CN105152340A - 一种人工湿地赤泥除磷填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工湿地赤泥除磷填料及其制备方法，该人工湿地赤泥除磷填料由以下原料按重量百分比组成：拜耳法或烧结法赤泥：60％～75％，激发剂：10％～20％，调节剂：5％～10％，高温溶剂：5％～10％，发泡剂：5％～10％，粘结剂0～5％；原料的百分比之和为100％。制备方法采用原料预处理、胚体成型、胚体干燥、预烧处理、焙烧处理和冷却制成。制成的人工湿地赤泥除磷填料具有孔隙率高、孔隙分布均匀、比表面积大、吸水率高、外表坚硬、除磷吸附能力较强和抗水力冲击强度高等优点，填料的各种理化性质优良，可应用于人工湿地填料除磷，又能实现赤泥的资源化利用，具有良好的发展前景和实用意义。
Description
技术领域
本发明属于环境保护水处理技术领域，特别涉及一种人工湿地赤泥除磷填料及其制备方法。
背景技术
人工湿地是一种由人工建造和监督控制的、类似沼泽地的地面，是由基质、植物、微生物和水体组成的复合体，通过模拟自然湿地，利用湿地生态系统中基质-水生植物-微生物的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化处理。人工湿地具有投资少、工艺简单、能耗低、运行维护简单、处理效果好、生态环境效益显著等优点，在国内外分散型污水治理方面已得到了广泛认可，具有良好的应用前景。
填料是人工湿地的基质与载体，对人工湿地的水力学性能、供微生物附着面积及污染物吸附去除效率有重要作用，性能好的填料对人工湿地系统的稳定高效运行起着举足轻重的作用。目前常用于人工湿地的碎石、页岩、砂石等天然填料，虽具有成本低廉、简单易得的优势，但其孔隙率低、吸附容量小，对污水中的氮、磷等污染物基本没有太大的去除效果；另一些人工开发的湿地填料如陶瓷、沸石、活性炭等，对污染物的去除效果高于前者，但其吸附容量仍然有限，易发生吸附饱和，同时填料的生产成本高，置换费用大。现有填料的多种问题影响了人工湿地对污染物的降解能力和湿地的使用寿命，严重限制了人工湿地的大规模推广应用。因此，研究开发吸附容量大、截留效果好、性能长效持久、高效价廉的新型湿地填料是未来人工湿地发展研究的方向，具有极为广阔的应用前景。
赤泥，亦称红泥，是铝土矿提炼氧化铝生产过程中排出的工业固体废弃物，分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥。铝工业的大力发展造成赤泥的排放量巨大，全世界赤泥年排放量超过6亿吨，并且仍在快速增长。赤泥中含有大量的强碱性物质、氟化物、重金属并有放射性物质存在，是一种严重的碱性污染源有害废渣。同时，其化学成分稳定，比表面积高，分散度较大，对多种污染物具有较好的的吸附特性。目前国内外对赤泥的治理大都采用湿法或干法筑坝堆存，这不仅占用了大量的土地资源，而且产生的粉尘、废液等极易污染大气和水体，另外赤泥中的许多可利用成分不能得到有效利用，如何有效的对赤泥进行综合利用治理已成为全世界关注的焦点问题之一。
虽然赤泥对磷有一定的吸附作用，但直接应用赤泥时除磷效果较差，同时其理化性质也不稳定、抗水力冲击强度较差，这些都制约了其应用于人工湿地填料除磷。因此，如能对赤泥进行适当的处理，合成一种吸附效果好、稳定性高、成本低廉的人工湿地填料，这不仅能提高人工湿地的除磷效果，还能实现赤泥的资源化利用，达到“以废治废”的双赢目的。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种人工湿地赤泥除磷填料及其制备方法。本发明制备的人工湿地赤泥填料具有良好的除磷吸附性能以及较高的抗水力冲击强度，如能大规模的推广应用，既可在较低的生产成本下有效解决赤泥堆存、回收利用的问题，又可作为人工湿地填料广泛用于污水中磷的去除，减少对环境的污染。
