CN109678249A - 一种生态浮岛除磷复合基质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生态浮岛除磷复合基质及其制备方法，具体制备过程如下：S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末40‑50％、钢渣粉末20‑30％、椰壳纤维粉末10‑20％，以及粘合剂5‑10％、淀粉5‑10％备用；S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一混合粉末；S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒；本发明具有成本低廉、除磷效果好、有效对废弃资源利用、孔隙结构好的优点。
Description
技术领域
本发明属于水生态修复用基质技术领域，具体涉及一种生态浮岛除磷复合基质及其制 备方法。
背景技术
生态浮岛作为新兴的绿色生态水处理技术，广泛应用于河道和湖泊水体的生态修复 中。在实际城市河道治理应用中，虽然生态浮岛对河道修复有一定效果，但水生植物吸收 磷的能力有限，总磷去除困难。而现在的除磷技术主要有三种方法：分别是化学除磷、生物除磷、物理除磷，其中化学除磷或化学辅助生物除磷应用比较广泛。化学除磷效率可靠，除磷控制过程相对简单，但是需要投加化学药剂，费用较高，并且处理过程中会产生大量污泥，处置费用较高。生物除磷不需要投加额外的药剂，成本相对较低可利用污水处理过程中的其他工艺实现对氮及BOD的去除，但微生物对环境的敏感性较强，在运行过程中 需要严格控制微生物生长条件，因此限制了整个污水除磷过程及处理效果的稳定性。生态 浮岛修复技术主要提倡生态理念治理水体，减少二次污染，物理除磷方法简单，将磷吸附 在基质上，总磷去除彻底，从根本上缓解水体富营养化问题。本发明计划提供一种高效除 磷基质，不仅作为除磷基质，还作为植物载体，为水生植物生长提供营养，提高生态浮岛 修复效果。
近些年铝污泥产量越来越大、这些污泥如果不经处理直接排入水体，不但严重污染水 体，而且浪费大量的水资源。目前，大部分的脱水铝污泥被视为废弃物而被填埋处置，其 中的可用资源没有得到利用。铝污泥的最大可利用价值在于其含有不定形铝的化合物并具 有较为发达的微孔结构和较大的比表面积，这些固有的理化性质使得铝污泥吸附速率较 大、吸附点位较多、对水中的磷和其他阴子有很强的吸附能力，可以有效去除废水中的磷、 氟、铅、铬、硒、砷、汞及高氯酸根等污染物，尤以对磷的吸附最为显著。钢渣是冶金、电力等行业排放的固体废弃物。目前我国钢渣的年排放量达1600万吨以上，但其循环利 用率仅为10％左右。钢渣不仅具有巨大的比表面积，而且含有大量的Ca、A1、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。铝污泥结构松散，强度较低，直接将 铝污泥用于生态浮岛可能会造成铝污泥流失，水体二次污染。钢渣结构稳定，强度较高， 且具有除磷效果，将二者结合，不仅提高除磷效果，基质稳定性和强度也大大提升。由于 钢渣具有较强的碱性，严重抑制基质对氨氮的去除和影响植物生长。为解决钢渣碱性对生 态浮岛的影响，将椰壳纤维加入铝污泥与钢渣的基质组合中，利用椰壳纤维的弱酸性特点， 有效中和钢渣的强碱性，实现高效脱氮除磷的效果，同时椰壳纤维增加基质的孔隙率，椰 壳纤维含有丰富的有机质，为水生植物和微生物提供碳源营养。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种原料为来源丰富且成本低廉、能够以 废治废的除磷基质，解决生态浮岛修复河道水体除磷效果不佳的问题的生态浮岛除磷复合 基质及其制备方法。
本发明的技术方案根据下：
一种生态浮岛除磷复合基质，包括以下重量百分比组分：铝污泥粉末40-50％、钢渣粉 末20-30％、椰壳纤维粉末10-20％、粘合剂5-10％、淀粉5-10％。
一种用于制备所述生态浮岛除磷复合基质的方法，具体制备过程如下：
S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得 铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；
S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末40-50％、钢渣粉末20-30％、椰壳纤 维粉末10-20％，以及粘合剂5-10％、淀粉5-10％备用；
S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一 混合粉末；
S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌 后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒。优选的，所述步骤S1中铝污泥经过浓缩脱水后，直接自然干化后，研磨过90-120目筛即 制得铝污泥粉末。
进一步，所述步骤S1中钢渣粉末的粒径不大于1mm。
进一步，所述步骤S1中椰壳纤维在95℃-125℃恒温环境下干燥2-3h后，研磨过45-65 目筛，即制得粒径小于0.5mm的椰壳纤维粉末。
进一步，所述复合基质颗粒的粒径为5-10mm。
进一步，所述复合基质颗粒的具体制备方法为：
S41、将按重量百分比称取的粘合剂、淀粉添加到第一混合粉末中充分搅拌后加水造 粒，制得初基质颗粒；
