專利名稱：一種利用鐵鹽混凝劑原位水解生成羥基氧化鐵用于去除再生水中磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于再生水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用鐵鹽混凝劑原位水解生成羥基氧化鐵用于去除再生水中磷的方法。
背景技術(shù)：
氮、磷等生源要素排放導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化污染成為我國當(dāng)前重要的水環(huán)境污染問題，而磷是許多水體富營養(yǎng)化的限制因子。不少城市污水廠出水存在磷超標(biāo)問題，采取經(jīng)濟(jì)可行的強(qiáng)化除磷措施確保污水廠達(dá)標(biāo)排放，這對(duì)于控制水體富營養(yǎng)化具有重要意義?；炷恋矸ǔ仔Ч@著、運(yùn)行穩(wěn)定，還可有效去除水中色度、濁度、SS、CODcr,BOD5等污染物。此外，采用混凝法除磷不需要額外大幅凈化設(shè)施，且具有工藝簡單、占地面積小、投資和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)比而言，三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵等鐵系混凝劑較鋁鹽具有更好的除磷效果。但是，城市污水廠出水中磷往往與有機(jī)物、懸浮顆粒物等共存，上述污染物也會(huì)消耗混凝劑而大幅提高鐵鹽投量。對(duì)于堿度較低、緩沖能力較弱的污水廠出水，往往會(huì)出現(xiàn)鐵鹽水解不徹底、絮體粒徑小、出水中鐵含量升高、色度增大、沉淀過濾效果差等問題。采用羥基氧化鐵、羥基磷酸鈣、硅藻土負(fù)載羥基鐵、復(fù)合羥基鋁鐵等吸附劑吸附除磷可避免混凝的不利影響，但存在成本高、吸附劑效率低、再生操作復(fù)雜等問題。如何改善羥基氧化鐵等吸附劑的生成及除磷效果，是拓展混凝技術(shù)在再生水除磷處理中應(yīng)用的重要方式。本發(fā)明針對(duì)上述問題，將三價(jià)鐵鹽(Fe3+)與一定摩爾比的0H_混合，將其適度水解形成羥基氧化鐵，充分利用其除磷活性高、吸附位點(diǎn)豐富的優(yōu)點(diǎn)，以提高再生水鐵鹽混凝除磷的去除效果。本發(fā)明可應(yīng)用于城市污水廠二級(jí)出水深度凈化，也可應(yīng)用于以城市污水廠出水或雨水為水源的再生水 處理工程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)以磷超標(biāo)的城市污水廠二級(jí)出水為水源且混凝除磷效果欠佳的再生水廠，提供一種經(jīng)濟(jì)、有效、易于在工程中應(yīng)用的方法，以有效改善除磷效果，從而改善水體富營養(yǎng)化的問題。本發(fā)明的技術(shù)原理在于，城市污水廠二級(jí)出水中投加鐵鹽和堿鹽溶液與磷進(jìn)行反應(yīng)，鐵鹽和堿鹽溶液反應(yīng)原位生成羥基氧化鐵(In situ FeOxHy)可凝聚吸附磷并提高其沉降性能。鐵鹽可直接通過電中和作用提高磷表面電位，且原位生成的In situ FeOxHy也可吸附磷，使其表面電位及沉降性能提高；進(jìn)一步地，采用固液分離反應(yīng)器去除顆粒態(tài)磷。經(jīng)上述處理，磷去除效果將顯著提高。為了實(shí)現(xiàn)改善再生水中磷去除效果的目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:1、分別將堿鹽和鐵鹽在充分?jǐn)嚢柘氯芙?，形成堿鹽溶液和鐵鹽溶液。其中堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.02:1 3:1。
所述的堿鹽可選氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀等中的一種或一種以上的混合鹽；所述的鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等中的一種或一種以上的混合鹽。堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比按照如下原則確定:當(dāng)原水pH小于6.5且水中總堿度小于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為2: 1(不含2:1) 3: 1(含3: I);當(dāng)原水pH大于6.5且小于7.5且水中總堿度小于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為1: 1(不含
