500℃的溫度下煅燒可得到凹凸棒石粘土除磷吸附顆粒劑；公開號為WO2010/143383的國際發明專利在說明書中提到了用伯胺及仲胺中的至少一方修飾而成的高分子基材及附載于該高分子基材上的金屬吸附劑來吸附、回收利用磷；公開號為CN101816916的中國發明專利說明書中提到了由膨化劑、Fe₂O₃和焦炭組成?（膨化劑由Fe₂O₃、焦炭和水組成，膨化劑中的Fe₂O₃和焦炭的質量比為1:1，水的質量是Fe₂O₃和焦炭總質量的1-2%，膨化劑也可由Fe₂O₃、焦炭和稻殼粉制備）而制備的磷吸附劑；公開號為CN102441365的中國發明專利說明書中提到了將ZnAl層狀雙金屬氫氧化物進行剝離處理，然后與高分子復合來制備磷吸附材料。

雖然以上吸附材料在經濟上比使用沉淀劑、絮凝劑在一定程度上降低了成本，但吸附機理本身限制了其吸附容量，在深度除磷上還存在不足。

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三、發明內容

本發明是為了避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種制備方法簡單、成本低的除磷吸附劑和使用方法。

本發明解決技術問題采取如下技術方案：

本發明選擇針鐵礦含量大于70%的褐鐵礦礦石，然后將褐鐵礦礦石破碎，獲得粒徑0.1-5mm的顆粒；

將制備的顆粒置于500-700℃環境中經氫氣或一氧化碳還原，直至無水產生，并保護氣氛下冷卻密封保存，獲得納米鐵材料，（圖1、圖2）；

把所制備的納米鐵材料裝于濾塔或濾池形成過濾層，含磷廢水（<5mg/L）以過濾方式經過濾層時，水力停留時間0.5-5h，出水磷濃度達到地表面Ⅱ水體標準（低于0.1?mg?P/L）（圖3、圖4）。

所述納米鐵可直接作為移動床濾料或濾池濾料，使用方便、簡單、有效。

本發明解決技術問題理由如下：

a、?深度除磷。納米鐵與水和溶解氧作用下緩慢溶解、氧化釋放Fe³⁺，進而與PO₄^3-生成穩定的沉淀物，其溶度積（Ksp=1.3×10^-22）決定了其深度處磷的可行性；