S42、将步骤S41制得的初基质颗粒在95℃-125℃恒温下干燥2-3h制得初处理基质颗 粒；
S43、将步骤S42中制得的初处理基质颗粒在300-500℃下热处理0.5h-1h，冷却后即制 得复合基质颗粒。
优选的，所述步骤铝污泥为给水厂的副产物。
优选的，所述粘合剂为Na2SiO3和聚丙烯酰胺的混合物。
优选的，所述淀粉为可溶性淀粉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、环境效益好，成本低；本发明中的原材料采用给水厂副产物铝污泥、工业副产物(钢渣)、椰壳纤维作为基质的主要成分，应用中不会对水体生态环境造成危害，将铝污 泥、钢渣等进行废物回收利用，以废治废，节省原料成本；
2、除磷效果好；铝污泥含有不定形铝的化合物并具有较为发达的微孔结构和比表面 积，钢渣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，有效去除水体中的磷；椰壳纤维增加了基质孔隙，并 且椰壳纤维的弱酸性中和钢渣带来的碱度，有助于生态浮岛高效脱氮除磷；
3、孔隙结构好；在一定温度范围内，随着煅烧温度的升高，填料的空隙更加疏松，而温 度进一步升高后铝污泥的吸附孔道会被烧得塌陷而堵死，比表面积会因此而减小，同时高温也会导 致羟基基团分解，从而使活性点位减少，铝污泥对磷的吸附量减小；
4、本发明首先采用低温干燥，去除基质大部分水分，然后中高温烘焙，不仅增强基质 强度，并在一定程度上提高铝污泥比表面积和孔容；椰壳纤维和淀粉都具有造孔作用进一 步提高基质的孔隙率，使该基质具有发达孔隙结构，吸磷性能佳；
总之，本发明具有成本低廉、除磷效果好、有效对废弃资源利用、孔隙结构好的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于制备所述生态浮岛除磷复合基质的方法，具体制备过程如下：
S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得 铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；
S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末40％、钢渣粉末20％、椰壳纤维粉末20％，以及粘合剂10％、淀粉10％备用；
S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一 混合粉末；
S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌 后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S1中铝污泥经过浓缩脱水后，直接自然干化后，研磨过90目筛即制得铝污泥粉末。
本实施例中，所述步骤S1中钢渣粉末的粒径不大于1mm。
本实施例中，所述步骤S1中椰壳纤维在125℃恒温环境下干燥2h后，研磨过45目筛， 即制得粒径小于0.5mm的椰壳纤维粉末。
本实施例中，所述复合基质颗粒的粒径为5-10mm。
本实施例中，所述复合基质颗粒的具体制备方法为：
S41、将按重量百分比称取的粘合剂、淀粉添加到第一混合粉末中充分搅拌后加水造 粒，制得初基质颗粒；
S42、将步骤S41制得的初基质颗粒在95℃恒温下干燥2h制得初处理基质颗粒；
S43、将步骤S42中制得的初处理基质颗粒在300℃下热处理1h，冷却后即制得复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S41中第一混合粉末与水的添加质量比为3.5∶1。
本实施例中，所述步骤铝污泥为给水厂的副产物。
本实施例中，所述粘合剂为Na2SiO3和聚丙烯酰胺的混合物。
本实施例中，所述淀粉为可溶性淀粉。
实施例2
实施例2为实施例1的另一种实施方法，其中与实施例1相同的技术方案省略不进行 赘述，以下仅针对与实施例1不同的技术方案进行说明。
一种用于制备所述生态浮岛除磷复合基质的方法，具体制备过程如下：
S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得 铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；
S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末45％、钢渣粉末22％、椰壳纤维粉末15％，以及粘合剂10％、淀粉8％备用；
S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一 混合粉末；
S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌 后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S1中铝污泥经过浓缩脱水后，直接自然干化后，研磨过120目筛即制得铝污泥粉末。
本实施例中，所述步骤S1中钢渣粉末的粒径不大于1mm。
本实施例中，所述步骤S1中椰壳纤维在95℃恒温环境下干燥3h后，研磨过65目筛，即制得粒径小于0.5mm的椰壳纤维粉末。
本实施例中，所述复合基质颗粒的具体制备方法为：
S41、将按重量百分比称取的粘合剂、淀粉添加到第一混合粉末中充分搅拌后加水造 粒，制得初基质颗粒；
