CN110272078B - 便于填埋减容的治污用絮团涂覆填料式渗滤坝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了便于填埋减容的治污用絮团涂覆填料式渗滤坝的制备方法，其包括如下步骤：（1）将高铁矿物和废石膏混合形成混合物料后，再加入植物轻质填料状碎屑混合，然后加水搅拌，继而再加入聚丙烯酰胺水溶液，使混合体系发生絮凝反应，然后再加入铝离子交联剂进行混合反应，再把混合物料倒入到生态袋中进行滤出反应物料中的水分，制得渗滤坝堆积单元；（2）将若干个渗滤坝堆积单元相互堆叠形成渗滤坝。该方案成本低、环保、可实现废物资源再利用。

Description

便于填埋减容的治污用絮团涂覆填料式渗滤坝的制备方法

技术领域

本发明涉及垃圾渗滤液处理技术领域，尤其是便于填埋减容的治污用絮团涂覆填料式渗滤坝的制备方法。

背景技术

可填埋减容反应渗滤坝不同于传统渗滤坝，其特点是填充介质在使用和就近填埋丢弃中被逐渐反应消耗掉为主，吸附与过滤功能为辅。而传统渗滤坝填充介质是作为过滤材料和微生物基质使用，吸附与过滤功能为主反应功能为辅，常见为活性炭、硅藻土、煤渣、钢渣、火山灰等多孔材料。

其中，前者的反应物就地转化，疏松填充料则易于填埋后生物降解；而后者是在吸附剂基础上累加污染物，由于吸附容量通常在mg/g级，因此前者单位体积的净化总量远远高于后者，基本相同于固定设备投资巨大的传统污水净化池。但因为难以解决反应渗滤坝比表面积和传质阻力之间的矛盾而基本未见于工程应用。

以垃圾渗滤液前处理为例：

作为垃圾渗滤液前处理的废石膏——高铁矿物反应渗滤坝，在分子层级上要求尽量去除渗滤液中的腐殖酸、硫离子、碳酸氢根离子等，还要求要兼顾微尺度的反应传质、小尺度的防堵塞、中大尺度的防冲刷和力学结构稳定。但难点在于废石膏和高铁矿物等反应剂常见的是粉料，堆积后遇水移动密实，用传统的思路直接装袋则透水性快速变差，实用性不佳。若是挑选颗粒稍大的细骨料或者压成填料颗粒后装袋，由于反应渗滤坝成本限制，通常坝体宽度是有限的，即停留时间较短，则填料因为不是通孔型的，填料中间部分不易参与反应，会导致污染物去除效率明显下降并大量浪费反应剂。在此以离子交换树脂为例：离子交换树脂可以近似认为是一种反应渗滤填料，在此基础上可能可以联想到反应渗滤坝，但实用的离子交换树脂柱相当长，停留时间也较长，以保障离子交换反应能充分进行。如果将离子交换树脂破碎成粉末状，实验发现可大幅减少停留时间，但树脂床容易泄露、堵塞、使用后的树脂难以收集。

同行可以简单想到的一种方法是通用的反冲洗思路，即砂滤池加上曝气管、冲水管的方法，来减少反应物堵塞反应床，该方法对传统过滤型渗滤坝、颗粒填料反应床效果好，但对反应型渗滤坝理论上不能起到良好效果，尤其是对废石膏——高铁矿物这类粉末作为原料的反应渗滤坝来说，在反应结束后，石膏基本整体转化为碳酸钙，高铁矿物基本整体转化为硫化亚铁，上述矿物表面还有大量腐殖酸钙沉积，体积扩大且有明显包埋板结趋势，反应物的表面性能均发生剧烈变化，矿物颗粒极小且表面存在大量胶体状物质，反冲洗难以剥离污染物。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种成本低、环保、可实现废物资源再利用的便于填埋减容的治污用絮团涂覆填料式渗滤坝的制备方法。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

便于填埋减容的治污用絮团涂覆填料式渗滤坝的制备方法，其包括如下步骤：

（1）将高铁矿物和废石膏混合形成混合物料后，再加入植物轻质填料状碎屑混合，然后加水搅拌，继而再加入聚丙烯酰胺水溶液，使混合体系发生絮凝反应，然后再加入铝离子交联剂进行混合反应，再把混合物料倒入到生态袋中进行滤出反应物料中的水分，制得渗滤坝堆积单元；

