一種污水同步脫氮除磷的改性沸石有機物復合劑及其制備方法、應用和應用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理領域，更具體地說，涉及一種污水同步脫氮除磷的改性沸石有機物復合劑及其制備方法、應用和應用方法。
【背景技術】
[0002]近些年來，隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和城市化進程加快，城市污水的排放量越來越多，大量未經(jīng)深度處理的生化尾水排入河流和湖泊中，使環(huán)境水體中氮磷元素大量積聚，甚至在一些地表水中氮磷元素超標。氮磷超標是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素。生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質大量進入水體，引起藻類及其它浮游生物迅速繁殖，水體溶氧量下降，魚類及其它生物大量死亡。大量死亡的水生生物沉積到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水體溶解氧含量急劇降低，水質惡化，以致影響到魚類的生存，大大加速了水體的富營養(yǎng)化過程。因此水體脫氮除磷已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。
[0003]在生活污水脫氮除磷深度處理常用的技術有:混凝沉淀法、砂濾法、活性炭吸附法、離子交換法、膜分離等?；钚蕴课?、離子交換和膜分離等技術由于其建設成本高、設備復雜、運行費用居高不下等原因制約其大規(guī)模的應用，混凝沉淀因其效率高、處理方法成熟穩(wěn)定、電耗低、操作簡單等優(yōu)點，在實際應用中越來越受到人們的廣泛關注。
[0004]沸石具有較大的比表面積，顆粒內部存在許多孔穴孔道，孔容積達到沸石本身體積的50%以上，使得其具有很強的吸附性能。沸石的吸附作用是色散力和靜電力共同作用的結果，沸石中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等金屬離子形成強的局部正電場，不僅可以吸引極性分子的負極中心，還可以通過靜電誘導使一些非極性分子極化，所以沸石對極性分子和易極化分子具有優(yōu)先的選擇吸附作用。由于沸石的孔穴直徑(0.6-1.5nm)和孔道直徑(0.3-1.0nm)大于NH4+的離子直徑(0.29nm)，所以沸石能夠較好地吸附廢水中的NH 4+。天然沸石的開采受到沸石含量和選礦方法的限制，近年來，許多學者致力于人工沸石合成的研宄，并把它成功運用于廢水處理中。但是人造沸石在污水脫氮除磷中仍有諸多限制，對人造沸石的改性，使其具備脫氮除磷的性能，成為人們研宄方向。
[0005]經(jīng)檢索，中國申請專利公開號為CN 102380343 A，申請日為2011年8月31日的專利申請文件公開了一種微污染水同步脫氮除磷改性人工沸石及其制備方法，該發(fā)明用稀土元素(瀾或鈰)和粉煤灰對沸石進行改性，沸石經(jīng)改性過后，能同步去除污水中的氮、磷污染物，特別是對低濃度的氨氮和總氮磷污水有很好的凈化效果，但是沒有提及對硝態(tài)氮的去除效果。中國專利申請公開號為CN 103539217 A，申請日為2013年11月06日的專利申請文件公開了一種同步去除污水中陽離子和陰離子氮類以及陰離子磷污染物的沸石改性方法，該方法通過十六烷基三甲基溴化銨(HDTMA-Br)作為改性藥劑浸泡天然沸石粉，置于恒溫振蕩器(25°C、200r/min)內振蕩24h，自然晾干得到改性的沸石，該發(fā)明改性后的沸石能夠去除水中陽離子和陰離子氮類以及陰離子磷污染物，但是改性后的沸石對硝態(tài)氮的去除效果一般，總磷去除效果不佳，同時也沒有提及對低濃度氮磷污染物的去除效果。中國專利申請公開號為CN 103288164 A，申請日為2013年6月25日的專利申請文件公開了采用改性沸石和改性蛋殼聯(lián)合對污水同步脫氮除磷的方法，改性過程如下:將MgSO4溶液與沸石混合，每克沸石中加入5mL MgSO4溶液，持續(xù)攪拌，24h后過濾，并用蒸餾水濾洗1_5次，最后放入烘箱，在100°C下干燥后過100目篩^fFeCl3溶液或AlCl 3溶液與廢棄蛋殼粉混合，每克蛋殼粉中加入5mL FeCl3溶液或AlCl 3溶液，持續(xù)攪拌，24h后過濾，并用蒸餾水濾洗1_5次，最后放入烘箱，在100°C下干燥后過100目篩；脫氮除磷過程如下:將改性得到的沸石分別與改性蛋殼按1:1混合，加入待處理水樣中。綜所上述，現(xiàn)有的天然沸石和人造沸石去除水體中氨氮效果很好，但是對總磷和硝態(tài)氮的去除效果不盡如人意。同時文獻中也很少提及將改性沸石與聚合氯化鋁鐵混合，應用到污水深度處理工藝中。
