[发明专利]一种负载水合氧化锆的树脂回收城镇污水中磷酸盐的方法

说明书

一种负载水合氧化锆的树脂回收城镇污水中磷酸盐的方法，属于城市污水处理技术领域。针对城市生活污水中磷的浓度较低，为4‑12mg/L，排入河流或湖泊中仍然很容易引起水体的富营养化，当前的化学沉淀法与生物除磷法不能满足越来越严格的磷排放要求。因此，迫切需要新的高新技术来增强流出物中磷的去除。本方法采用一种树脂D280负载水合氧化锆来回收城镇污水中的磷酸盐,在温度为25‑30℃，pH为6‑7时，D280‑Zr的吸附能力能达到97‑100％。与此同时，在含有竞争性阴离子时，D280‑Zr仍然表现出比较好的适应性和吸附性能。且经过6次吸附解吸循环后，D280‑Zr的吸附率仍然能保持在80％以上。因此采用该树脂材料节省能耗的同时，更具有应用价值。

技术领域

本发明涉及一种负载水合氧化锆的树脂回收城镇污水中磷酸盐的方法，属于水污染控制与资源再生利用领域，用于污水处理中除磷与磷的回收。

背景技术

磷在自然界中主要以天然磷酸盐矿石的形式存在，经过加工及生物转化后广泛应用于化工、轻工、国防等部门。是一种不可再生而又面临枯竭的资源。磷的含量对引起水体富营养化极其敏感，水体中C(TP)＞0.015mg/L时就足以导致水体富营养化发生，我国目前城市污水含磷质量浓度一般在5～9mg/L。为避免水体富营养化，污水处理厂多用化学沉淀法和生物除磷法结合，将大部分磷转移至污泥中，即产生大量污泥，又造成磷资源的流失。污水磷回收可以改善污水水质。一方面，除磷效果好，有利于形成高浓度溶解性磷，另一方面，污水磷回收可以降低回流至污水处理流程中的磷负荷，减少对原水中COD的消耗，有利于改善生物除磷效果。可见，从污水中回收磷是磷资源可持续发展的必由之路，改善环境的有效措施。但是，当前的化学沉淀法与生物除磷法不能满足越来越严格的磷排放要求。美国环境保护署建议水中磷的最高含量不应超过0.05mg P-PO₄^3-/L。在欧盟，水框架指令可能要求磷的排放水平范围在0.1-0.5mg P-PO₄^3- /L。中国规定排放出水中的磷含量不得超过0.5mg P-PO₄^3-/L。因此，迫切需要新的高效技术来增强流出物中磷的去除。

现今，吸附法已被广泛用于污水除磷，并且已经开发了越来越多的吸附剂来应对越来越严格的水质标准。例如水合金属氧化物如Fe，Zr，Cu被广泛探索用于磷酸盐去除，通常，这种类型的纳米复合材料可以通过将金属氧化物纳米颗粒嵌入到阴离子交换树脂的内孔中来合成。所获得的材料具有两种类型的磷酸盐去除吸附位点，铵基共价结合到主体的聚合物基质和负载的金属氧化物纳米颗粒上。铵基可以促进磷酸盐在纳米复合材料内部的预浓缩和渗透，负载的金属氢氧化物纳米颗粒主要通过内部络合作用特异性吸附磷酸盐。这一系列纳米复合材料在高浓度共存阴离子存在下比常规吸附剂表现出优于磷酸盐的选择性吸附，部分纳米复合材料已成功应用于中试规模的除磷和净水处理厂。但是当前的纳米复合材料仍然缺乏应用价值，无法在存在竞争性阴离子时仍然具有高吸附性能，同时在经过多次的吸附解吸循环后，无法保持较高的吸附强度。

本发明制作了一种负载水合氧化锆的树脂材料D280-Zr对水中的磷酸盐进行吸附，本材料不同于现有材料，主要体现在以下两个方面：

(1)主体材料不同：现有的吸附磷的主体材料主要包括磁铁矿、活性炭、聚酯纤维和其他的一些树脂材料，没有使用过大孔径阴离子树脂D280进行改性研究。且现有技术在制作吸附材料的过程中，制作过程相对复杂，甚至需要有机化学中的接枝技术，因此若使用现有技术，需要耗费大量的人力物力，同时在污水处理系统中，对于磷的吸附能力仍然不能达到更加严格的污水排放标准，且在多次吸附解吸循环后，不能保持较高的吸附能力。而本发明采用的树脂材料在改性过程中简单，易操作，具有良好的环境适应能力。在存在竞争性阴离子时，仍然能保持较高的吸附性能，同时，在经过6次的吸附解吸循环后，其吸附能力仍然能达到80％以上。

(2)吸附对象不同：目前，大孔径阴离子树脂D280主要应用于农业科学、医学、食品等领域用于对苹果多酚和柠檬酸的吸附。而本发明是将其改性后用于生活污水中磷的吸附。且当前未有人将其用于磷酸盐的吸附。