CN104528902B - 一种聚合氯化铝除磷填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚合氯化铝除磷填料及其制备方法,所述填料的组成成分为:粉剂的聚氯化铝、水泥、水和建筑胶;其中聚氯化铝与水泥的重量比为90:5‑60:35;余量为建筑胶和水,建筑胶和水重量比为1:4。按照上述的填料配比,将所需材料进行混合搅拌后,在0.3‑0.5MPa压力下,压制成粒径1.0~3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。本发明由于原材料可控和配比稳定,所得产品颗粒的磷吸附性能高效且稳定;可广泛应用于强化处理人工湿地、生物滤池、土壤渗滤等填料系统的除磷效果,为富营养化水体污染控制提供一种新的材料和处理思路。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程及污水处理工程领域,具体地,涉及一种聚合氯化铝除磷填料的制备方法。
背景技术
水体富营养化会导致蓝藻水华频繁暴发、水质恶化、鱼类大量死亡等,严重威胁水生态安全、经济发展和社会稳定,是当今世界面临的重大环境危机之一。我国湖泊的富营养化问题尤为突出,2006年,在27个国控重点湖泊中,Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的湖泊18个,2007年太湖蓝藻事件,致使无锡市500万人的饮用水和生活用水严重短缺。治理水体富营养化是我们面临的一个重大环境问题,富营养化治理的关键是控制氮、磷等营养物的输入,其中磷被认为是产生水体富营养化的最主要因素。因此,除磷在控制水体富营养化方面更有实际意义。
人工湿地技术是富营养化水体污染控制的常用技术之一,人工湿地主要通过填料吸附、化学沉淀、微生物活动、植物吸收等途径对磷进行截留,其中填料在湿地除磷方面扮演重要角色。许多学者研究了多种填料吸附净化磷素的效果和机理,认为选择合适的人工湿地填料,是提高人工湿地除磷能力的关键措施。目前湿地填料主要是从众多现有材料如粗砂、钢渣、石灰石、沸石、页岩、褐铁矿等中选取磷吸附容量高的种类进行应用。
除磷填料的需求较大,而目前市场上的填料存在吸附效率不高、成本高等问题,另外由于原材料成分的不稳定,使得吸附性能不稳定,影响处理出水效果。
中国专利申请号:201410005588.X,该专利提供了一种污水强化除磷填料及其制备方法,所述填料以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉以及水为原料,按配方比例(65~75):(10~15):(3~5):(7~10):(0.1~0.3):(4.7~4.9)计量后搅拌均匀制成料浆,料浆通蒸汽加热至40~50℃后进行模具浇注,在浇注前0.5~1.5min加入铝粉悬浮液;浇注成的坯体在室温50~60℃条件下进行发气初凝,时间为1.5~2h;对坯体进行切割,制成均匀颗粒,然后在175℃条件下,养护6~12h以上形成含有大量均匀而细小气孔的除磷填料。上述发明专利除磷的机理主要依靠物理化学吸附,待吸附饱和后,填料便会失去除磷功能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种聚合氯化铝除磷填料及其制备方法,利用聚合氯化铝(PAC)对磷的絮凝作用,将PAC、高标号水泥、建筑胶和水按一定的比例进行混合搅拌后压制成固体颗粒除磷填料。
根据本发明的一个方面,提供一种聚合氯化铝除磷填料,所述填料的组成成分为:粉剂的聚氯化铝(PAC),高标号水泥,水和建筑胶;其中聚氯化铝(PAC)与水泥的重量比为90:5-60:35;余量为建筑胶和水,建筑胶和水重量比为1:4。
本发明所述填料采用聚合氯化铝(PAC)作为主料,配以建筑胶和水泥等辅料混合压制成的硬质颗粒材料,可广泛用于人工湿地、生物滤池等生物生态水处理设施。所述PAC是一种无机高分子混凝剂,它通过压缩双电层、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用,使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳,聚集、絮凝、混凝、沉淀,达到净化处理效果。
优选地,所述粉剂的聚氯化铝(PAC)的Al2O3重量含量大于等于30%。
优选地,所述建筑胶是可用于有各类混凝土预制构件的施工粘接剂,如107,108等型号,不可以使用多用途的万能胶。
优选地,对于不同类型的污水,PAC的重量含量有一个最适量,过高或过低均会影响其除磷效果,适用于生活污水的除磷填料中PAC、水泥的重量比为75:20。
优选地,所述高标号水泥,是指标号在525以上的硅酸盐水泥或普通水泥,这种水泥具有凝固时间短,强度高等特点。
