申请日2015.09.01
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号C02F1/28; B01J20/34; B01J20/30; B01J20/10
摘要
本发明涉及一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备和再生使用方法，将磷酸盐、硅酸盐、镁盐按一定比例混合、反应10～30分钟，离心分离沉淀，干燥后即得可循环使用的氨氮废水吸附剂。使用时，直接将可循环使用的氨氮废水吸附剂投加到pH9～10氨氮废水中，搅拌10～40分钟，静置10～100分钟，收集沉淀物，在100～120℃下烘3～5小时,得到再生吸附剂粉，将再生吸附剂粉循环用于氨氮废水的吸附处理，连续循环3次或以上，再生吸附剂粉的吸附性能与可循环使用的氨氮废水吸附剂初始吸附性能很接近。本发明具有制备工艺简单、生产原料易得、成本低廉，产品对氨氮吸附量大、时间短、再生效率高等优点，具有可贵的经济和社会效益。
权利要求书
1.一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备方法，其特征在于：先按质量 比计量磷酸盐：硅酸盐：镁盐=20：1～20：10～100份，然后加水搅拌反应10～30 分钟，静置0.5～2小时，离心分离，得到可循环使用的氨氮废水吸附剂;
上述磷酸盐是市售的工业级磷酸氢二钠，或磷酸氢二钾;
上述硅酸盐是市售的工业级硅酸钠，或硅酸钾;
上述镁盐是市售的工业级氯化镁，或硫酸镁。
2.根据权利要求1所述的一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备方法， 其特征在于：所述可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备方法是，先在计量的磷酸 盐中加水制备成摩尔浓度为0.2mol/L磷酸盐溶液，将硅酸盐加水制备成摩尔浓 度为0.1mol/L的硅酸盐溶液，将镁盐加水制备成摩尔浓度为0.5mol/L的镁盐溶 液，然后将硅酸盐溶液加入磷酸盐溶液中，然后边搅拌边缓慢加入镁盐溶液，搅 拌10～30分钟，静置0.5～2小时，离心分离，即得可循环使用的氨氮废水吸附剂。
3.一种权利要求1所述方法得到的可循环使用的氨氮废水吸附剂的使用方 法，其特征在于：将可循环使用的氨氮废水吸附剂投加到待处理的pH9～10氨氮 废水中，可循环使用的氨氮废水吸附剂的加入量是待处理的氨氮废水质量的 0.5%～3%;搅拌10～40分钟，静置10～100分钟，移去上清液，收集下层沉淀物， 在100～120℃下烘干3～5小时，即得再生吸附剂粉，然后将得到的再生吸附剂粉 加入待处理的氨氮废水中，按照上述搅拌10～40分钟，静置10～100分钟，移去 上清液，收集下层沉淀物，在100～120℃下烘干3～5小时，得到再生吸附剂粉， 检测计算循环连续再生使用的吸附性能与初始的吸附性能很接近为85～102 g/kg;
上述再生吸附剂粉的加入量是待处理的氨氮废水质量的0.5%～3%;
上述待处理的废水为氨氮浓度大于500mg/L的工业废水。
说明书
一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备和再生使用方法
技术领域
本发明涉及一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备和再生使用方法，属于 环境污染控制技术领域。
