CN108996691A - 一种用于人工湿地的铝污泥复合填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于人工湿地的铝污泥复合填料，属于水处理技术领域，该铝污泥复合填料的表面为带有吸附微孔的瓷化层，该瓷化层由铝污泥包裹在沸石或钢渣表面并经高温焙烧形成。本发明还提供了该复合填料的制备方法，经过原料搅拌、造粒、烘干、焙烧等步骤制造而成，所制备的铝污泥复合填料对污水的N和P去除效果显著，且填料可长期反复使用，具有成本低，净化效果好的优点。

Description

一种用于人工湿地的铝污泥复合填料及其制备方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及用于人工湿地高浓度含磷废水净化的铝污泥复合填料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，小城镇及工业园区的污水排放量日益增加，而且这些地区较偏远，配套设施不完善。利用活性污泥、生物膜法等常规处理技术存在建造和运行费用高、工艺复杂、处理出水水质很难达到国家地表水标准等问题；人工湿地以一种新型污水处理技术，因其具有缓冲容量大、管理方便、工艺简单、投资省、运行费用低、环境效益高等特点，被广泛应用于小城镇和农村地区的污水处理中。然而，人工湿地脱氮除磷效率低，易堵塞等特点，限制了其的推广应用。

人工湿地对磷的去除主要包括植物摄取、基质吸附，其中后者的贡献最大。传统的人工湿地***填料主要是粘土、细沙、小石子、沸石、砾石，由于对磷的吸附性能较低，容易达到吸附饱和，很难长久的满足人工湿地对磷的去处效果，所以往往运行一段时间的人工湿地出水后磷含量超标。但是，通过重新更换人工湿地填料，会大大增加了处理成本，并且效果往往不够理想。

铝污泥是给水处理过程不可避免的副产物，虽然在土木、环境工程领域对其有一些回收利用的尝试，但仍主要通过填埋处理。与其他工业废物不同，铝污泥来源于给水处理，源水中的污染物质主要包括浊度、色度、腐殖质等，没有有毒物质，因此在国际上铝污泥并没有被划归有毒有害废物之列。铝污泥的主要特点是：简单易得、铝离子含量高、量大、可***。因此，自来水厂污泥是一种较为理想的填料前驱体。

中国专利CN201610435425.4公开了一种利用水厂污泥制备同时脱氮除磷吸附剂的方法，包括如下步骤：将脱水铝污泥风干、研磨筛分、烘干，冷却后，置于马弗炉中，于300℃下将铝污泥焙烧4h，得活化铝污泥；按比例将粉末活性炭、活化铝污泥和沸石粉末混合均匀，加入质量浓度为2％-3％的NaOH 100mL，振荡改性12h后，烘干，取出后自然沉化2h，加入皂土作为粘合剂造粒，并将所得的吸附剂颗粒置于在马弗炉中，400℃焙烧4h，冷却后，用去离子水冲洗吸附剂颗粒至中性，105℃烘干2h后，得吸附剂。该发明利用含活性炭铝污泥和沸石制备同时吸附氮磷的吸附材料，既改善铝污泥对于水体中氨氮的吸附效果，同时保留其良好的磷酸盐吸附性能。但是铝污泥对磷的吸附效率受pH影响很大，pH越大铝污泥对磷的吸附效果越好，而该吸附剂出水是中性，所以该复合材料对磷的吸附效果一般。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对含磷浓度高的废水，同时自来水厂产生大量的铝污泥废弃物未得到充分利用易造成环境负担，发明一种以铝污泥为主要原料制作的复合填料制作方法，达到“以废治废”目的，并且所制备的复合填料能够长期反复使用，且不会向环境带来二次污染。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

