[发明专利]一种同步选择性吸附磷和硝酸盐的纳米复合材料及应用

说明书

本发明公开了一种同步选择性吸附磷和硝酸盐的纳米复合材料及应用，属于污水生化尾水深度处理领域。该同步选择性吸附磷和硝酸盐的纳米复合材料载体为季胺化的纳米孔聚苯乙烯球体，孔内均匀分布有Fe(Ⅲ)氧化物纳米颗粒。使用本发明材料处理污水生化尾水，能够将磷和硝酸盐两类污染物的吸附集中在一种吸附材料内进行，操作工艺简单，运行效果稳定，成本低廉，在产生环境效益的同时又产生经济效益。

技术领域

本发明属于污水生化尾水深度处理领域，更具体地说，涉及一种同步选择性吸附磷和硝酸盐的纳米复合材料及应用。

背景技术

水体富营养化是世界各国面临的共同环境问题之一。经过长期的研究，人们逐渐认识到，水体富营养化主要是由于水体中超负荷的氮、磷等营养元素引起的水生态系统初级生产力异常发展所致。因此，削减氮、磷等营养物质的排放是控制水体富营养化的重要举措。

近年来，我国污水排放总量逐年递增，其中工业废水排放量已趋于稳定，而城镇生活污水排放量仍持续增长并有加快的趋势。受居民生活习惯的影响，我国生活污水中氮、磷污染负荷相对较高，强化生活污水的脱氮除磷，对于我国水体富营养化的防治具有举足轻重的作用。我国目前实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》，对城镇污水处理厂出水TN和TP的排放提出了严格的要求，其中TN要求小于15mg/L，TP小于0.5mg/L。

生化法是目前生活污水的主流处理技术，常规的生化处理工艺(如A/O、A²/O、SBR、氧化沟等)虽然能削减生活污水中大部分污染物，但由于我国城市污水厂进水碳源偏低、冬夏水温变化较大，导致生物脱氮除磷效率较低，出水中氮、磷不能稳定达标(操家顺,侯梁浩,方芳,等.温度及外加碳源对生物脱氮除磷过程的影响.环境工程学报,2013,7(06),2013-2018.)。现有研究表明，生物处理后的生化尾水中，磷主要以磷酸盐的形式存在，而氮主要以硝酸盐的形式存在(刘志刚,虞静静,李轶,等.城市污水处理厂磷的形态变化规律研究.给水排水,2011,37(02),50-53；李曈,郝瑞霞,刘峰,等.A/A/O工艺脱氮除磷运行效果分析.环境工程学报,2011,5(08),1729-1734.)，因此磷和硝酸盐的同步去除对于城市污水厂生化尾水的脱氮除磷具有至关重要的作用。

对于污水中磷的去除，常用的处理方法包括：生物法、结晶法、化学沉淀法、吸附与离子交换法等，其中吸附与离子交换法不仅可以达到深度除磷，还能够实现磷的回收，受到人们的广泛关注。对于污水中硝酸盐的去除，常用的处理方法包括：零价铁还原、催化反硝化、膜分离、吸附和离子交换法等，其中离子交换法作为世界卫生组织(WHO)与美国环保署(US EPA)推荐的处理方法之一，在硝酸盐的深度处理中得到了广泛应用。

Fe(Ⅲ)氧化物对溶液中的磷酸根离子具有很强的选择性吸附性能，这在很多文献中已有记载(Khare,N.；Hesterberg,D.；Martin,J.D.,XANES investigation ofphosphate sorption in single and binary systems of iron and aluminum oxideminerals.Environmental ScienceTechnology,2005,39(7),2152-2160.)。但Fe(Ⅲ)氧化物颗粒粒径极小，直接应用于柱吸附等流态处理系统中将引起很大压降，且Fe(Ⅲ)氧化物并不具备去除硝酸盐的能力。如中国专利申请号为201410203733.5，公开日为2014年7月23日的专利文件，公开了一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，吸附过程中采用的复合材料HFO-802为江苏南大环保科技有限公司研制生产，其采用的载体为叔胺化的超高交联纳米孔聚苯乙烯球体，平均孔径分布为0.5-5nm，孔内均匀分布有粒径为1-5nm的水合氧化铁纳米颗粒，水合氧化铁的重量百分比含量控制在2-20％(以Fe计)。该方法表现出优异的有机物和磷的同步去除效果，但其不具备选择性去除硝酸盐的能力，处理后的水依然可能存在硝酸盐浓度过高的问题。