CN101693186B - 基于裹浆法制备的除磷脱氮一体化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

基于裹浆法制备的除磷脱氮一体化材料主要由钢渣、粉煤灰、沸石粉、粘结剂、沸石颗粒按下述质量比组成：粉煤灰：2％-4％、钢渣：0.3％-0.7％、沸石粉：0.3％-0.7％、粘结剂：1％-3％、余量为沸石颗粒。本发明旨在针对现污、废水处理中存在的问题，提供一种同时具备脱氮除磷功能的复合材料及其制备方法，该新型复合材料与现有污、废水处理材料相比不仅能够保护环境、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

基于裹浆法制备的除磷脱氮一体化材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水污染防治技术领域中一种除磷脱氮复合水处理材料及其制备方法。

背景技术

水体富营样化是世界性问题，大量研究成果和事实表明，氮、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。

目前污水中氮、磷的去除方法主要有生物法和化学法。生物法工艺复杂，且出水稳定性较差；化学法虽处理效果好，但应用的脱氮、除磷药剂多为石灰、铝盐、铁盐、亚铁盐及镁盐等工业产品，

由于药剂费用较高、污泥量较大，造成了该法在实际生产应用中的瓶颈。

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。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。

沸石是一种天然的，含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物，具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因而被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂。

目前，国内外对脱氮材料和除磷材料均有广泛的研究，但大部分仅局限于单一材料，单一用途，涉及到利用工业废料，加入适宜、适量沸石颗粒及沸石粉并辅以粘结剂等添加剂，复配出适合污水处理工艺使用的同时具备脱氮除磷功能的复配材料尚未见报道。

已有的研究表明，开发出对氮、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、经济效益好的高效脱氮除磷材料，并应用到各种污、废水的除磷脱氮工艺中，将污水中的磷和氨氮富集并分离出来，是保证污水除磷脱氮效果、实现磷资源再循环利用及环境友好的重要手段。

发明内容

技术问题：本发明旨在针对现污、废水处理中存在的问题，提供一种同时具备脱氮除磷功能的复合材料及其制备方法，该新型复合材料与现有污、废水处理材料相比不仅能够保护环境、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：本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

本发明的除磷脱氮复合材料主要由钢渣、粉煤灰、沸石粉、粘结剂、沸石颗粒组成，其质量比如下：

粉煤灰：2％-4％、钢渣：0.3％-0.7％、沸石粉：0.3％-0.7％、粘结剂：1％-3％、余量为沸石颗粒。

所述的除磷脱氮复合材料，各组分质量比为：

沸石颗粒：94.35％、粉煤灰：2.82％、钢渣：0.47％、沸石粉：0.47％、粘结剂：1.89％。

所述的除磷脱氮复合材料，粘结剂为水泥。

所述的除磷脱氮复合材料，钢渣为70-90目。

上述除磷脱氮复合材料可用下述方法制备：

a.对沸石颗粒进行表面预处理：将沸石颗粒洗净浸泡；

b.用粘结剂进行初期裹浆：确定沸石颗粒和粘结剂的配比，将粘结剂均匀裹附在沸石颗粒上；

c.将钢渣、粉煤灰、沸石粉和粘结剂按照配比均匀混合加水裹附在沸石颗粒上；

d.造粒成型。

所述的制备除磷脱氮复合材料的方法，其特征在于步骤d所述成型时采用免烧免蒸自然养护法，步骤如下：

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；成型6～8h后进行洒水养护；养护期约为2～3天，养护期间不得踩踏球体。

有益效果：与现有技术相比，本发明的除磷脱氮复合材料及其制备方法具有以下优点：

根据除磷特性，因地制宜地利用若干种工业废渣及天然矿物质为主要原料，加入适宜、适量沸石颗粒及沸石粉，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值的适合污水处理工艺使用的同时具备除磷脱氮功能的一体化材料。吸附饱和后的材料因具有较高的氮、磷含量，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。通过该材料的使用，可以使污、废水排放之氮、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，通过对该新型除磷脱氮一体化材料的开发、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。

本发明不仅能够保护环境、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

以实验室小批量生产为例说明具体的实施方式。

(1)沸石颗粒(质量比)：

比例上限：   95.85％

比例下限：   92.89％

比例最佳点： 94.35％

(2)粉煤灰(质量比)：

比例上限：   3.72％

比例下限：   1.92％

比例最佳点： 2.83％

(3)钢渣(质量比)：

比例上限：   0.62％

比例下限：   0.32％

比例最佳点： 0.47％

(4)沸石粉(质量比)：

比例上限：   0.62％

比例下限：   0.32％

比例最佳点： 0.47％

(5)粘结剂(质量比)：

比例上限：   2.17％

比例下限：   1.60％

比例最佳点： 1.89％

下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容：

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，将沸石颗粒洗净浸泡，确定沸石颗粒和粘结剂的配比，将粘结剂均匀裹附在沸石颗粒上，将钢渣、粉煤灰、沸石粉和粘结剂按照配比均匀混合加水裹附在沸石颗粒上，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；洒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。

