[发明专利]一种基于胶磷矿尾矿的除磷材料及其制备和应用方法

说明书

本发明公开了一种基于胶磷矿尾矿的除磷材料及其制备和应用方法，其是以胶磷矿尾矿砂为主要原料，经高温热活化后或与煅烧白云石混合后，成型固结得到的颗粒状材料。本发明所得材料作为除磷的渗滤介质材料，可用于生活污水、黑臭水体、农田退水等富磷水的深度除磷，具有原料来源广、材料制备成本低、除磷效果好的优势。

技术领域

本发明涉及废水和地面水体的磷污染控制技术，具体涉及一种去除水中磷的材料。

背景技术

水体富营养化越来越严重，需要加强水中氮、磷污染物的净化处理。目前城市生活污水处理普遍采用好氧活性污泥法工艺，很多情况下生活污水经过二级处理难以稳定达到国家一级A排放标准，需要增加深度处理设施以保证出水达标。且生活污水处理即使达到排水标准，但对于已经富营养化的水体，需要对废水进行更严格的脱氮除磷才能保证水体的生态环境。很多情况下生活污水处理厂二级处理出水需要进一步脱氮除磷才能满足废水资源化应用要求。

另外，城市地面初期雨水的氮磷浓度也远远超出地面水体质量标准，也是城市河流、塘、库水体富营养化污染物的来源之一。如何解决城市水体的富营养化问题、经济有效的雨水处理、河水处理是当前我国城市建设和管理中急迫技术需求。

随着农业种植化肥过量施用，以及养殖业废物雨水淋滤，导致农田退水或农村地区地表径流都产生严重的富营养化。

废水中高浓度磷的处理一般用石灰沉淀法、铁盐沉淀法或铝盐沉淀法。然而当水中磷浓度很低时，钙、铁、铝离子难以沉淀磷酸根，或者与磷酸根形成溶胶很难沉淀分离磷酸盐固体。为了提高沉淀除磷效果，必须投加远超过沉淀磷所需剂量的沉淀剂，导致钙、铁、铝金属离子投加量大。

吸附法除磷是广泛关注的热点，常用的除磷吸附剂有沸石、方解石、膨润土、凹凸棒石黏土、蛭石、赤泥、粉煤灰等矿物材料和固体废物，这些粘土矿物和材料对磷酸根都有一定的吸附作用，但是吸附容量低、再生比较困难。为了提高除磷吸附剂的吸附能力，很多学者进行除磷复合材料的制备研究，包括用有机废物作载体负载La、Ce、Fe等金属离子，用石英砂、蒙脱石、凹凸棒石、沸石等矿物做载体负载La、Al、Fe制备改性吸附剂，这些复合吸附剂具有较高的除磷吸附作用。从国内外研究结果来看，上述复合材料具有较好吸附作用的原因是吸附剂表面活性组分Fe³⁺、Al³⁺、La³⁺、Ce³⁺氢氧化物与磷酸根具有较强的化学键合作用。用稀土元素改性的吸附材料除磷效率高，但是价格昂贵，推广应用还有很大的障碍。廉价的高效除磷吸附剂仍然有待开发。

上述投加化学药剂沉淀法以及吸附法都不适合在生活污水深度处理、城市初期雨水处理、富营养化河水处理、农田退水处理中的应用。人工湿地和潜滤系统是有发展潜力的处理富营养化水的技术方法，但是难点在于普通的砂石等材料对磷的固定效率很低，化学沉淀的钙磷、铝磷、铁磷都不是稳定态磷，会因空隙水组成和pH等变化再次释放到水中。用廉价材料高效地把水中磷酸盐固定为稳定的磷灰石状态是解决前述问题的关键。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于胶磷矿尾矿的除磷材料及其制备和应用方法

本发明经实验研究发现，在磷灰石存在时，若水溶液维持特定的pH条件且其钙离子达到一定浓度，可使磷灰石生长消耗水中的磷酸根离子而不是溶解释放磷酸根，这就导致水中溶解态磷酸根离子会因磷灰石的生长而降低。水中残余磷浓度与钙离子浓度和pH有关，在水中平衡钙离子浓度大于10mg/L、pH大于8.5时，磷灰石生长导致水中平衡磷浓度低于0.2mg/L，从而可以使水中的磷浓度降低到Ⅲ类地面水体标准(GB3838-2002)。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：