为实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种人工湿地赤泥除磷填料，其特征在于，制得的该人工湿地赤泥除磷填料由以下原料按重量百分比组成：拜耳法或烧结法赤泥：60％～75％，激发剂：10％～20％，调节剂：5％～10％，高温溶剂：5％～10％，发泡剂：5％～10％，粘结剂0～5％；原料的百分比之和为100％。
进一步地，所述的激发剂选用粉煤灰。
所述的调节剂选用SiO2或Al2O3。
所述的高温溶剂选用CaO。
所述的发泡剂选用碳酸盐或碳。
所述的粘结剂选用硅酸钠。
上述人工湿地赤泥除磷填料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)原料预处理：将配方中的所有原料进行粉碎、研磨处理并过100目筛，发泡剂组分粒径应小于其他组分，并将所有原料进行干燥处理；
(2)胚体成型：将经过上述处理后的原料进行混合，混合均匀后将其与水按照3:1比例进行搅拌，采用手搓法或圆盘成球机法将含水物料制成所需直径的球形胚体，待用；
(3)胚体干燥：将上述制成的球形胚体于室温下自然干燥24h，或将球形胚体于105℃环境中烘干1h以上，使球形胚体中水分蒸发，具有一定成型强度；
(4)预烧处理：将上述干燥的球形胚体于600℃下烘烧30min，使胚体中的结晶水完全挥发，球形胚体内外预热一致；
(5)焙烧处理：将经过预烧处理的球形胚体继续进行升温焙烧，其中采用拜耳法赤泥制成的球形胚体焙烧温度为1060～1120℃之间，采用烧结法赤泥制成的球形胚体焙烧温度为1060～1100℃之间，焙烧时间均为20min；
(6)冷却制成：将焙烧结束后的球形赤泥颗粒自然冷却至室温，即得到人工湿地赤泥除磷填料。
本发明的人工湿地赤泥除磷填料，具有以下优点:
1.制备的人工湿地赤泥除磷填料采用的主要原材料赤泥为工业废弃物，其来源广泛，价格低廉，对其进行填料制备，一方面大幅降低了人工湿地填料的获取成本，另一方面解决了赤泥大量堆存危害环境的难题，现实应用价值高。
2.制备的人工湿地赤泥除磷填料各种理化性质优良，具有表面粗糙、孔隙率高、微孔结构分布均匀、比表面积大、外表坚硬、抗水力冲击强度较高等优点，适合微生物的附着生长，适合作为人工湿地的填料广泛推广应用。
3.制备的人工湿地赤泥除磷填料应用于含磷污、废水处理时，与常用的活性氧化铝等吸附剂对磷酸盐的吸附效果相比，其除磷吸附容量和速度远远大于其他材料，大大延长了填料的使用周期，避免了因经常更换填料带来的高额置换成本，不仅提高了湿地系统对污水的降解能力，而且延长了湿地的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，需要说明的是，本发明不限于以下实施例。
在以下的实施例中，激发剂选用粉煤灰，调节剂选用SiO2或Al2O3，高温溶剂选用CaO，发泡剂选用碳酸盐或碳，粘结剂选用硅酸钠。
实施例1：
原料为拜耳法赤泥：75％，粉煤灰：10％，SiO2：5％，CaO：5％，碳粉：5％。共配料30g，即拜耳法赤泥22.5g，粉煤灰3.0g，SiO21.5g，CaO1.5g，碳粉1.5g；
具体制备步骤如下：
(1)将上述配方中的所有原料进行粉碎、研磨并过100目筛处理，并在105℃下干燥；
(2)将经过上述处理后的原料进行混合，均匀后按3:1比例与去离子水(原料与水的比例可适量增减)混合搅拌，采用手搓法(如果产量大，采用圆盘成球机法)制成直径5mm颗粒胚体；
(3)将上述制成的颗粒胚体于室温下自然干燥24h；
(4)将上述干燥后的颗粒胚体于600℃下烘烧30min；
(5)将经过预烧处理的粒颗粒胚体继续进行升温，在1060℃条件下焙烧20min；
