CN103232103A - 一种利用铁盐混凝剂原位水解生成羟基氧化铁用于去除再生水中磷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及再生水处理领域，特别涉及一种利用铁盐混凝剂原位水解生成羟基氧化铁用于去除再生水中磷的方法。本发明针对城市污水厂二级出水磷超标的问题，提出了一种利用碱盐与铁盐的共同作用提高再生水厂混凝、沉淀、过滤单元对磷去除效果的方法。其中，碱盐和铁盐溶液按一定摩尔比投加，二者反应原位生成羟基氧化铁(In situ FeOxHy)可凝聚吸附水中的磷并提高絮体的沉降性能，进一步通过固液分离反应器实现对磷的去除。本发明可应用于城市污水厂二级出水深度净化，也可应用于以城市污水厂出水或雨水为水源的再生水处理工程。
Description
技术领域
本发明属于再生水处理技术领域，特别涉及一种利用铁盐混凝剂原位水解生成羟基氧化铁用于去除再生水中磷的方法。
背景技术
氮、磷等生源要素排放导致的水体富营养化污染成为我国当前重要的水环境污染问题，而磷是许多水体富营养化的限制因子。不少城市污水厂出水存在磷超标问题，采取经济可行的强化除磷措施确保污水厂达标排放，这对于控制水体富营养化具有重要意义。
混凝沉淀法除磷效果显著、运行稳定，还可有效去除水中色度、浊度、SS、CODCr、BOD5等污染物。此外，采用混凝法除磷不需要额外大幅净化设施，且具有工艺简单、占地面积小、投资和运行成本低等优点。对比而言，三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁等铁系混凝剂较铝盐具有更好的除磷效果。但是，城市污水厂出水中磷往往与有机物、悬浮颗粒物等共存，上述污染物也会消耗混凝剂而大幅提高铁盐投量。对于碱度较低、缓冲能力较弱的污水厂出水，往往会出现铁盐水解不彻底、絮体粒径小、出水中铁含量升高、色度增大、沉淀过滤效果差等问题。采用羟基氧化铁、羟基磷酸钙、硅藻土负载羟基铁、复合羟基铝铁等吸附剂吸附除磷可避免混凝的不利影响，但存在成本高、吸附剂效率低、再生操作复杂等问题。如何改善羟基氧化铁等吸附剂的生成及除磷效果，是拓展混凝技术在再生水除磷处理中应用的重要方式。
本发明针对上述问题，将三价铁盐(Fe3+)与一定摩尔比的OH-混合，将其适度水解形成羟基氧化铁，充分利用其除磷活性高、吸附位点丰富的优点，以提高再生水铁盐混凝除磷的去除效果。本发明可应用于城市污水厂二级出水深度净化，也可应用于以城市污水厂出水或雨水为水源的再生水处理工程。
发明内容
本发明的目的是，针对以磷超标的城市污水厂二级出水为水源且混凝除磷效果欠佳的再生水厂，提供一种经济、有效、易于在工程中应用的方法，以有效改善除磷效果，从而改善水体富营养化的问题。
本发明的技术原理在于，城市污水厂二级出水中投加铁盐和碱盐溶液与磷进行反应，铁盐和碱盐溶液反应原位生成羟基氧化铁(In situ FeOxHy)可凝聚吸附磷并提高其沉降性能。铁盐可直接通过电中和作用提高磷表面电位，且原位生成的In situ FeOxHy也可吸附磷，使其表面电位及沉降性能提高；进一步地，采用固液分离反应器去除颗粒态磷。经上述处理，磷去除效果将显著提高。
为了实现改善再生水中磷去除效果的目的，本发明采取如下技术方案：
1、分别将碱盐和铁盐在充分搅拌下溶解，形成碱盐溶液和铁盐溶液。其中碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为0.02∶1～3∶1。
所述的碱盐可选氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾等中的一种或一种以上的混合盐；所述的铁盐可选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硝酸铁等中的一种或一种以上的混合盐。
碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比按照如下原则确定：
当原水pH小于6.5且水中总碱度小于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为2∶1(不含2∶1)～3∶1(含3∶1)；当原水pH大于6.5且小于7.5且水中总碱度小于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为1∶1(不含1∶1)～2∶1(含2∶1)；当原水pH大于6.5且小于7.5且水中总碱度大于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为0.2∶1(不含0.2∶1)～1∶1(含1∶1)；当原水pH大于7.5且水中总碱度小于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为0.05∶1(不含0.05∶1)～0.2∶1(含0.2∶1)；当原水pH大于7.5且水中总碱度大于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为0.02∶1(不含1∶1)～0.05∶1(含0.05∶1)。