【發(fā)明內容】
[0006]1.要解決的問題
[0007]針對現(xiàn)有的污水處理劑存在投加量大、運行成本高、對氨氮和硝態(tài)氮處理效果不佳、處理效果不穩(wěn)定等問題，本發(fā)明提供一種污水同步脫氮除磷的改性沸石有機物復合劑及其制備方法、應用和應用方法，本發(fā)明將不同濃度的十六烷基三甲基溴化銨和氯化鑭混合溶液浸泡人造沸石，經(jīng)過改性后的沸石與聚合氯化鋁鐵(PAFC)以不同比例復合，制成改性沸石有機物復合劑，能應用于污水生化尾水處理過程中同步去除水中的氮、磷污染物，此外還能應用于氮磷濃度很低的污水深度處理中，凈化效果好。
[0008]2.技術方案
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
[0010]一種污水同步脫氮除磷的改性沸石有機物復合劑的制備方法，其步驟為:
[0011](I)制備改性溶液:配制質量濃度為5?40g/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液和質量分數(shù)為0.3?0.8%的稀土元素溶液；
[0012](2)沸石改性:將步驟(I)中的十六烷基三甲基溴化銨溶液和稀土元素溶液按體積比1: (I?2)混合，然后加入沸石，沸石在混合溶液中的質量濃度為0.03?0.05g/mL，在振蕩箱中恒溫振蕩20?24h，振蕩結束后將沸石洗至中性，烘干后得到改性的沸石；
[0013](3)制備改性沸石有機物復合劑:將步驟(2)中得到的改性的沸石與聚合氯化鋁鐵按質量比(0.5?I):1的比例混合，得到改性沸石有機物復合劑。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟(I)中的稀土元素溶液為氯化鑭溶液。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(2)中的沸石為人造沸石，細度為60?80目。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟⑵中振蕩箱工作溫度為20?25°C，振蕩速度為100r/min ;烘干溫度為55°C，烘干時間為2?4h。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(2)中振蕩箱工作溫度為25°C。
[0018]一種污水同步脫氮除磷的改性沸石有機物復合劑，采用上述的制備方法制備得到。
[0019]上述的一種污水同步脫氮除磷的改性沸石有機物復合劑在污水生化尾水處理中的應用。
[0020]上述的一種污水同步脫氮除磷的改性沸石有機物復合劑在污水生化尾水處理中的應用方法，其步驟為:
[0021](a)將上述方法制備得到的改性沸石有機物復合劑投加到污水生化尾水中，攪拌均勻后靜置。
[0022]優(yōu)選地，步驟(a)中的攪拌過程為:先以200?400r/min的速度快速攪拌30?40s，然后以25?40r/min的速度攬拌25?40min ;靜置時間為30?60min。
[0023]本發(fā)明中的對污水同步脫氮除磷的混凝劑是一種改性沸石有機物復合劑，由十六烷基三甲基溴化銨(HDTMA-Br)對沸石進行改性，然后與聚合氯化鋁鐵反應得到，兼具混凝和吸附功能，投加到水體后，沸石為核，聚合氯化鋁鐵(PAFC)形成絮體，沸石吸附水體氮磷污染物沉降，絮體對水中懸浮物具有沉降作用，也會去除部分氮磷，且在這個過程中混凝劑容易沉降。污水中的硝態(tài)氮比氨氮難去除，主要是因為常規(guī)的吸附劑對硝態(tài)氮的吸附效果差，而本發(fā)明中的改性沸石有機物復合劑對硝態(tài)氮具有很好的吸附能力，主要是改性后的沸石對硝態(tài)氮吸附能力強，且與聚合氯化鋁鐵一起使用時其對污水中的硝態(tài)氮的吸附能力得到顯著增強。聚合氯化鋁鐵雖然是一種在污水深度處理中應用比較廣泛的混凝劑，但其存在投加量大、運行成本高、對氨氮和硝態(tài)氮處理效果不佳等問題，簡單投加聚合氯化鋁鐵難以解決生化尾水中脫氮除磷的問題，而本發(fā)明結合理論分析和大量的實驗研宄，將經(jīng)過特殊條件改性的沸石與聚合氯化鋁鐵配合使用，取得了