(6)将焙烧结束后的赤泥颗粒自然冷却至室温，得到人工湿地赤泥除磷填料；。
对制成的人工湿地赤泥除磷填料进行性能测定：填料颗粒气孔率为29.6％，吸水率可达19.5％，密度为1.52g/m3，进行独立瓶除磷吸附试验，结果显示其除磷吸附容量为1.28mg/g，7h对磷酸盐的去除率在60％以上。
实施例2：
原料为烧结法赤泥：60％，粉煤灰：25％，SiO2：5％，碳粉：5％，硅酸钠：5％。共配料30g，即烧结法赤泥：18.0g，粉煤灰：7.5g，SiO2：1.5g，碳粉：1.5g，硅酸钠：1.5g；
具体制备步骤如下
(1)将上述配方中的所有原料进行粉碎、研磨并过100目筛处理，并在105℃下干燥；
(2)将经过上述处理后的原料进行混合，均匀后按3:1比例(原料与水的比例可适量增减)与去离子水混合搅拌，采用手搓法(如果产量大，采用圆盘成球机法)制成直径5mm颗粒胚体；
(3)将上述制成的颗粒胚体于105℃环境中烘干1h；
(4)将上述干燥后的颗粒胚体于600℃下烘烧30min；
(5)将经过预烧处理的颗粒胚体继续进行升温，在1060℃条件下焙烧20min；
(6)将焙烧结束后的赤泥颗粒自然冷却至室温，得到人工湿地赤泥除磷填料。
对制成的人工湿地赤泥除磷填料进行性能测定：填料颗粒气孔率高达45.9％，吸水率为37.5％，密度为1.22g/m3，进行独立瓶除磷吸附试验，结果显示其除磷吸附容量为2.76mg/g，7h对磷酸盐的去除率在80％以上。
Claims (8)
1.一种人工湿地赤泥除磷填料，其特征在于，制得的该人工湿地赤泥除磷填料由以下原料按重量百分比组成：拜耳法或烧结法赤泥：60％～75％，激发剂：10％～20％，调节剂：5％～10％，高温溶剂：5％～10％，发泡剂：5％～10％，粘结剂0～5％；原料的百分比之和为100％。
2.如权利要求1所述的人工湿地赤泥除磷填料，其特征在于，所述的激发剂选用粉煤灰。
3.如权利要求1所述的人工湿地赤泥除磷填料，其特征在于，所述的调节剂选用SiO2或Al2O3。
4.如权利要求1所述的人工湿地赤泥除磷填料，其特征在于，所述的高温溶剂选用CaO。
5.如权利要求1所述的人工湿地赤泥除磷填料，其特征在于，所述的发泡剂选用碳酸盐或碳。
6.如权利要求1所述的人工湿地赤泥除磷填料，其特征在于，所述的粘结剂选用硅酸钠。
7.权利要求1至6其中之一所述的人工湿地赤泥除磷填料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)原料预处理：将配方中的所有原料进行粉碎、研磨并过100目筛处理，发泡剂组分粒径应小于其他组分，并将所有原料进行干燥处理；
(2)胚体成型：将经过上述处理后的原料进行混合，混合均匀后将其与水按照3:1比例进行搅拌，采用手搓法或圆盘成球机法将含水物料制成所需直径的球形胚体，待用；
(3)胚体干燥：将上述制成的球形胚体于室温下自然干燥24h，或将球形胚体于105℃环境中烘干1h以上，使球形胚体中水分蒸发，具有一定成型强度；
(4)预烧处理：将上述干燥的球形胚体于600℃下烘烧30min，使胚体中的结晶水完全挥发，球形胚体内外预热一致；
(5)焙烧处理：将经过预烧处理的球形胚体继续进行升温焙烧，其中采用拜耳法赤泥制成的球形胚体焙烧温度为1060～1120℃之间，采用烧结法赤泥制成的球形胚体焙烧温度为1060～1100℃之间，焙烧时间均为20min；
(6)冷却制成：将焙烧结束后的球形赤泥颗粒自然冷却至室温，即得到具有高效除磷能力的人工湿地赤泥除磷填料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的混合的原料与水的比例适量增减。
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