背景技术
水中氨氮源自，一，生活污水中含氮有机物受微生物作用分解产物，二，某 些工业废水，如焦化废水和合成氨、化肥厂废水、农田排水、以及养殖水中过剩 饲料及过度施肥等。水中氨氮含量高会造成水体富营养化，导致水草、蓝藻等生 物大量繁殖，破坏生态平衡，引发系列环境问题，严重危害生态安全。在好氧条 件下，亚硝化菌、硝化菌会将水体中的氨氮氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，对饮用水 和水生物产生很大危害。
目前，国内外高浓度氨氮废水处理技术，主要可以分为生物法、物理化学法 和多种技术联合使用的方法。生物法是利用微生物的生命活动，通过氨化、硝化、 反硝化等一系列反应，使废水中的氨氮最终转变为无害的氮气排放。生物法主要 包括传统生物硝化反硝化技术、同步硝化反硝化技术、短程硝化反硝化技术、厌 氧氨氧化技术等。生物法出水水质较稳定，运行成本低，便于管理，但运行周期 长，脱氮效率低，易受进水水质和环境因素影响，还易造成二次污染，适用于大 规模的低氨氮废水处理工程。物理化学法是利用物理和化学的综合作用，使氨氮 废水得以净化。它主要包括吹脱法、折点氯化法、离子交换法、磷酸铵镁沉淀法 等处理技术。磷酸铵镁沉淀法(MAP法)是通过向废水中投加镁盐和磷酸盐，在 碱性条件下生成磷酸铵镁结晶沉淀，从而去除水中的氨。磷酸铵镁沉淀法处理氨 氮废水具有反应迅速、工艺简单、不受温度和水中毒素影响、去除率高的优点， 适合高浓度废水的处理。但该方法需要投加大量的磷酸盐，废水中残留的磷酸根、 镁离子、氯离子和硫酸根离子等给后续处理带来了负担，还需要添加氢氧化钠来 调节pH，成本较高，而且再生MAP的使用过程中磷酸根因溶解而流失严重， 再生材料的吸附性能和吸附效率都大为降低，在工业应用中受到限制。
用吸附法处理高浓度氨氮废水是利用离子交换剂(不溶性离子化合物)内的 可交换离子与溶液中的同性阳离子(NH4+)进行交换反应，把大量的NH4+都吸 附到不溶性离子化合物表面，从而实现氨氮的去除。常用的吸附剂大致可以分为 三类：①矿物类吸附剂，主要有沸石、凹凸棒土、膨润土、蛭石、稀土和海泡 石等，②废渣类吸附剂，主要有粉煤灰、花生壳等，③竹炭类吸附剂，如活性 炭、竹炭、炭化甘蔗渣等。佟小薇等发现利用无机盐改性沸石时，NaCl改性沸 石对氨氮吸附效果最好，对氨氮吸附量可达887mg/kg，是天然沸石的3.84倍(佟 小薇，朱义年,环境工程学报，2009,3:635-638)。张林栋等对纯化后的海泡石经 水热活化、酸活化和钠离子交换改性，当pH6，氨氮浓度500mg/L，吸附时间8h， 对氨氮饱和吸附量8.89mg/g(张林栋，王先年，李军等,化工环保，2006，26:67 -69)。刘通等试验发现，经盐改性的沸石对氨氮有较高的去除率，对氨氮浓度 4.43mg/L水源水，在粒径0.8～1.7mm、25℃下，经15min接触，氨氮浓度降至 0.3mg/L，去除率93.2%(刘通，闫刚，姚立荣,水文地质工程地质， 2011,38:97-101)。郑越等的研究发现，粉煤灰对氨氮的吸附容量随着水中氨氮 浓度的增加而增大，氨氮浓度500mg/L，粉煤灰对氨氮的吸附容量最高达 0.68mg/g(郑越,刘方,吴永贵,环境科学与技术,2011,34:4-7)。周珊等用硝酸改 性竹炭，当pH7，氨氮浓度50mg/L，投加量3.0g/100mL,平衡吸附时间4h，氨 氮饱和吸附量达到0.30mg/g(周珊，陈斌，王佳莹等,浙江大学学报-农业与生 命科学版，2007，33:584-590)。综上所述，上述吸附剂存在吸附时间长、吸 附量小、再生效率低等缺点，因此，研发工艺简单、吸附容量大、可再生的氨氮 吸附剂具有重要应用价值。
