CN101863646A - 一种人工湿地专用填料及其制备方法 - Google Patents

一种人工湿地专用填料及其制备方法 Download PDF

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尤朝阳
刘汤勋
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Abstract

本发明的目的是提高人工湿地除磷效率,提供一种人工湿地专用填料及其的制备方法,其具体步骤如下:首先用水将水泥和粉煤灰混合后,加入铝粉发泡剂,搅拌混合均匀,其中水泥∶粉煤灰∶铝粉∶水的重量份分别为:50-100∶10-30∶0.1-0.5∶25-50,将搅拌好的浆料倒入模具中成型,在20-50℃下发泡20-60min,养护,即制得人工湿地专用填料。该方法具有生产方法简单、成本低等特点。填料具有吸附磷效率高、强度大、质量轻、比表面积大等优点。

Description

一种人工湿地专用填料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于污水处理技术领域,涉及一种人工湿地专用填料及其制备方法,是用 水、水泥、粉煤灰为原料,铝粉为发泡材料,制备专用填料用于去除水中磷的方法。
背景技术 [0002] 水体富营养化污染已成为我国环境污染的面临的重大问题。目前,国内外除磷的 方法主要有生物法和物理化学法。如化学凝聚沉淀法处理磷效率高,操作简单,但产生大量 难以处理的污泥、出水的盐浓度较高等原因限制了它的推广应用;而生物法除磷工艺在运 行和管理上要求较高,难以达到理想效果。
[0003] 人工湿地是一种投资少、运行费用低的污水处理技术,近年来被广泛运用于农村 的生活污水处理。填料作为人湿地的主要组成部分,一方面通过沉淀、过滤、吸附作用去除 水里的有机质,另一方面为植物和微生物提供生长载体。人工湿地除磷机理主要是靠湿地 填料对磷的吸附作用,而通过微生物降解、植物吸收的磷相对较少。因此,选择对磷具有较 高吸附率的填料,对提高人工湿地的除磷意义重大。在构建人工湿地时,因地制宜地利用当 地廉价材料或工业废料作为湿地填料,可降低人工湿地的成本,也为工业废料再利用提供 了有效途径。
[0004] 近年来,我国的能源工业稳步发展,电力工业的迅速发展,带来了粉煤灰排放量的 急剧增加,燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加,给我国的国民经济建设及生态 环境造成巨大的压力。
[0005] 国内外的众多研究发现,粉煤灰可加到污水中除磷。如用活性粉煤灰做磷吸附剂 (专利号:200410099197. 5),是利用粉煤灰和稀硫酸混合后,在一定的温度下活化一定时 间后制备而成,处理废水时,对CODcr和色度有一定去除效果,但除磷率仅为20%左右;许 可等人用改性粉煤灰做为磷吸附剂(专利号:200810141600.4),用浓硫酸进行改性,然后 再20-3000C下熟化0. 5至5小时,该吸附剂除磷效率较高,但酸性大且呈粉沫状,不适用于 人工湿地植物及微生物生长。
[0006] 在人工湿地除磷研究中,解庆林等人发明了沸石和石灰石人工湿地处理城市污水 处理厂技术(专利号=200510119593. 4)是以沸石和石灰石作为人工湿地填料,美人蕉、菖 蒲、象草等为植物床,对污水处理厂出水进行深度处理的技术。该人工湿地系统对较低浓度 的磷处理效果较好,但对生活污水浓度的磷,处磷效率仅为40%左右,且随运行时间增长, 磷吸附率逐渐变小。
[0007] 本发明将水泥与粉煤灰混合,制作出一种人工湿地专用填料,它具有强度大、质量 轻、比面积大、吸附效果好等特点,而且使用寿命长,此种填料在水中可以逐渐的释放出金 属离子,可以在3-5年内维持一个较高的磷吸附率。
