CN102746023B - 一种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料及其制备方法，它的原料是由改性粉煤灰、粉煤灰、水泥和水组成；改性粉煤灰、粉煤灰和水泥的重量比为20～60:20～60:20～30，水的含量为改性粉煤灰、粉煤灰和水泥总重量的30%～100%。改性粉煤灰是粉煤灰与浓度为2～5mol/L的氢氧化钠溶液按1:6～10的重量比混合后，于100℃的密闭容器中加热搅拌24～48小时，经离心分离后，将得到的固体物料反复洗涤至pH为7时，于烘箱中干燥后制备成的粉末。本发明的人工湿地填料对氮和磷同时有优良的净化效果，可以用于富营养化水体的处理、农业面源污染水体处理，以及满足污水处理厂二级出水进一步脱氮除磷的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于人工湿地污水处理的基质填料，特别是一种能够同时脱除氮、磷的基质填料及其制备方法。
背景技术
人工湿地是一种投资少、运行费用低的污水处理技术，近年来被广泛用于污水处理。基质填料是人工湿地的重要组成部分，选择对污染物有强吸附作用的基质填料可以大大提高人工湿地对污水的处理效果。在构建人工湿地时，选择廉价的工业废料作为湿地填料，可以降低人工湿地成本，也为工业废料再利用提供了有效途径。
随着能源和电力工业的迅速发展，粉煤灰的排放量急剧增加，粉煤灰的堆放占用大量土地，给我国经济建设和生态环境带来巨大压力。然而，粉煤灰却是一种良好的磷吸附剂（专利号：200410099197.5），将粉煤灰制成模块作为人工湿地填料来处理污水，具有很好的前景和应用价值。
水体富营养化是我国环境污染面料的重大问题，造成水体富营养化的主要污染物质是氮和磷。目前用于污水处理的人工湿地填料包括碎石、页岩、粉煤灰、煤渣、矿渣、陶粒、石灰石、沸石等。其中粉煤灰对磷具有强的吸附能力，但其对氮基本没有净化能力，如使用粉煤灰直接制成填料，对污水的处理效果有限。此外，现有粉煤灰、煤渣、矿渣等人工湿地填料，抗压强度较差，积压后易碎，无法满足工程施工强度要求，使用后人工湿地持续运行能力较差。
发明内容
本发明提供一种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料及其制备方法，要解决粉煤灰基质对污水中氮的处理效果差的技术问题，还要解决现有人工湿地基质填料对污染物处理效果不佳、抗压强度差、使用寿命短的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
这种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料，它的原料是由改性粉煤灰、粉煤灰、水泥和水组成；改性粉煤灰、粉煤灰和水泥的重量比为20～60:20～60:20～30，水的含量为改性粉煤灰、粉煤灰和水泥总重量的30%～100%；
所述改性粉煤灰是粉煤灰与浓度为2～5 mol/L的氢氧化钠溶液按1:6～10 的重量比混合后，于100℃的密闭容器中加热搅拌24～48小时，经离心分离后，将得到的固体物料反复洗涤至pH为7时，于烘箱中干燥后制备成的粉末。
所述粉煤灰为三级粉煤灰，细度为25～45%。
所述水泥为普通硅酸盐水泥。
所述基质填料的密度为1.4～1.7g/cm3。
所述基质填料的抗压强度为8～13 MPa。
这种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料的制备方法，制备步骤如下：
步骤一、制备改性粉煤灰，将粉煤灰与浓度为2～5 mol/L的氢氧化钠溶液按1:6～10 的重量比混合后，于100℃的密闭容器中加热搅拌24～48小时，经离心分离后，将得到的固体物料反复洗涤至pH为7时，于烘箱中干燥后制备成粉末；
步骤二、将改性粉煤灰、粉煤灰和水泥按重量比20～60:20～60:20～30的比例混合，再加入含量为改性粉煤灰、粉煤灰和水泥总重量30%～100%的水，混合均匀；
步骤三、将步骤二得到的混合物放入模具中，养护3天以上，风干后制得人工湿地基质填料。
所述密闭容器采用具有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜。
所述模具为长方体或正方体，模具的长、宽、高为10 mm～70mm。
本发明的制备原理如下：
本发明将粉煤灰与氢氧化钠溶液混合加热，对粉煤灰进行改性，可使粉煤灰光滑的表面变得粗糙，并呈现出多孔形态，增加了粉煤灰颗粒的比表面积，从而提高了其对氮的吸附能力。然后将改性粉煤灰与原粉煤灰制成模块作为人工湿地填料，用于处理水体污染，能够同时高效去除污水中氮和磷。
本发明具有以下优点：