2、将一定浓度的碱盐与铁盐投加至待处理水中，投加点可以是再生水厂混合单元之前的任意一个可投加液体药剂的位置。碱盐与铁盐投加量，为投加至待处理水中的原位生成羟基氧化铁In sim FeOxHy中的铁的浓度在20～100mg/L之间。
3、碱盐与铁盐溶液投加至水中后，反应生成的In situ FeOxHy可充分发挥其除磷活性高、吸附位点丰富的优点，水中更多磷吸附在其表面。吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝单元进一步脱稳凝聚，并最终通过固液分离单元得以去除。
In situ FeOxHy可采用异位制备方法或采用原位制备方法进行制备，其特征在于：将铁盐溶液作为溶液A，将碱盐溶液作为溶液B；在上述溶液中，氢氧根与铁之间的摩尔比范围为0.02∶1～3∶1。
采用异位制备方法进行制备In situ FeOxHy时，将溶液A加入溶液B中进行充分混合，或将溶液B加入溶液A中进行充分混合，或将溶液A与溶液B同时加入一个容器中进行混合；混合时间范围为10s～3min；
采用原位制备方法进行制备In situ FeOxHy时，将溶液A与溶液B分别投加入含磷水中，二者投加时间先后顺序是以下方式之一：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与溶液B同时投加后充分混合；当溶液A与溶液B不是同时投加时，溶液A与溶液B投加先后时间间隔为5s～60s。
所述的待处理水指的是再生水源中磷浓度大于0.5mg/L的水，尤其是指作为再生水源的城市污水厂二级出水或雨水。
所述的混合单元是水力混合反应器、曝气混合反应器、机械混合反应器中的一种或一种以上的组合。
所述的固液分离单元选自平流沉淀池、斜管/斜板沉淀池、介质过滤、超滤/微滤膜过滤中的一种或一种以上的组合。
本发明实现的技术效果如下：
1.无需进行大规模工程改造即可有效强化提高城市污水厂二级出水中磷的处理效果，方法简单，工程投资成本低，易于在工程中实现；
2.使用操作过程简便，在水厂日常运行管理基础上无需增加复杂的额外操作；
3.采用药剂为水处理中常用的净水药剂或净水材料，成本低廉；
4.可明显提高水中磷的去除效果，并降低沉后水浊度与颗粒物浓度，降低滤池运行负荷，延长过滤周期。
具体实施方式
实施例1
某再生水厂以城市污水厂二级出水为水源，采用的处理工艺为水力混合反应-平流沉淀-石英砂过滤。原水中磷含量为3mg/L，浊度为20NTU，采用的絮凝剂为三氯化铁，絮凝剂投量为50mg/L，但处理效果不理想，表现为沉后水、滤后水浊度较高，沉后水磷去除率仅为50％，滤池过滤周期为20小时。
采用本发明的方法强化除磷：1)将氢氧化钠与三氯化铁在充分搅拌下溶解，分别获得氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液。2)将氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液按照2∶1的摩尔比同时投加至水厂混合单元管式静态混合器前端的药剂加注口处，且药剂投加量为以三氯化铁的投量计为50mg/L。3)氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液投加至水中后，反应生成的In situ FeOxHy可吸附更多的磷，吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝单元进一步脱稳凝聚，并最终通过沉淀、过滤单元去除，沉后水磷去除率显著提高至70％，滤池过滤周期延长至24小时。
实施例2
某再生水厂以城市污水厂二级出水为水源，采用的处理工艺为机械混合反应-斜板沉淀-多介质过滤。原水中磷含量为4mg/L，浊度为25NTU，采用的絮凝剂为聚合氯化铁，絮凝剂投量为40mg/L，但处理效果不理想，表现为沉后水、滤后水浊度较高，沉后水磷去除率仅为50％，滤池过滤周期为22小时。
采用本发明的方法强化除磷：1)将氢氧化钾与聚合氯化铁在充分搅拌下溶解，分别获得氢氧化钾溶液与聚合氯化铁溶液。2)将氢氧化钾溶液与聚合氯化铁溶液按照3∶1的摩尔比先后投加至水厂混合单元管式静态混合器前端的药剂加注口处，且药剂投加量为以聚合氯化铁的投量计为40mg/L。3)氢氧化钾溶液与聚合氯化铁溶液投加至水中后，反应生成的In situ FeOxHy可吸附更多的磷，吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝单元进一步脱稳凝聚，并最终通过沉淀、过滤单元去除，沉后水磷去除率显著提高至75％，滤池过滤周期延长至24小时。
实施例3