1:1) 2: 1(含2: I);當(dāng)原水pH大于6.5且小于7.5且水中總堿度大于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.2: 1(不含0.2:1) 1: 1(含1:1)；當(dāng)原水PH大于7.5且水中總堿度小于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.05: 1(不含0.05: I) 0.2: 1(含0.2: I);當(dāng)原水pH大于7.5且水中總堿度大于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.02: I (不含1:1)
0.05: 1(含 0.05: I)。2、將一定濃度的堿鹽與鐵鹽投加至待處理水中，投加點(diǎn)可以是再生水廠混合單元之前的任意一個(gè)可投加液體藥劑的位置。堿鹽與鐵鹽投加量，為投加至待處理水中的原位生成輕基氧化鐵In sim FeOxHy中的鐵的濃度在20 100mg/L之間。3、堿鹽與鐵鹽溶液投加至水中后，反應(yīng)生成的In situ FeOxHy可充分發(fā)揮其除磷活性高、吸附位點(diǎn)豐富的優(yōu)點(diǎn)，水中更多磷吸附在其表面。吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進(jìn)一步脫穩(wěn)凝聚，并最終通過固液分離單元得以去除。In situ FeOxHy可采用異位制備方法或采用原位制備方法進(jìn)行制備，其特征在于:將鐵鹽溶液作為溶液A,將堿鹽溶液作為溶液B ;在上述溶液中，氫氧根與鐵之間的摩爾比范圍為0.02:1 3:1。
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采用異位制備方法進(jìn)行制備In situ FeOxHy時(shí)，將溶液A加入溶液B中進(jìn)行充分混合，或?qū)⑷芤築加入溶液A中進(jìn)行充分混合，或?qū)⑷芤篈與溶液B同時(shí)加入一個(gè)容器中進(jìn)行混合；混合時(shí)間范圍為IOs 3min ；采用原位制備方法進(jìn)行制備In situ FeOxHy時(shí)，將溶液A與溶液B分別投加入含磷水中，二者投加時(shí)間先后順序是以下方式之一:先投加溶液A，充分混合后投加溶液B ;先投加溶液B，充分混合后投加溶液A ;溶液A與溶液B同時(shí)投加后充分混合；當(dāng)溶液A與溶液B不是同時(shí)投加時(shí)，溶液A與溶液B投加先后時(shí)間間隔為5s 60s。所述的待處理水指的是再生水源中磷濃度大于0.5mg/L的水，尤其是指作為再生水源的城市污水廠二級(jí)出水或雨水。所述的混合單元是水力混合反應(yīng)器、曝氣混合反應(yīng)器、機(jī)械混合反應(yīng)器中的一種或一種以上的組合。所述的固液分離單元選自平流沉淀池、斜管/斜板沉淀池、介質(zhì)過濾、超濾/微濾膜過濾中的一種或一種以上的組合。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果如下:1.無需進(jìn)行大規(guī)模工程改造即可有效強(qiáng)化提高城市污水廠二級(jí)出水中磷的處理效果，方法簡單，工程投資成本低，易于在工程中實(shí)現(xiàn)；2.使用操作過程簡便，在水廠日常運(yùn)行管理基礎(chǔ)上無需增加復(fù)雜的額外操作；
3.采用藥劑為水處理中常用的凈水藥劑或凈水材料，成本低廉；4.可明顯提高水中磷的去除效果，并降低沉后水濁度與顆粒物濃度，降低濾池運(yùn)行負(fù)荷，延長過濾周期。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1某再生水廠以城市污水廠二級(jí)出水為水源，采用的處理工藝為水力混合反應(yīng)-平流沉淀-石英砂過濾。原水中磷含量為3mg/L，濁度為20NTU，采用的絮凝劑為三氯化鐵，絮凝劑投量為50mg/L，但處理效果不理想，表現(xiàn)為沉后水、濾后水濁度較高，沉后水磷去除率僅為50%,濾池過濾周期為20小時(shí)。采用本發(fā)明的方法強(qiáng)化除磷:1)將氫氧化鈉與三氯化鐵在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓謩e獲得氫氧化鈉溶液與三氯化鐵溶液。