用于人工湿地的铝污泥复合填料，表面为带有吸附微孔的瓷化层，该瓷化层由铝污泥包裹在沸石和/或钢渣表面并经高温焙烧形成。

优选地，所述铝污泥复合填料由重量份为40～50份的沸石和/或钢渣和50～60份的铝污泥组成。

优选地，所述铝污泥复合填料粒径为3-15毫米。

优选地，所述沸石和/或钢渣由粘结剂粘结成粒径小于10毫米的颗粒状。

优选地，所述粘结剂为浓度为8％左右的泡花碱稀释液。

优选地，所述吸附微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层的厚度为0.5mm-1mm。

铝污泥复合填料的制备方法，包括如下步骤：

1)称取沸石和/或钢渣，放入造粒机中造粒得到沸石和/或钢渣颗粒；，

2)从自来水厂絮凝沉淀池中将铝污泥捞出，加致孔剂搅拌，脱水；

3)继续向步骤1)中的造粒机中投放脱水后的铝污泥，加入粘结剂使其在沸石和/或钢渣颗粒表面形成铝污泥壳；

4)将上述所制得的带有铝污泥壳的颗粒烘干以去除水分；

5)将步骤4)烘干的颗粒置于无氧焙烧炉中焙烧，得到表面为瓷化层且带有大量孔隙的球状铝污泥复合填料。

优选地，步骤4)中所述烘干条件为在105～120℃下烘干2～3小时。

优选地，步骤5)中所述的焙烧温度为500～600℃，焙烧时间为6～8小时。

优选地，步骤2)中的致孔剂为NaHCO₃粉末，加入量占整体复合填料重量的1％-2.5％。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明沸石或钢渣原料成本较低，来源广泛，全部为天然材料制成，本身不会产生对人体和环境有害的影响，选择自来水厂的废弃物铝污泥，它解决了自来水厂铝污泥的处理问题，降低运行成本。

(2)铝污泥对磷的吸附效率受pH影响很大，pH越大铝污泥对磷的吸附效果越好。而本发明复合填料的结构，尤其是钢渣的使用可以使净化后的出水水质呈弱碱性，加之表面铝污泥微孔瓷化层的存在，大大提高了对磷的吸附效率和吸附量。

(3)沸石或钢渣对氮和有机物去处较好，铝污泥微孔瓷化层对磷去除较好，本发明利用其协同作用，可以同时达到脱氮除磷的目的，有效净化水质，经本发明处理的水质能提高水体质量、达到回用标准。

(4)现有水净化填料使用1-2年磷的吸附就达到饱和，本发明的填料可以作为滤料可长期反复使用，使用寿命长达10年，且耐冲击，适应于常见的生活污水，且不会对使用效果产生影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明，具体实施例的描述本质上仅仅是范例，以下实施例基于本发明技术方案进行实施。应注意的是，本领域技术人员基于本发明技术构思进行修改和等同替换，均落在本发明保护范围之内。

实施例1

1)选取沸石40kg，放入造粒机中造粒，使沸石成为粒径小于10毫米的颗粒状；

2)将铝污泥从自来水厂水絮凝沉淀池取出以后，添加2kg碳酸氢钠粉末，充分搅拌后，用脱水机脱水至泥饼状。

3)将上述脱水后的50kg铝污泥投放至造粒机中，加入粘结剂混合搅拌均匀，使其均匀包裹在沸石表面形成铝污泥壳，此时带有铝污泥壳的颗粒粒径为3-15毫米。

4)将上述所制得的带有铝污泥壳的颗粒在105～120℃下烘干2～3小时以去除水分；

5)将上述烘干的颗粒置于无氧焙烧炉中焙烧，控制炉温在500～600℃之间，焙烧时间控制在6～8小时之间得到表面为瓷化层且带有大量微孔隙的球状铝污泥复合填料1，表面微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层厚度为0.5mm-1mm。将该复合填料1放入模拟污水中进行除氮除磷测试，称取1g铝污泥复合填料1，置于250ml锥形瓶中，加入100ml含氮和磷各5mg/L的模拟废水，在25℃±1℃下，100r/min恒温震荡24h，计算氮和磷的去除率，净化效果如表1所示。

实施例2

1)选取钢渣40kg，放入造粒机中造粒，使钢渣成为粒径小于10毫米的颗粒状；

2)将铝污泥从自来水厂水絮凝沉淀池取出以后，添加2kg碳酸氢钠粉末，充分搅拌后，用脱水机脱水至泥饼状。

3)将上述脱水后的50kg铝污泥投放至造粒机中，加入粘结剂混合搅拌均匀，使其均匀包裹在钢渣表面形成铝污泥壳，此时带有铝污泥壳的颗粒粒径为3-15毫米。

4)将上述所制得的带有铝污泥壳的颗粒在105～120℃下烘干2～3小时以去除水分；

5)将上述烘干的颗粒置于无氧焙烧炉中焙烧，控制炉温在500～600℃之间，焙烧时间控制在6～8小时之间得到表面为瓷化层且带有大量孔隙的球状铝污泥复合填料2。表面微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层厚度为0.5mm-1mm。将该复合填料1放入模拟污水中进行除氮除磷测试，净化效果如表1所示。

