[发明专利]一种以铁盐改性牡蛎壳的除磷吸附剂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种以铁盐改性牡蛎壳的除磷吸附剂、其制备方法及在污水处理领域中的应用。

背景技术

牡蛎壳来源于海边牡蛎生产和消费的废弃物，主要由矿物质和蛋白质、多糖等有机物组成，其中钙元素含量在95％以上。牡蛎壳内部具有丰富的互相交联的微孔，具有一定的吸附和交换能力。据统计，我国沿海地区每年牡蛎壳产量约为100万吨，大部分作为废弃物直接丢弃，造成环境污染和资源浪费。

我国湖泊和流域水体富营养化不断加剧，磷是水体富营养化形成的主要因素之一，防止水体富营养化除磷是关键。目前水体中磷的去除方法主要有化学沉淀法，生物法和吸附法。化学沉淀法除磷效果好，但成本较高，容易产生二次污染；生物法产泥量大，运行不稳定；吸附法因其具有高选择性、低能耗，可以实现水处理和资源化于一体备受关注。吸附法除磷的关键是吸附剂的选择，除磷吸附剂应具备生产成本低，吸附容量大，原料来源广等特点。目前常用的吸附剂主要为天然材料及废渣、活性氧化铝及其改性物和人工合成吸附剂等三大类。天然材料和活性氧化铝因其吸附容量小，成本高，容易产生二次污染等应用受到限制，现在人工合成除磷吸附剂越来受到重视。

CN1803274A涉及利用粒度为60～100目的粉状沸石、硅藻土或氧化铝，洗涤烘干后按一定比例加入到稀土(镧和铈)氢氧化物溶液中，搅拌0.75～1h、浸渍15～20h，过滤得到滤饼，将滤饼经300～600℃焙烧0.5～2h后筛分得到除磷吸附剂。该吸附剂可以同时去除阴、阳离子，吸附容量大，对磷的吸附容量达到22～25mg/g，吸附剂可以解析再生。该材料对磷的吸附效果较好，但制备工艺复杂，能耗高，原材料采用了稀土元素氢氧化物和氧化铝，价格高，而且稀土元素在食物链中容易富集，对生态安全和人体健康存在潜在风险。

广东工业大学聂锦旭，唐文广等(聂锦旭，唐文广，刘立凡，阮彩群.微波强化改性膨润土的制备及其对磷吸附性能研究[J].非金属矿，2010，33(3)：74～76.)将膨润土磨细至200目加水调成20％的水浆，然后进行4级分选后在105～110℃烘干、 研磨至200目；将膨润土和FeSO₄以一定配比浸泡，经抽滤、洗涤然后烘干研细置于480w微波炉中加热8min，冷却研磨过200目筛得到铁改性膨润土。将5.0g该改性膨润土加入到pH为6、含磷50mg/L的废水中以180rpm搅拌15min后静置2h测定，磷去除率为98％，改性膨润土对磷的单位吸附量为4.9mg/g。该吸附剂原料来源广泛、价格相对较低，除磷效率高、速率快，制备工艺中无高温煅烧过程，能耗降低。但是制备过程采用微波加热，难以在工业化应用中得到实现。

CN101176839A涉及一种利用牡蛎壳和粘土为原料制备除磷材料的原料配方及制备方法，该法是将牡蛎壳500℃预烧破碎后与粘土按一定比例混合均匀至泥状料，将泥状料压制成型(粒状或管状)，50～100℃干燥，然后在650～800℃煅烧冷却后得到除磷材料。将该除磷材料(粒状)以1％质量添加到10L、含磷5mg/L的废水中，10～60h后溶液中磷的浓度将为1mg/L，磷去除率为80％，平衡吸附量为4mg/g。该技术采用了来源广泛、价格低廉的牡蛎壳和粘土，造价低，实现了废弃物资源化利用，而且该吸附剂可以再生重复使用。但制备过程中煅烧温度高，应用过程中除磷速度慢，吸附剂投加量大，除磷成本高。

大连理工大学周光红(周光红.几种固体废弃物吸附除磷性能及其机理探讨[D].大连理工大学硕士学位论文，2010.)将牡蛎壳洗涤、烘干、研磨后用于含磷废水的处理，对pH为7,100mL、含磷80mg/L的废水在35℃下以170rpm振荡20h后，磷去除率为98.3％，平衡吸附量为3.93mg/g。该吸附剂采用废弃物牡蛎壳，原料来源广，实现了废物资源化；吸附剂的生产过程只涉及粉碎过程，工艺简单，能耗低；但是除磷过程要求温度较高(≥35℃)，达到吸附平衡时间长，吸附容量较低，实际应用中需要加温，局限性较高。

CN101913676A涉及利用铁盐改性蛋壳去除水中磷的方法，在10～60℃下，将铁盐溶液和蛋壳粉按一定比例混合，连续搅拌24h后过滤，干燥过100目筛得到除磷吸附剂。将0.1g该吸附剂加入到pH为7,100mL含磷15mg/L的废水中，在25℃下以150rpm振荡2h后，磷去除率为23.9％，平衡吸附量为3.58mg/g。虽然该吸附剂制备工艺简单，能耗低，原材料价格低廉，改性对磷吸附量提高明显，但是该专利中提供的实施案例均显示，对磷的去除率最高仅达到了60％，偏低，应用中导致吸附剂用量过大，有一定局限性。

发明内容