发明内容
[0008] 本发明的目的是为了提高人工湿地除磷效率,而提供了一种人工湿地专用填料,本发明的另一目的是提供上述填料的制备方法,该方法具有生产方法简单、成本低等特点。
[0009] 本发明的技术方案为:一种人工湿地专用填料,其特征在于其原料组份及各组份 的重量份分别为:水泥50-100、粉煤灰10-30、铝粉0. 1-0. 5、水25-50。
[0010] 优选上述各组份的重量份分别为:水泥70-90、粉煤灰10-20、铝粉0. 1-0. 15、水 25-35。
[0011] 上述的水泥为一般的普通硅酸盐水泥,强度标号从32. 5-52. 5 ;上述的铝粉为市 售的超细铝粉,粒径< IOum ;上述的粉煤灰选用常规热电厂的粉煤灰。
[0012] 本发明还提供了上述的人工湿地专用填料的制备方法,其具体步骤如下:首先用 水将水泥和粉煤灰混合后,加入铝粉发泡剂,搅拌混合均勻,其中水泥:粉煤灰:铝粉:水 的重量份分别为:50-100 : 10-30 : 0.1-0.5 : 25-50,将搅拌好的浆料倒入模具中成型, 在20-50°C下发泡20-60min,养护,即制得人工湿地专用填料。
[0013] 优选发泡温度为25_40°C ;发泡时间的为20-40min。
[0014] 根据不同的需求,可将搅拌好的浆料成型的形状为空心球形状、空心正方体或空 心长方体。一般空心球状的半径为2-5cm,中间圆形体半径为l-2cm,5-8个面构成的空心球 状;空心正方体的棱长为5-lOcm ;空心长方体的长宽的变化范围为5-lOcm。优选空心球形 状。
[0015] 在本发明的制备过程中,也可先将微量铝粉加入到废机油混合均勻在模具上薄薄 涂一层中,再在模具中倒入浆料发泡,以达到填料表面孔隙率大、孔径分布均勻、容易脱模。
[0016] 本发明的创新之处在于借助发泡剂铝粉、低成本粉煤灰、高强度水泥,三者有机的 结合起来制成的人工湿地专用填料,能高效率地吸附和沉淀水中的磷,最大限度的发挥了 粉煤灰的除磷潜力。材料外表面和内表面都有很多小孔,当污水通过材料时,一方面材料可 以起过滤的作用,截留一部分磷;另一方面填料可以在3-5年内持续释放出,吸附磷的化学 物质Ca离子、Al离子、Fe离子、Mg离子等,这些都可以和水中的磷发生沉降反应,使磷固定 在材料表面,能够在一个较长的时间内维持较高的吸附率。
[0017] 有益效果:
[0018] 1.磷吸附效率高,普通粉煤灰最大吸附量为Ikg粉煤灰吸收l_3g磷,而Ikg人工 湿地专用填料为15-30g磷,为普通粉煤灰的10倍以上。
[0019] 2.填料质量轻、孔隙率大、透水性好、密度1. 05g/cm3略比水的密度大一点。
[0020] 3.该填料使用寿命长、强度大,可替代鹅卵石作为人工湿地填料。
[0021] 4.填料的形状一般做成空心球状,半径为2-5cm,比面积大,吸磷能力强。
附图说明
[0022] 图1球形人工湿地专用填料的模型示意图;
[0023] 图2为图1的1-1方向的剖面图;
[0024] 图3为图1的2-2方向的剖面图。
具体实施方式 [0025] 实施例1
[0026] 原料采用南京热电厂粉煤灰,将IOg的粉煤灰与80g的32. 5的硅酸盐水泥,用45g水左右的混合均勻,加入0. 015g的铝粉,搅拌均勻,加入模具中放入30°C的恒温箱中,静置发泡20min,在常温下养护半天,即可得到半径为2. 5cm,轻质的、多孔的空心球人工湿地专 用填料。其结构示意图如图1,图2,图3所示。
[0027] 利用上述工艺制成的磷吸附材料进行生活污水除磷试验。生活污水原水磷含量为 5. lmg/1。将IOg的该人工湿地专用填料,放入300ml生活污水的锥形瓶中,水力停留时间 2小时。处理后出水磷浓度为0. 6mg/l,磷出去率为88. 2%。