2)將氫氧化鈉溶液與三氯化鐵溶液按照2: I的摩爾比同時(shí)投加至水廠混合單元管式靜態(tài)混合器前端的藥劑加注口處，且藥劑投加量為以三氯化鐵的投量計(jì)為50mg/L。3)氫氧化鈉溶液與三氯化鐵溶液投加至水中后，反應(yīng)生成的Insitu FeOxHy可吸附更多的磷,吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進(jìn)一步脫穩(wěn)凝聚，并最終通過沉淀、過濾單元去除，沉后水磷去除率顯著提高至70%，濾池過濾周期延長至24小時(shí)。實(shí)施例2某再生水廠以城市污水廠二級(jí)出水為水源，采用的處理工藝為機(jī)械混合反應(yīng)-斜板沉淀-多介質(zhì)過濾。原水中磷含量為4mg/L，濁度為25NTU，采用的絮凝劑為聚合氯化鐵，絮凝劑投量為40mg/L，但處理效果不理想，表現(xiàn)為沉后水、濾后水濁度較高，沉后水磷去除率僅為50%，濾池過濾周期為22小時(shí)。采用本發(fā)明的方法強(qiáng)化除磷:1)將氫氧化鉀與聚合氯化鐵在充分?jǐn)嚢柘氯芙?，分別獲得氫氧化鉀溶液與聚合氯化鐵溶液。2)將氫氧化鉀溶液與聚合氯化鐵溶液按照3: I的摩爾比先后投加至水廠混合單元管式靜態(tài)混合器前端的藥劑加注口處，且藥劑投加量為以聚合氯化鐵的投量計(jì)為40mg/L。3)氫氧化鉀溶液與聚合氯化鐵溶液投加至水中后，反應(yīng)生成的In situ FeOxHy可吸附更多的磷,吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進(jìn)一步脫穩(wěn)凝聚，并最終通過沉淀、過濾單元去除，沉后水磷去除率顯著提高至75%，濾池過濾周期延長至24小時(shí)。實(shí)施例3某再生水廠以城市污水廠二級(jí)出水為水源，采用的處理工藝為水力混合反應(yīng)-斜管沉淀-浸沒式超濾膜過濾。原水中磷含量為5mg/L，濁度30NTU，采用的絮凝劑為硫酸鐵，絮凝劑投量為60mg/L，但處理效果不理想，表現(xiàn)為沉后水、濾后水濁度較高，沉后水磷去除率僅為50%，超濾膜反洗周期為20小時(shí)。采用本發(fā)明的方法強(qiáng)化除磷:1)將氫氧化鈣與硫酸鐵在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓謩e獲得氫氧化鈣溶液與硫酸鐵溶液。2)將氫氧化鈣溶液與硫酸鐵溶液按照1:1的摩爾比同時(shí)投加至水廠混合單元管式靜態(tài)混合器前端的藥劑加注口處，且藥劑投加量為以硫酸鐵的投量計(jì)為60mg/L。3)氫氧化鈣溶液與硫酸鐵溶液投加至水中后，反應(yīng)生成的In situ FeOxHy可吸附更多的磷， 吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝單元進(jìn)一步脫穩(wěn)凝聚，并最終通過沉淀、過濾單元去除 ，沉后水磷去除率顯著提高至70%，超濾膜反洗周期延長至24小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種利用原位生成羥基氧化鐵In situ FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟: (1)向待處理水中投加鐵鹽水溶液和堿鹽水溶液，在混合反應(yīng)器中充分反應(yīng)，使待處理水中的游離態(tài)磷轉(zhuǎn)化為絡(luò)合態(tài)磷；其中，堿鹽溶液中的氫氧根與鐵鹽溶液中的鐵元素的摩爾比為0.02: I 3: I ； 所述的堿鹽可選氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀等中的一種或一種以上的混合鹽； 所述的鐵鹽可選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硝酸鐵等中的一種或一種以上的混合鹽； (2)利用固液分離反應(yīng)器去除步驟(I)反應(yīng)后的混合反應(yīng)器出水中的顆粒態(tài)磷以及其它雜質(zhì)顆粒物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy的制備方法，其特征在于包括異位制備方法或原位制備方法，具體包括如下步驟: 分別將堿鹽和鐵鹽在充分?jǐn)嚢柘氯芙猓纬蓧A鹽溶液和鐵鹽溶液；且堿鹽溶液中的氫氧根與鐵鹽溶液中的鐵元素的摩爾比為0.02:1 