实施例3

1)选取钢渣20kg，沸石20kg，放入造粒机中造粒，使钢渣成为粒径小于10毫米的颗粒状；

2)将铝污泥从自来水厂水絮凝沉淀池取出以后，添加2kg碳酸氢钠粉末，充分搅拌后，用脱水机脱水至泥饼状。

3)将上述脱水后的50kg铝污泥投放至造粒机中，，加入粘结剂混合搅拌均匀，使其均匀包裹在钢渣和沸石表面形成铝污泥壳，此时带有铝污泥壳的颗粒粒径为3-15毫米。

4)将上述所制得的带有铝污泥壳的颗粒在105～120℃下烘干2～3小时以去除水分；

5)将上述烘干的颗粒置于无氧焙烧炉中焙烧，控制炉温在500～600℃之间，焙烧时间控制在6～8小时之间得到表面为瓷化层且带有大量微孔的球状铝污泥复合填料3。表面微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层厚度为0.5mm-1mm。将该复合填料1放入模拟污水中进行除氮除磷测试，净化效果如表1所示。

实施例4

本实施例的制备方法基本同实施例2，不同之处在于钢渣的质量为40kg，脱水后的铝污泥为60kg，制备得到球状铝污泥复合填料4，表面微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层厚度为0.5mm-1mm，净化效果如表1所示。

实施例5

本实施例的制备方法基本同实施例2，不同之处在于钢渣的质量为45kg，脱水后的铝污泥为55kg，制备得到球状铝污泥复合填料5，表面微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层厚度为0.5mm-1mm，净化效果如表1所示。

实施例6

本实施例的制备方法基本同实施例2，不同之处在于钢渣的质量为50kg，脱水后的铝污泥为50kg，制备得到球状铝污泥复合填料6，表面微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层厚度为0.5mm-1mm，净化效果如表1所示。

表1不同配方铝污泥复合填料的除氮除磷效率

序号	TN去除率(％)	TP去除率(％)
			实施例1	70	98
实施例2	75	95
			实施例3	80	90
实施例4	85	87
			实施例5	88	84
实施例6	90	80

铝污泥和磷是化学反应，形成磷酸铝沉淀，所以铝污泥含量越高，瓷化层微孔比表面积越大，吸附量越多，铝污泥瓷化层含量及厚度下降，P的去除率下降，同理另一种芯层材料增加，有利于氮和其他有机物的去除。

使用寿命对比：与市场上现有铝污泥除磷净水剂的净水效果进行对比实验，现有市场的水净化填料净化水体对磷的去除效率一般，另外常见的吸附填料基本上使用1-2年就达到吸附饱和，填料吸附性能严重下降。本发明铝污泥的填料不仅吸附效率高，吸附量也比普通吸附材料高，可以达到10年之久。

本申请仅对部分、成分含量、温度等参数的实施例进行说明示例，但是上述实施例不应限制本发明的保护范围。本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的精神和范围内，进行修改和等同替换，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于人工湿地的铝污泥复合填料，其特征在于，所述铝污泥复合填料的表面为带有吸附微孔的瓷化层，该瓷化层由铝污泥包裹在沸石和/或钢渣表面并经高温焙烧形成。

2.根据权利要求1所述的用于人工湿地的铝污泥复合填料，其特征在于，所述铝污泥复合填料含有重量份为40～50份的沸石和/或钢渣和50～60份的铝污泥。

3.根据权利要求1所述的一种用于人工湿地的铝污泥复合填料，其特征在于，所述铝污泥复合填料粒径为3-15毫米。

4.根据权利要求1或2所述的用于人工湿地的铝污泥复合填料，其特征在于，所述沸石和/或钢渣由粘结剂粘结成粒径小于10毫米的颗粒状。

5.根据权利要求4所述的用于人工湿地的铝污泥复合填料，其特征在于，所述粘结剂为浓度为8％左右的泡花碱稀释液。

6.据权利要求1所述的用于人工湿地的铝污泥复合填料，其特征在于，所述吸附微孔的比表面积为100-200m²/g，瓷化层的厚度为0.5mm-1mm。

7.铝污泥复合填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)称取沸石和/或钢渣，放入造粒机中造粒得到沸石和/或钢渣颗粒；，

2)从自来水厂絮凝沉淀池中将铝污泥捞出，加致孔剂搅拌，脱水；

3)继续向步骤1)中的造粒机中投放脱水后的铝污泥，加入粘结剂使其在沸石和/或钢渣颗粒表面形成铝污泥壳；

4)将上述所制得的带有铝污泥壳的颗粒烘干以去除水分；

5)将步骤4)烘干的颗粒置于无氧焙烧炉中焙烧，得到表面为瓷化层且带有大量孔隙的球状铝污泥复合填料。

8.根据权利要求7所述的铝污泥复合填料的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述烘干条件为在105～120℃下烘干2～3小时。

9.根据权利要求7所述的铝污泥复合填料的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述的焙烧温度为500～600℃，焙烧时间为6～8小时。

10.根据权利要求7所述的铝污泥复合填料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的致孔剂为NaHCO₃粉末，加入量占整体复合填料重量的1％-2.5％。