S42、将步骤S41制得的初基质颗粒在125℃恒温下干燥2h制得初处理基质颗粒；
S43、将步骤S42中制得的初处理基质颗粒在400℃下热处理1h，冷却后即制得复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S41中第一混合粉末与水的添加质量比为4∶1。
实施例3
实施例3为实施例1的另一种实施方法，其中与实施例1相同的技术方案省略不进行 赘述，以下仅针对与实施例1不同的技术方案进行说明。
一种用于制备所述生态浮岛除磷复合基质的方法，具体制备过程如下：
S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得 铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；
S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末50％、钢渣粉末20％、椰壳纤维粉末12％，以及粘合剂10％、淀粉8％备用；
S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一 混合粉末；
S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌 后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S1中铝污泥经过浓缩脱水后，直接自然干化后，研磨过100目筛即制得铝污泥粉末。
本实施例中，所述步骤S1中钢渣粉末的粒径不大于1mm。
本实施例中，所述步骤S1中椰壳纤维在100℃恒温环境下干燥2.5h后，研磨过50目筛，即制得粒径小于0.5mm的椰壳纤维粉末。
本实施例中，所述复合基质颗粒的具体制备方法为：
S41、将按重量百分比称取的粘合剂、淀粉添加到第一混合粉末中充分搅拌后加水造 粒，制得初基质颗粒；
S42、将步骤S41制得的初基质颗粒在105℃恒温下干燥3h制得初处理基质颗粒；
S43、将步骤S42中制得的初处理基质颗粒在500℃下热处理0.5h，冷却后即制得复合 基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S41中第一混合粉末与水的添加质量比为4.5∶1。
实施例4
实施例4为实施例1的另一种实施方法，其中与实施例1相同的技术方案省略不进行 赘述，以下仅针对与实施例1不同的技术方案进行说明。
一种用于制备所述生态浮岛除磷复合基质的方法，具体制备过程如下：
S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得 铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；
S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末50％、钢渣粉末30％、椰壳纤维粉末10％，以及粘合剂5％、淀粉5％备用；
S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一 混合粉末；
S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌 后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S1中铝污泥经过浓缩脱水后，直接自然干化后，研磨过110目筛即制得铝污泥粉末。
本实施例中，所述步骤S1中钢渣粉末的粒径不大于1mm。
本实施例中，所述步骤S1中椰壳纤维在105℃恒温环境下干燥2h后，研磨过50目筛， 即制得粒径小于0.5mm的椰壳纤维粉末。
本实施例中，所述复合基质颗粒的具体制备方法为：
S41、将按重量百分比称取的粘合剂、淀粉添加到第一混合粉末中充分搅拌后加水造 粒，制得初基质颗粒；
S42、将步骤S41制得的初基质颗粒在110℃恒温下干燥2.5h制得初处理基质颗粒；
S43、将步骤S42中制得的初处理基质颗粒在450℃下热处理0.5h，冷却后即制得复合 基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S41中第一混合粉末与水的添加质量比为3∶1。
实施例5
实施例5为实施例1的另一种实施方法，其中与实施例1相同的技术方案省略不进行 赘述，以下仅针对与实施例1不同的技术方案进行说明。
一种用于制备所述生态浮岛除磷复合基质的方法，具体制备过程如下：
S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得 铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；
S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末42％、钢渣粉末23％、椰壳纤维粉末17％，以及粘合剂10％、淀粉8％备用；
S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一 混合粉末；
S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌 后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S1中铝污泥经过浓缩脱水后，直接自然干化后，研磨过95目筛即制得铝污泥粉末。