3:1; 將鐵鹽溶液作為溶液A，將堿鹽溶液作為溶液B ； 采用異位制備方法進(jìn)行制備In situ FeOxHy時(shí),將溶液A加入溶液B中進(jìn)行充分混合，或?qū)⑷芤築加入溶液A中進(jìn)行充分混合,或?qū)⑷芤篈與溶液B同時(shí)加入一個(gè)容器中進(jìn)行混合；混合時(shí)間范圍為IOs 3min ； 采用原位制備方法進(jìn)行制備In situ FeOxHy時(shí)，將溶液A與溶液B分別投加入含磷水中，二者投加時(shí)間先后順序是 以下方式之一:先投加溶液A，充分混合后投加溶液B ;先投加溶液B，充分混合后投加溶液A ;溶液A與溶液B同時(shí)投加后充分混合；當(dāng)溶液A與溶液B不是同時(shí)投加時(shí)，溶液A與溶液B投加先后時(shí)間間隔為5s 60s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy的制備方法，其特征是堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比按照如下原則確定: 當(dāng)原水pH小于6.5且水中總堿度小于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為2: 1(不含2: I) 3: 1(含3: I);當(dāng)原水pH大于6.5且小于7.5且水中總堿度小于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為1: 1(不含1:1) 2: 1(含2: I);當(dāng)原水pH大于6.5且小于7.5且水中總堿度大于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.2: 1(不含0.2:1) 1: 1(含1:1);當(dāng)原水pH大于7.5且水中總堿度小于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.05: 1(不含0.05: I) 0.2: 1(含0.2: I);當(dāng)原水pH大于7.5且水中總堿度大于250mg/L時(shí)，堿鹽中的氫氧根與鐵鹽中鐵元素的摩爾比為0.02: I (不含1:1) 0.05: 1(含 0.05: I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特征是原位生成羥基氧化鐵In situ FeOxHy的投加量為使得投加至待處理水中的原位生成羥基氧化鐵In SituFeOxHy中的鐵的濃度在20 100mg/L之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用原位生成羥基氧化鐵Insitu FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特征是所述的混合單元是水力混合反應(yīng)器、曝氣混合反應(yīng)器、機(jī)械混合反應(yīng)器中的一種或一種以上的組合；所述的固液分離單元選自平流沉淀池、斜管/斜板沉淀池、介質(zhì)過濾、 超濾/微濾膜過濾中的一種或一種以上的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及再生水處理領(lǐng)域，特別涉及一種利用鐵鹽混凝劑原位水解生成羥基氧化鐵用于去除再生水中磷的方法。本發(fā)明針對(duì)城市污水廠二級(jí)出水磷超標(biāo)的問題，提出了一種利用堿鹽與鐵鹽的共同作用提高再生水廠混凝、沉淀、過濾單元對(duì)磷去除效果的方法。其中，堿鹽和鐵鹽溶液按一定摩爾比投加，二者反應(yīng)原位生成羥基氧化鐵(In situ FeOxHy)可凝聚吸附水中的磷并提高絮體的沉降性能，進(jìn)一步通過固液分離反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的去除。本發(fā)明可應(yīng)用于城市污水廠二級(jí)出水深度凈化，也可應(yīng)用于以城市污水廠出水或雨水為水源的再生水處理工程。
文檔編號(hào)C02F1/58GK103232103SQ20131012043
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者孫麗華, 張雅君, 齊曉璐, 馮萃敏, 許萍, 俞天敏 申請(qǐng)人:北京建筑工程學(xué)院