本发明采用PAC具有粉末细、颗粒均匀、易溶于水、絮凝效果好、净化高效稳定、投加量少、成本低等特点。在水处理中的应用广泛,但一般情况下PAC多以水剂形式,或将固体粉末PAC加水稀释至所需浓度进行利用,矾花形成大、快、沉降速度快。在生物滤池等生物膜法水处理工艺中难以直接利用,通过本发明的实施,可将PAC固化成颗粒填料,直接装填于生物滤池中,以增加类似工艺的除磷性能。
根据本发明的第二方面,提供一种聚合氯化铝除磷填料的制备方法,按照上述的填料配比,将所需材料进行混合搅拌后,在0.3-0.5MPa压力下,压制成粒径1.0~3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
本发明采用PAC作为主料,配以高质量建筑胶和水泥等辅料,制成一定粒径的填料,由于原材料可控和配比稳定,所得产品颗粒的磷吸附性能高效且稳定;可广泛应用于强化处理人工湿地、生物滤池、土壤渗滤等填料系统的除磷效果,为富营养化水体污染控制提供一种新的材料和处理思路。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:本发明除磷的机理主要依靠PAC与水中的磷形成化学沉淀物沉积下来,PAC的缓慢释放大大延长了其使用周期。
(1)本发明的所需原材料来源广泛、产品性状稳定;
(2)本发明所研制的吸附填料,吸附效率高、成本较低且吸附性能稳定;
(3)制作工艺简单、易于大规模推广生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明一实施例中除磷填料吸附性能试验装置原理图;
图2为不同水力负荷条件下不同填料处理景观水除磷效果比较图;
图3为不同水力负荷条件下不同填料处理生活污水除磷效果比较图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1除磷填料处理富营养化景观水的效果
将聚氯化铝(PAC)、高标号水泥、建筑胶和水按表1的比例(重量比)进行混合搅拌后,在0.3-0.5MPa压力下,压制成粒径1.0~3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
表1三种填料产品所用原料配比表(重量比)
试验装置结构如图1所示,包括:高位水箱(有效容积25L)、填充除磷填料的柱子(填料高度为50cm,直径为9cm);进水软管,控制流量的弹簧夹。水力负荷是影响工艺效果的一个重要因素,本案例考察不同填料在不同水力负荷下对磷的去除效果,分别设计了三种水力负荷,0.5m3/m2d-1,1.0m3/m2d-1,2.0m3/m2d-1,对应的水的流量分别为:3.25L/d,6.5L/d和13L/d。
填料A,B,C中PAC的含量是逐渐下降的(从90%下降至65%),理论上讲,随着PAC含量的增加磷去除率应相应增加。图3为不同水力负荷条件下各填料处理景观水中磷的效果比较图,由图2可知,在三种水力负荷条件下,填料B对磷的去除效果均最好,其次为填料A,填料C最差。这说明PAC的含量有一个最适量,过高或过低均会影响其除磷效果。含量过低,PAC不足,沉淀反应进行不充分;PAC含量过高,水泥等辅料的量就会偏少,填料会硬度不够而易结块,使得填料与水的接触面积减少,难以全部发挥作用。试验过程发现填料A柱由于水泥含量过少,多数填料颗粒经一段时间运行后混合在一起形成黄色的胶状物,导致柱内水流不畅,甚至产生堵塞而使系统无法正常运行的现象。本实施例中,75%的PAC是最佳含量。
本实施例中,进水总磷浓度为0.3~0.45mg/L(平均值0.38mg/L)情况下,填料B在水力负荷1.0m3/m2d-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为79.23%,出水中总磷平均浓度为0.08mg/L,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)II类水标准。去除率最差的水力负荷是2.0m3/m2d-1,其次为水力负荷0.5mg/L。填料A与填料C具有相同规律,但出水平均总磷浓度分别为0.15mg/L和0.19mg/L,可达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。对三种填料而言,最佳水力负荷均为1.0m3/m2d-1。
实施例2除磷填料处理生活污水的效果
将聚氯化铝(PAC)、高标号水泥、建筑胶和水按(重量比)表1的比例进行混合搅拌后压制成粒径1.0~3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
