CN101623619A - 发泡型工业废渣基复合脱磷材料 - Google Patents

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Abstract

一种发泡型工业废渣基复合脱磷材料，由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料，复合脱磷材料组分：粉煤灰：75％－85％，占胶凝材料质量比；70－90目钢渣：10％－20％，占胶凝材料质量比；粘结剂：3％－15％，占胶凝材料质量比；发泡剂：2‰－10‰，与胶凝材料质量比；水：3∶1－9∶2，与胶凝材料质量比。该材料不仅能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。

Description

发泡型工业废渣基复合脱磷材料
技术领域
本发明是一种用于污(废)水处理中的发泡型高效复合除磷材料，属水污染防治技术领域。
背景技术
磷是导致水体富营养化的主要因素。同时，磷也是生命体不可或缺的营养元素，是一种难以再生、日益枯竭的资源。
目前污水中磷的去除方法主要有生物法和化学法。生物法除磷工艺复杂，且出水稳定性较差；化学法除磷虽处理效果好，但应用的除磷(药剂)材料多为石灰、铝盐、铁盐、亚铁盐及镁盐等工业产品，由于除磷药剂费用较高、污泥量较大，造成了该法在实际生产应用中的瓶颈。已有的研究表明，开发出对磷吸附能力强、具有一定强度和化学稳定性、水流阻力小、密度小、孔隙率大、经济效益好的高效除磷材料，并应用到各种污(废)水的化学除磷工艺中，将污水中的磷富集并分离出来，是保证污水除磷效果、实现磷资源再循环利用的重要手段。
钢渣、煤渣、粉煤灰等废渣是冶金、电力等行业排放的固体废弃物。这些废弃物的大量堆置不仅浪费土地资源，且容易造成环境污染。目前我国钢渣的年排放量达1600万吨以上，粉煤灰的年排放量约为1100万吨，但其循环利用率仅为10％左右。这些废渣主要被用作筑路材料、回填材料、制砖材料等低附加值的利用模式。
目前，利用工业废料，加入适宜、适量发泡剂并辅以粘结剂等添加剂，复配出适合污水处理工艺使用的高效除磷材料，并以此实现磷资源的再循环利用国内尚未见报道。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种发泡型工业废渣基复合脱磷材料，该材料不仅能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。
技术方案：钢渣、煤渣、粉煤灰等工业废渣颗粒不仅具有巨大的比表面积，而且含有大量的Ca、Al、Fe等金属氧化物，对水体中的磷具有较强的吸附与反应能力。根据除磷特性，本发明因地制宜地利用若干种工业废渣为主要原料，加入适宜、适量发泡剂，并辅以粘结剂等添加剂，开发复配出了便于应用的、具有一定强度、孔隙率及合适pH值的发泡型高效除磷材料，通过该材料的使用，可以使污(废)水排放之磷浓度达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级(A)标准，减轻水体富营养化状况，改善区域生态环境。
此外，通过对本发明材料的开发、生产、应用及最终处置，可实现工业废弃物的再利用及资源化，并追加了废物利用的附加值，降低了磷资源的回收成本。不仅能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。
本发明的发泡型工业废渣基复合脱磷材料由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料，
复合脱磷材料组分：
粉煤灰：     75％-85％  占胶凝材料质量比
70-90目钢渣：10％-20％  占胶凝材料质量比
粘结剂：     3％-15％   占胶凝材料质量比
发泡剂：     2‰-10‰   与胶凝材料质量比
水：         3∶1-9∶2  与胶凝材料质量比。
所述的粘结剂为水泥或石膏。
所述的复合脱磷材料成型时采用冷法养护与热法烧结。
有益效果：通过该高效除磷材料的使用，可以使污(废)水排放之磷浓度达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级(A)标准，减轻水体富营养化状况，改善区域生态环境。
由于以往的材料多为实心材料，只有表层和空隙参与了除磷，加入适宜、适量发泡剂，可以减小材料密度，增大材料孔隙率，进一步改善材料的结构性能，提高材料吸附速率及吸附量，在降低成本的同时，使材料发挥更大的作用。试验发现，与未添加发泡剂的工业废渣基复合脱磷材料比较，致孔后的材料在以下两方面有了较大突破：
1)吸附速率k/(g·mg-1·d-1)