发明内容
本发明的目的在于公开一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备方法，该吸 附剂主要用于工业废水中高浓度氨氮废水的处理。
为了达到上述目的，本发明基于磷酸氢镁吸附氨生成难溶于水的磷酸铵镁这 一反应原理，并且采用硅酸盐的掺杂，降低磷的流失(固定磷)，将磷酸盐、硅 酸盐、镁盐等按一定比例通过混合反应，制得氨氮废水吸附剂，将氨氮废水吸附 剂投加到氨氮废水，沉淀，经分离、加热，烘干再生，得到可循环使用的氨氮废 水吸附剂，该吸附剂三次连续循环的吸附性能与初始吸附剂的吸附性能很接近。
具体制备和使用工艺如下：
一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备方法是：先按质量比计量磷酸盐： 硅酸盐：镁盐=20：1～20：10～100份，然后加水搅拌反应10～30分钟，静置0.5～2小时，离心分离，得到可循环使用的氨氮废水吸附剂;
上述磷酸盐是市售的工业级磷酸氢二钠，或磷酸氢二钾;
上述硅酸盐是市售的工业级硅酸钠，或硅酸钾;
上述镁盐是市售的工业级氯化镁，或硫酸镁。
所述可循环使用的氨氮废水吸附剂的制备方法是，先在计量的磷酸盐中加水 制备成摩尔浓度为0.2mol/L磷酸盐溶液，将硅酸盐加水制备成摩尔浓度为 0.1mol/L的硅酸盐溶液，将镁盐加水制备成摩尔浓度为0.5mol/L的镁盐溶液， 然后将硅酸盐溶液加入磷酸盐溶液中，然后边搅拌边缓慢加入镁盐溶液，搅拌 10～30分钟，静置0.5～2小时，离心分离，即得可循环使用的氨氮废水吸附剂。
一种可循环使用的氨氮废水吸附剂的使用方法是：将可循环使用的氨氮废 水吸附剂加入待处理的pH9～10氨氮废水中，可循环使用的氨氮废水吸附剂的加 入量是待处理的氨氮废水质量的0.5%～3%;搅拌10～40分钟，静置10～100分钟， 移去上清液，收集下层沉淀物，在100～120℃下烘干3～5小时，即得再生吸附剂 粉，然后将得到的再生吸附剂粉加入待处理的氨氮废水中，按照上述搅拌10～40 分钟，静置10～100分钟，移去上清液，收集下层沉淀物，在100～120℃下烘干 3～5小时，得到再生吸附剂粉的工艺，循环连续3次或以上，再生吸附剂粉的吸 附性能与可循环使用的氨氮废水吸附剂的吸附性能很接近;
上述再生吸附剂粉的加入量是待处理的氨氮废水质量的0.5%～3%;
上述待处理的废水为氨氮浓度大于500mg/L的工业废水。
本发明的氨氮废水吸附剂具有如下优点：
1，由于本发明的吸附剂中掺杂了可降低磷的流失的硅酸盐，因此，显著提 高了吸附效率，本发明的吸附剂氨吸附量超过80g/kg，与现有的吸附量最大的 吸附剂相比，吸附性能明显提高，而且吸附时间短，应用范围宽，适合于各种氨 氮废水的处理的优点。
2，由于本发明的吸附剂掺杂了可降低磷的流失的硅酸盐，因此与现有的磷 酸铵镁沉淀法相比，不需要投加大量的磷酸盐和镁盐药剂，废水中残留的磷酸根、 镁离子、氯离子和硫酸根离子少，后续处理简单，大大降低了处理成本。
3，由于本发明的吸附剂掺杂了可降低磷的流失的硅酸盐，因此再生效果好， 不需要补磷，可连续3次以上再生循环用于氨氮废水的吸附处理，再生吸附剂的 吸附性能与初始吸附剂很接近。
4，本发明的吸附剂的制备工艺简单、生产原料易得、价格便宜，也减少了 二次污染，具有可贵的经济和社会效益。