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，

实施例1.最佳配比实施方式，

复合材料总质量212g，其中0.35cm±0.05cm沸石颗粒200g，钢渣1g，粉煤灰6g，沸石粉1g，粘结剂4g，水10mL。

将沸石颗粒洗净浸泡，将粘结剂2g和洗净浸泡后的沸石颗粒投入滚筒造粒机中，混合均匀，15分钟左右完成初期裹浆。

将粉煤灰、钢渣、沸石粉和粘结剂2g投入滚筒造粒机中混合均匀。加入初期裹浆后的沸石颗粒，混合均匀。分批少量地添加10ml水到混合均匀的胶凝材料中，30分钟左右造粒成型，室温大于5℃时，用麻袋对成型的球体覆盖24h，成型6h后进行洒水养护；洒水以保持球体湿润，养护期约为2天。

实施例2.复合材料总质量161.5g，其中0.35±0.05cm沸石颗粒150g，钢渣1g，粉煤灰6g，沸石粉1g，粘结剂3.5g，水10mL。

将沸石颗粒洗净浸泡，将粘结剂1.5g和洗净浸泡后的沸石颗粒投入滚筒造粒机中，混合均匀，15分钟左右完成初期裹浆。

将粉煤灰、钢渣、沸石粉和粘结剂2g投入滚筒造粒机中混合均匀。加入初期裹浆后的沸石颗粒，混合均匀。分批少量地添加10ml水到混合均匀的胶凝材料中，30分钟左右造粒成型，室温大于5℃时，用草帘对成型的球体覆盖24h，成型8h后进行洒水养护；浇水以保持球体湿润，养护期约为3天。

实施例3.复合材料总质量313g，其中0.35±0.05cm沸石颗粒300g，钢渣1g，粉煤灰6g，沸石粉1g，粘结剂5g，水10mL。

将沸石颗粒洗净浸泡，将粘结剂3g和洗净浸泡后的沸石颗粒投入滚筒造粒机中，混合均匀，15分钟左右完成初期裹浆。

将粉煤灰、钢渣、沸石粉和粘结剂2g投入滚筒造粒机中混合均匀。加入初期裹浆后的沸石颗粒，混合均匀。分批少量地添加10ml水到混合均匀的胶凝材料中，30分钟左右造粒成型。

最佳配比实施后效果：静态试验结果表明，25℃时，脱氮除磷一体化材料对氨氮的理论饱和吸附量为5.77mg/g，对磷酸盐的理论饱和吸附量为3.35mg/g。初始氨氮浓度为15mg/L、磷酸盐浓度为5mg/L、投加量为20g/L，反应60个小时后的剩余氨氮浓度降到4.32mg/L(＜5mg/L)，磷酸盐浓度降到0.457mg/L(＜0.5mg/L)，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；吸附剂对氨氮的平衡吸附量为0.54mg/g，吸附速率为0.031g/(mg·h)，对磷酸盐的平衡吸附量为0.13mg/g，吸附速率为0.2g/(mg·h)。

Claims (6)

1.一种基于裹浆法制备的污水除磷脱氮一体化材料，其特征在于该材料由钢渣、粉煤灰、沸石粉、粘结剂和沸石颗粒组成，质量比为：

粉煤灰：2％-4％、钢渣：0.3％-0.7％、沸石粉：0.3％-0.7％、粘结剂：1％-3％、余量为沸石颗粒；该制备步骤如下：

a.对沸石颗粒进行表面预处理：将沸石颗粒洗净浸泡；

b.用粘结剂进行初期裹浆：确定沸石颗粒和粘结剂的配比，将粘结剂均匀裹附在沸石颗粒上；

c.将钢渣、粉煤灰、沸石粉和粘结剂按照配比均匀混合加水裹附在步骤b得到的裹附粘结剂后的沸石颗粒上；

d.造粒成型。

2.根据权利要求1所述的基于裹浆法制备的污水除磷脱氮一体化材料，其特征在于所述除磷脱氮复合材料各组分质量比为：

沸石颗粒：94.35％、粉煤灰：2.82％、钢渣：0.47％、沸石粉：0.47％、粘结剂：1.89％。

3.根据权利要求1或2所述的基于裹浆法制备的污水除磷脱氮一体化材料，其特征在于所述粘结剂为水泥。

4.根据权利要求1或2所述的基于裹浆法制备的污水除磷脱氮一体化材料，其特征在于所述钢渣的颗粒为70-90目。

5.一种如权利要求1所述的基于裹浆法制备的污水除磷脱氮一体化材料的制备方法，其特征在于该制备步骤如下：

a.对沸石颗粒进行表面预处理：将沸石颗粒洗净浸泡；

b.用粘结剂进行初期裹浆：确定沸石颗粒和粘结剂的配比，将粘结剂均匀裹附在沸石颗粒上；

c.将钢渣、粉煤灰、沸石粉和粘结剂按照配比均匀混合加水裹附在步骤b得到的裹附粘结剂后的沸石颗粒上；

d.造粒成型。

6.根据权利要求5所述的基于裹浆法制备的污水除磷脱氮一体化材料的制备方法，其特征在于步骤d所述造粒成型，采用免烧免蒸自然养护法，步骤如下：

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，成型6～8h后进行洒水养护；养护期为2～3天，养护期间不得踩踏球体。