某再生水厂以城市污水厂二级出水为水源，采用的处理工艺为水力混合反应-斜管沉淀-浸没式超滤膜过滤。原水中磷含量为5mg/L，浊度30NTU，采用的絮凝剂为硫酸铁，絮凝剂投量为60mg/L，但处理效果不理想，表现为沉后水、滤后水浊度较高，沉后水磷去除率仅为50％，超滤膜反洗周期为20小时。
采用本发明的方法强化除磷：1)将氢氧化钙与硫酸铁在充分搅拌下溶解，分别获得氢氧化钙溶液与硫酸铁溶液。2)将氢氧化钙溶液与硫酸铁溶液按照1∶1的摩尔比同时投加至水厂混合单元管式静态混合器前端的药剂加注口处，且药剂投加量为以硫酸铁的投量计为60mg/L。3)氢氧化钙溶液与硫酸铁溶液投加至水中后，反应生成的In situ FeOxHy可吸附更多的磷，吸附了磷的In situ FeOxHy在混凝单元进一步脱稳凝聚，并最终通过沉淀、过滤单元去除，沉后水磷去除率显著提高至70％，超滤膜反洗周期延长至24小时。
Claims (5)
1.一种利用原位生成羟基氧化铁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骤：
(1)向待处理水中投加铁盐水溶液和碱盐水溶液，在混合反应器中充分反应，使待处理水中的游离态磷转化为络合态磷；其中，碱盐溶液中的氢氧根与铁盐溶液中的铁元素的摩尔比为0.02∶1～3∶1；
所述的碱盐可选氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾等中的一种或一种以上的混合盐；
所述的铁盐可选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硝酸铁等中的一种或一种以上的混合盐；
(2)利用固液分离反应器去除步骤(1)反应后的混合反应器出水中的颗粒态磷以及其它杂质颗粒物。
2.根据权利要求1所述的原位生成羟基氧化铁In situ FeOxHy的制备方法，其特征在于包括异位制备方法或原位制备方法，具体包括如下步骤：
分别将碱盐和铁盐在充分搅拌下溶解，形成碱盐溶液和铁盐溶液；且碱盐溶液中的氢氧根与铁盐溶液中的铁元素的摩尔比为0.02∶1～3∶1；
将铁盐溶液作为溶液A，将碱盐溶液作为溶液B；
采用异位制备方法进行制备In situ FeOxHy时，将溶液A加入溶液B中进行充分混合，或将溶液B加入溶液A中进行充分混合，或将溶液A与溶液B同时加入一个容器中进行混合；混合时间范围为10s～3min；
采用原位制备方法进行制备In situ FeOxHy时，将溶液A与溶液B分别投加入含磷水中，二者投加时间先后顺序是以下方式之一：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与溶液B同时投加后充分混合；当溶液A与溶液B不是同时投加时，溶液A与溶液B投加先后时间间隔为5s～60s。
3.根据权利要求1所述的原位生成羟基氧化铁In situ FeOxHy的制备方法，其特征是碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比按照如下原则确定：
当原水pH小于6.5且水中总碱度小于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为2∶1(不含2∶1)～3∶1(含3∶1)；当原水pH大于6.5且小于7.5且水中总碱度小于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为1∶1(不含1∶1)～2∶1(含2∶1)；当原水pH大于6.5且小于7.5且水中总碱度大于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为0.2∶1(不含0.2∶1)～1∶1(含1∶1)；当原水pH大于7.5且水中总碱度小于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为0.05∶1(不含0.05∶1)～0.2∶1(含0.2∶1)；当原水pH大于7.5且水中总碱度大于250mg/L时，碱盐中的氢氧根与铁盐中铁元素的摩尔比为0.02∶1(不含1∶1)～0.05∶1(含0.05∶1)。
4.根据权利要求1所述的利用原位生成羟基氧化铁In situ FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特征是原位生成羟基氧化铁In situ FeOxHy的投加量为使得投加至待处理水中的原位生成羟基氧化铁In situFeOxHy中的铁的浓度在20～100mg/L之间。
5.根据权利要求1所述的利用原位生成羟基氧化铁In situ FeOxHy去除再生水中磷的方法，其特征是所述的混合单元是水力混合反应器、曝气混合反应器、机械混合反应器中的一种或一种以上的组合；所述的固液分离单元选自平流沉淀池、斜管/斜板沉淀池、介质过滤、超滤/微滤膜过滤中的一种或一种以上的组合。
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