本实施例中，所述步骤S1中钢渣粉末的粒径不大于1mm。
本实施例中，所述步骤S1中椰壳纤维在120℃恒温环境下干燥2h后，研磨过55目筛， 即制得粒径小于0.5mm的椰壳纤维粉末。
本实施例中，所述复合基质颗粒的具体制备方法为：
S41、将按重量百分比称取的粘合剂、淀粉添加到第一混合粉末中充分搅拌后加水造 粒，制得初基质颗粒；
S42、将步骤S41制得的初基质颗粒在125℃恒温下干燥2h制得初处理基质颗粒；
S43、将步骤S42中制得的初处理基质颗粒在350℃下热处理1h，冷却后即制得复合基质颗粒。
本实施例中，所述步骤S41中第一混合粉末与水的添加质量比为4.5∶1。
实验方法：
分别按实施例1-5所述的步骤制备相应成品1、成品2、成品3、成品4以及成品5作为试验样品，分别装入尼龙网兜内，放置在生态浮岛水植物带孔花盆中，分别作为试验组1、试验组2、试验组3、试验组4以及试验组5；
将常规植物营养料装入尼龙网兜内，放置在生态浮岛水植物带孔花盆中，作为空白样 本；
将钢渣装入尼龙网兜内，放置在生态浮岛水植物带孔花盆中，作为对照组1；
将铝污泥装入尼龙网兜内，放置在生态浮岛水植物带孔花盆中，作为对照组2；
生态浮岛小试装置采用连续进水方式，水力停留时间为24h，进水取自附近黑臭河道 水体，浮岛植物为菖蒲和美人蕉组合，浮岛下方悬挂超细立体纤维填料，并施加微纳米曝 气，连续一周测试出水水质，对比分析处理效果和稳定性。
按上述试验方法的结果对比分析如下：
通过上述试验结果表明，未加基质生态浮岛对水体中COD和NH3-N去除较好，虽然水体中大部分氮磷也能去除，但始终不能达到国家规定的标准，不能彻底解决水体黑臭和富营养化问题；添加本发明提供的态浮岛除磷复合基质对水中的COD平均去除率达到90％以上，NH3-N平均去除率达到90％以上，TN达到92％以上，TP去除率达到80％，氮磷 去除率均比未加基质的效果好，特别是出水中磷均已达到Ⅳ类水质标准；本发明生态浮岛 除磷复合基质，相比单一基质钢渣和铝污泥，复合基质孔隙结构好，比表面积大，吸附性 能更好；并且复合基质强度比单纯铝污泥更高，且出水pH正常。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生态浮岛除磷复合基质，其特征在于，包括以下重量百分比组分：铝污泥粉末40-50％、钢渣粉末20-30％、椰壳纤维粉末10-20％、粘合剂5-10％、淀粉5-10％。
2.一种用于制备权利要求1所述生态浮岛除磷复合基质的方法，其特征在于，具体制备过程如下：
S1、对铝污泥、钢渣以及椰壳纤维分别进行干燥预处理，经研磨成粉后进行混合制得铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末；
S2、按重量百分比称取经步骤S1制得铝污泥粉末40-50％、钢渣粉末20-30％、椰壳纤维粉末10-20％，以及粘合剂5-10％、淀粉5-10％备用；
S3、对步骤S2中称取的铝污泥粉末、钢渣粉末以及椰壳纤维粉末进行混合制得第一混合粉末；
S4、将步骤S2称取的粘合剂、淀粉添加到步骤S3中制得的第一混合粉末中充分搅拌后加入水后，经造粒、中高温热处理后，经过冷却即制得生态浮岛用除磷复合基质颗粒。
3.根据权利要求2所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中铝污泥经过浓缩脱水后，直接自然干化后，研磨过90-120目筛即制得铝污泥粉末。
4.根据权利要求2所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中钢渣粉末的粒径不大于1mm。
5.根根据权利要求2所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中椰壳纤维在95℃-125℃恒温环境下干燥2-3h后，研磨过45-65目筛，即制得粒径小于0.5mm的椰壳纤维粉末。
6.根根据权利要求2所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于：所述复合基质颗粒的粒径为5-10mm。
7.根根据权利要求6所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于，所述复合基质颗粒的具体制备方法为：
S41、将按重量百分比称取的粘合剂、淀粉添加到第一混合粉末中充分搅拌后加水造粒，制得初基质颗粒；
S42、将步骤S41制得的初基质颗粒在95℃-125℃恒温下干燥2-3h制得初处理基质颗粒；
S43、将步骤S42中制得的初处理基质颗粒在300-500℃下热处理0.5h-1h，冷却后即制得复合基质颗粒。
8.根据权利要求2-7任一项所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于：所述步骤铝污泥为给水厂的副产物。
9.根据权利要求2-7任一项所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于：所述粘合剂为Na2SiO3和聚丙烯酰胺的混合物。
10.根据权利要求2-7任一项所述的生态浮岛除磷复合基质的制备方法，其特征在于：所述淀粉为可溶性淀粉。
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