[0028] 实施例2
[0029] 原料采用南京热电厂粉煤灰,将15g的粉煤灰与90克的42. 5硅酸盐水泥,用40g 水左右的混合均勻,加入0. OlOg的铝粉,搅拌均勻,加入模具中,放入40°C的恒温箱中,静 置发泡30min,在常温下养护1天,即可得到半径为3cm,轻质的、多孔的空心球人工湿地专 用填料。
[0030] 利用上述工艺制成的磷吸附材料进行较高浓度污水除磷试验。污水原水磷含量为 10mg/l。将IOg的该人工湿地专用填料,放入300ml生活污水的锥形瓶中,水力停留时间为 2小时。处理后出水磷浓度为1. 44mg/l,磷出去率为85. 6%。
[0031] 实施例3
[0032] 原料采用南京热电厂粉煤灰,将20g的粉煤灰与100克的52. 5硅酸盐水泥,用50g 水左右的混合均勻,加入0. 015g的铝粉,搅拌均勻,加入将0. OOlg的铝粉的废机油混合均 勻涂在模具的表面上的模具中•’放入50°C的恒温箱中,静置发泡25min,即可得到长度为 6cm的空心正方体,在常温下养护1天,制得轻质的人工湿地专用填料。
[0033] 利用上述工艺制成的磷吸附材料进行较高浓度污水除磷试验。污水原水磷含量为 30mg/l。将IOg的该人工湿地专用填料,放入300ml生活污水的锥形瓶中,水力停留时间为 2小时。处理后出水磷浓度为4. 6mg/l,磷出去率为84. 6%。
[0034] 实施实例4
[0035] 以实例2中制成的材料作为人工湿地的填料,芦苇、黄菖蒲作为湿地植物,构建 一个小型的人工湿地。试验采用三个规格:LXBXH = 40cmX25cmX30cm玻璃缸串联进 行试验。缸内填充人工湿地专用填料,填充高度为28cm。在距玻璃缸上端和底部设进、 出水口。进水取自城市生活污水。试验期间水质参数为:C0Dcr :55. 44-109. 20mg/L ;TN : 20. 01-25. 22mg/L ;TP :1. 43-6. 36mg/L.采用两个下行式和上行式复合垂直流串联装置,恒 流泵连续进水,水力停留时间20hr,水力负荷为0. 3m3/(m2 · d)。
[0036] 试验装置常温运行一个月,系统对CODcr、TP具有较好去除效果,去除率分别达到 88. 70%,82. 63% ;TN 的去除率为 39. 44% „

Claims (5)

  1. 一种人工湿地专用填料,其特征在于其原料组份及各组份的重量份分别为:水泥50-100、粉煤灰10-30、铝粉0.1-0.5、水25-50。
  2. 2.根据权利要求1所述的人工湿地专用填料,其特征在于各组份的重量份分别为:水 泥 70-90、粉煤灰 10-20、铝粉 0. 1-0. 15、水 25-35。
  3. 3. —种如权利要求1所述的人工湿地专用填料的制备方法,其具体步骤如下:首先用 水将水泥和粉煤灰混合后,加入铝粉发泡剂,搅拌混合均勻,其中水泥:粉煤灰:铝粉:水 的重量份分别为:50-100 : 10-30 : 0.1-0.5 : 25-50,将搅拌好的浆料倒入模具中成型, 在20-50°C下发泡20-60min,养护,即制得人工湿地专用填料。
  4. 4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于发泡温度为25-40°C ;发泡时间为 20-40min。
  5. 5.根据权利要求1所述的人工湿地专用填料的制备方法,其特征在于成型形状为空心 球形状、空心正方体或空心长方体。
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