试验装置结构如图1所示,包括:高位水箱(有效容积25L)、填充除磷填料的柱子(填料高度为50cm,直径为9cm);进水软管,控制流量的弹簧夹。水力负荷是影响工艺效果的一个重要因素,本案例考察不同填料在不同水力负荷下对磷的去除效果,分别设计了三种水力负荷,0.5m3/m2d-1,1.0m3/m2d-1,2.0m3/m2d-1,对应的水的流量分别为:3.25L/d,6.5L/d和13L/d。
图3为不同水力负荷条件下各填料处理生活污水中磷的效果比较图,由图可知,在三种水力负荷条件下,填料B对磷的去除效果均最好,其次为填料C,再次为填料A。但在0.5m3/m2d-1水力条件下,三者对磷的去除率区别不大,填料A、B、C对磷的去除率分别为:94.58%、95.29%和94.78%。与处理低浓度磷含量的景观水相比,各填料的磷处理效果均大幅度提高,这说明本发明除磷填料更适合于处理高磷含量污水。高浓度生活污水磷去除结果表明,75%的PAC是仍为较佳含量。
本实施例中,进水总磷浓度为2.8~3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下,填料B在水力负荷0.5m3/m2d-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为95.29%,出水中总磷平均浓度为0.17mg/L,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。随着水力负荷的增加,系统磷去除效果变差,效果最差的水力负荷是2.0m3/m2d-1。填料A与填料C具有相同规律,但出水平均总磷浓度分别为0.44mg/L和0.48mg/L,超出了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准,但可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。对三种填料而言,最佳水力负荷均为0.5m3/m2d-1。
实施例3新研制填料与普通的火山岩填料处理生活污水效果对比
聚氯化铝(PAC)、高标号水泥、建筑胶和水按(重量比)表1的中填料B的比例进行混合搅拌后压制成粒径1.0~3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
进水总磷浓度为2.8~3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下,新研制的填料B在水力负荷0.5m3/m2d-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为95.29%,出水中总磷平均浓度为0.17mg/L,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。
进水总磷浓度为2.8~3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下,采用普通火山岩填料处理,在水力负荷0.5m3/m2d-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为84.48%,出水中总磷平均浓度为0.45mg/L,超过了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准。
本发明新研制的填料B在同样水力负荷条件下,明显比普通火山岩填料除磷的处理效果更好。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种聚合氯化铝除磷填料,其特征在于,所述填料的组成成分为:粉剂的聚氯化铝(PAC),高标号水泥,水和建筑胶;其中聚氯化铝(PAC)与高标号水泥的重量比为90:5-60:35;余量为建筑胶和水,建筑胶和水重量比为1:4。
2.根据权利要求1所述的聚合氯化铝除磷填料,其特征在于,所述粉剂的聚氯化铝(PAC)的Al2O3重量含量大于等于30%。
3.根据权利要求1所述的聚合氯化铝除磷填料,其特征在于,所述粉剂的聚氯化铝(PAC)的重量百分含量为75%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的聚合氯化铝除磷填料,其特征在于,适用于生活污水的除磷填料中PAC、高标号水泥的重量比为75:20。
5.根据权利要求1-3任一项所述的聚合氯化铝除磷填料,其特征在于,所述建筑胶和水重量百分含量分为1%、4%。
6.一种权利要求1-5任一项所述的聚合氯化铝除磷填料的制备方法,其特征在于,按照上述的填料配比,将所需材料进行混合搅拌后,在0.3-0.5MPa压力下,压制成粒径1.0~3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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