1、粉煤灰经改性后变成沸石的多孔结构，对氮的吸附能力提高10倍以上。
2、本发明制得的基质填料，对氮和磷都具有很强的吸附能力。
3、填料密度为1.4～1.7 g/cm3，大于水的密度，便于人工湿地调节水位，构造出不同类型人工湿地。
4、填料具有较高的抗压强度，可达到8～13 MPa，能够满足人工湿地基质填料长期受水流冲击而不易碎，提高基质填料的使用寿命，并能满足施工踩踏的强度要求。
5、该填料采用模块化生产，可以简化人工湿地填料的选择，方便人工湿地填料的工程施工。
6、本发明将粉煤灰废物再利用，为粉煤灰资源化提供了一条新的途径，有利于环境保护。
本发明的人工湿地填料对氮和磷同时有优良的净化效果，可以用于富营养化水体的处理、农业面源污染水体处理，以及满足污水处理厂二级出水进一步脱氮除磷的需要。
具体实施方式
实施例一，这种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料的制备方法，制备步骤如下：
步骤一、制备改性粉煤灰，将粉煤灰与浓度为2 mol/L的氢氧化钠溶液按1：10 的重量比混合后，于100℃的密闭容器中加热搅拌24小时，经离心分离后，将得到的固体物料反复洗涤至pH为7时，于烘箱中干燥后制备成粉末；
步骤二、将改性粉煤灰、粉煤灰和水泥按重量比50:20:30的比例混合，再加入改性粉煤灰、粉煤灰和水泥总重量30%的水，混合均匀；
步骤三、将步骤二得到的混合物放入规格为70×70×70mm的模具中，养护8天以上，风干后制得人工湿地基质填料。
上述实施例一制备的填料经实验测得模块的抗压强度为12.6MPa。
实施例二，这种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料的制备方法，制备步骤如下：
步骤一、制备改性粉煤灰，将粉煤灰与浓度为4mol/L的氢氧化钠溶液按1:8的重量比混合后，于100℃的密闭容器中加热搅拌36小时，经离心分离后，将得到的固体物料反复洗涤至pH为7时，于烘箱中干燥后制备成粉末；
步骤二、将改性粉煤灰、粉煤灰和水泥按重量比40:40:20的比例混合，再加入改性粉煤灰、粉煤灰和水泥总重量70%的水，混合均匀；
步骤三、将步骤二得到的混合物放入规格为10×20×20 mm的模具中，养护6天以上，风干后制得人工湿地基质填料。
上述实施例二制备的填料经实验测得模块的密度为1.5g/cm3。取填料模块10g加入含100mg/L氮和25mg/L磷的溶液15mL，静置1天后，测得氨氮去除率为81.6%，磷的去除率为92.1%。
Claims (5)
1. 一种同步脱氮除磷的人工湿地基质填料，其特征在于：它的原料是由改性粉煤灰、粉煤灰、水泥和水组成；改性粉煤灰、粉煤灰和水泥的重量比为20～60:20～60:20～30，水的含量为改性粉煤灰、粉煤灰和水泥总重量的30%～100% ；
所述改性粉煤灰是粉煤灰与浓度为2～5 mol/L的氢氧化钠溶液按1:6～10的重量比混合后，于100℃的密闭容器中加热搅拌24～48小时，经离心分离后，将得到的固体物料反复洗涤至pH为7时，于烘箱中干燥后制备成的粉末；
所述粉煤灰为三级粉煤灰，细度为25～45%；
所述基质填料的密度为1.4～1.7g/cm3；
所述基质填料的抗压强度为8～13 MPa。
2. 根据权利要求1 所述的同步脱氮除磷的人工湿地基质填料，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3. 一种如权利要求1或2所述同步脱氮除磷的人工湿地基质填料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
步骤一、制备改性粉煤灰，将粉煤灰与浓度为2～5 mol/L 的氢氧化钠溶液按1:6～10的重量比混合后，于100℃的密闭容器中加热搅拌24～48小时，经离心分离后，将得到的固体物料反复洗涤至pH 为7时，于烘箱中干燥后制备成粉末；
步骤二、将改性粉煤灰、粉煤灰和水泥按重量比20～60:20～60:20～30 的比例混合，再加入含量为改性粉煤灰、粉煤灰和水泥总重量30%～100% 的水，混合均匀；
步骤三、将步骤二得到的混合物放入模具中，养护3 天以上，风干后制得人工湿地基质填料。
4. 根据权利要求3所述的同步脱氮除磷的人工湿地基质填料的制备方法，其特征在于：所述密闭容器采用具有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜。
5. 根据权利要求3所述的同步脱氮除磷的人工湿地基质填料的制备方法，其特征在于：所述模具为长方体或正方体，模具的长、宽、高为10 mm～70mm。
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