15℃、0.5cm  吸附速率提高了17.21％
25℃、0.5cm  吸附速率提高了4.53％
2)最大吸附量Qm/(mg·g-1)
15℃、0.5cm  Qm＝6.98提高了135.02％
25℃、0.5cm  Qm＝7.61 提高了137.07％
35℃、0.5cm  Qm＝8.27 提高了143.23％
25℃、1.0cm  Qm＝4.30 提高了35.22％
35℃、1.0cm  Qm＝5.20 提高了57.58％
通过对该新型高效除磷材料的开发、生产、应用及最终处置，可实现工业废弃物的资源化，并追加了废物利用的附加值，降低了磷资源的回收成本。
本发明创新之处在于：因地制宜地利用若干种工业废渣，开发出适合污(废)水处理工艺使用的高效除磷材料。选择目前国内应用较多的发泡剂并将其投加到高效除磷材料中，挑选出最适合该材料复配体系的发泡剂；探索了发泡剂投加量对EPRC除磷效果的影响，确定了最佳发泡剂投加量；比较了添加发泡剂与未添加发泡剂以及添加不同发泡剂高效除磷材料的除磷效果。吸附饱和后的除磷材料因具有较高的含磷量，可直接作为肥料或土壤改良材料，以此实现磷资源的再循环利用。不仅能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
本发明的发泡型工业废渣基复合脱磷材料由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料，
复合脱磷材料组分：
粉煤灰：     75％-85％  占胶凝材料质量比
70-90目钢渣：10％-20％  占胶凝材料质量比
粘结剂：     3％-15％   占胶凝材料质量比
发泡剂：     2‰-10‰   与胶凝材料质量比
水：         3∶1-9∶2  与胶凝材料质量比。
所述的粘结剂为水泥或石膏。
所述的复合脱磷材料成型时采用冷法养护或热法烧结。
最佳值的各组分为：
粉煤灰：80.0％        占胶凝材料质量比
钢渣(70-90目)：13.3％ 占胶凝材料质量比
粘结剂：6.7％         占胶凝材料质量比
发泡剂：8‰           与胶凝材料质量比
水：15∶4             与胶凝材料质量比
以试验室小批量生产为例来说明具体的实施方式。
试验装置：转筒造粒机、匀浆机(由于试验室发泡剂用量很少，生产性制泡机制泡量很大，所以选用转速与其相当的匀浆机)
胶凝材料总质量750g，其中粉煤灰600g，钢渣100g，粘结剂50g，发泡剂6mL，水200mL。
将粉煤灰、钢渣和粘结剂投入滚筒造粒机中混合均匀。取6mL发泡剂和200mL水加到匀浆机中，在4000r/min以上的转速下，搅拌5分钟，将发泡剂打成“牛奶”状泡沫。将泡沫分批少量地添加到混合均匀的胶凝材料中，1个小时左右造粒成型。
(1)粉煤灰(质量比)：
比例上限：85％
比例下限：75％
比例最佳点：80％
(2)钢渣(70目)(质量比)：
比例上限：20％
比例下限：10％
比例最佳点：13.3％
(3)粘结剂(质量比)：
比例上限：15％
比例下限：3％
比例最佳点：6.7％
(4)发泡剂(质量比)：
比例上限：10％
比例下限：2％
比例最佳点：8％
上述材料成型时采用冷法养护与热法烧结。
热法烧结：将主材料破碎后加入粘结剂、发泡剂，加水成型，通过高温烧结。
冷法养护(免烧免蒸自然养护法)：原材料经机械破碎后用分样筛筛分出不同粒径的废渣颗粒作为复配基材，添加一定量粘结剂、发泡剂，加水拌匀，用造粒机成型成不同粒径的球体。室温大于5℃时，对成型的球体覆盖24h，覆盖物可用麻袋、草帘等；成型6～8h后进行洒水养护；浇水以保持球体湿润为准，养护用水应与搅拌用水相同。养护期约为2～3天。养护期间不得踩踏球体。

Claims (3)

1.一种发泡型工业废渣基复合脱磷材料，其特征在于该材料由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料，复合脱磷材料组分：
粉煤灰：     75％-85％     占胶凝材料质量比
70-90目钢渣：10％-20％     占胶凝材料质量比
粘结剂：     3％-15％      占胶凝材料质量比
发泡剂：     2‰-10‰      与胶凝材料质量比
水：         3∶1-9∶2     与胶凝材料质量比。
2.根据权利要求1所述的发泡型工业废渣基复合脱磷材料，其特征在于所述的粘结剂为水泥或石膏。
3.根据权利要求1所述的发泡型工业废渣基复合脱磷材料，其特征在于所述的复合脱磷材料成型时采用冷法养护与热法烧结的方法。
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