（2）将若干个渗滤坝堆积单元相互堆叠形成渗滤坝。

进一步，步骤（1）中高铁矿物与废石膏的添加重量比例为1～2∶1～3。

进一步，步骤（1）中高铁矿物和废石膏混合形成混合物料与植物轻质填料状碎屑的混合体积比例为1∶1～6。

进一步，步骤（1）中的高铁矿物为赤铁矿粉或褐铁矿粉。

进一步，步骤（1）中的植物轻质填料状碎屑为细刨花屑、谷壳、蔗渣或松杉叶。

进一步，步骤（1）中聚丙烯酰胺水溶液的添加量为反应体系的0.5%～2.5%。

进一步，步骤（1）中铝离子交联剂的添加量为聚丙烯酰胺水溶液固含量的0.5%～3%。

进一步，步骤（1）中生态袋内还掺入竹枝或树枝。

本发明方案的解决机理是通过加大反应物填料之间的空隙并近似固定，加大反应物容器的总体积，同时使反应出的废料近似原位固定在反应物颗粒之间的空隙。

本发明方案的工艺思路是：

通孔型絮团涂覆可降解弹性填料制造工艺是：使用废石膏、高铁矿物（优先选择褐铁矿）、植物轻质填料状碎屑（如细刨花屑、谷壳、蔗渣、松杉叶等异形物料，特点是松散堆积密度很小且不易在堆放中压实）进行配料，其中废石膏与高铁矿物先以重量比3:1-1:2预混合，再按照混合料与植物轻质填料状碎屑体积比1:1-1：6混合，此时加水搅拌，添加聚丙烯酰胺水溶液絮凝成疏松的絮团涂覆在植物轻质填料状碎屑上，在搅拌中加入少量铝离子交联聚丙烯酰胺， 使之转化为高吸水性树脂交联下疏松而有一定弹性的反应材料，植物轻质填料状碎屑在此起微型弹性骨架作用，避免料被压实。整个疏松填料是通孔型的，反应传质容易，又有多余空间容纳悬浮物。聚丙烯酰胺用量一般是固体粉料和弹性骨料碎屑重量的0.5-2.5%之间，略高于常规絮凝时(0.3-1%)用量。交联剂铝离子用量一般为聚丙烯酰胺固体重量的0.5-3%。

该湿法工艺相比于干法工艺（植物轻质填料状碎屑在搅拌机中先喷洒聚丙烯酰胺水溶液，再撒播矿粉，最后撒播铝离子交联剂）要均匀得多，制作时粉尘也少，因此，干法工艺可作为本发明的劣化工艺，而湿法工艺是较优选择。

涂覆反应药剂时的微型骨架，必须使用植物轻质填料状碎屑，而不使用传统但相当昂贵的过滤毛刷的原因是为了废弃的反应渗滤坝可以在废渣处理过程进行体积压缩和降解，以免大量占用垃圾填埋容积。过滤毛刷的回收清洗也是一个大问题。不使用疏松植物毡的原因：昂贵且无法就地取材；渗滤坝前部积污堵塞后难以通过振动、捣打等方式重新疏通。

如果不经过絮凝——交联工艺将反应材料固定住，则在湿润情况下废石膏和高铁矿物在水流作用下会下沉致密堆积，或者堵塞，实用价值明显下降。

该可降解絮团填料式反应渗滤坝还可以用于其他类似用途，例如应急治理农村黑臭水排放的煅烧高硫明矾石粉和麦杆碎段弹性骨架、聚丙烯酰胺——铝离子絮团填料式反应渗滤坝，均是该发明的内容，解决了最难解决的堵塞物问题，而且使用后的废弃物容易降解，从而大幅减少体积，便于填埋回土处理。作为一种实施例子，煅烧高硫明矾石粉和碎屑弹性骨料的体积配比依然是1:1-1:6，聚丙烯酰胺用量仍然一般是固体粉料和弹性骨料碎屑重量的0.5-3%之间，略高于常规絮凝时(0.3-1%)用量。交联剂的铝离子是煅烧高硫明矾石粉自有的，不需外加。由于煅烧高硫明矾石粉价格低廉，是工业化生产明矾的原料，它可在水中缓慢释放出铝离子作为絮凝剂，捕捉污染物成为絮体，填充在麦杆弹性骨架空心管、骨架与反应剂的絮团中实现反应渗滤坝功能。

实际上，石膏—褐铁矿反应渗滤坝与煅烧高硫明矾石粉反应渗滤坝组合起来使用，形成前后反应渗滤坝，在大试中体现出对农村黑臭水体、简易垃圾堆放场渗滤液有相当优良的处理效果。理论上，还可以补充碱性废矿渗滤坝（如钢渣粉渗滤坝）等形成3道以上的组合反应渗滤坝提高效率。

本发明方案在不考虑成本时，也可使用其他粘结剂如热聚合丙烯酸树脂、热熔胶、硅溶胶等，此时不需要加铝离子为絮凝剂，但本发明方案思路中，限于成本而不使用。

絮团填料成型后直接装入透水性良好的生态袋后装入石笼中作为絮团涂覆填料式通孔反应渗滤坝，如生态袋需要堆积，可在生态袋内补充中型骨架材料如竹枝、树枝等承重材料，以避免疏松填料被压实，比例不准确限制。 即可按照生态渗滤坝的常规做法堆砌成坝。控制流速则可在坝体出水端用无纺布的致密程度来控制。

此时，反应产物停留在疏松絮团中，有足够的空间不至于堵塞。这一结构和工艺，是核心发明部分

虽然聚丙烯酰胺——铝高吸水性树脂早已为人所知且大量应用，而它目前产品均以颗粒材料被应用于纸尿布、农田节水等，但是用于这套多级骨架——絮凝交联工艺和结构未见类似报道，絮团涂覆填料式通孔反应渗滤坝缺乏这套工艺难以高效使用；进而简单实用的反应渗滤坝也未见工程报道，在这里又是支撑主发明的重要改进，因此似可认为是另外一个发明。

絮团填料式反应渗滤坝明显优势在于，采用本发明的微骨架疏松填料制作工艺，实现了反应性原料成型时兼顾微尺度的反应传质快、小尺度的防堵塞；通过添加辅助的中型骨架材料装入疏松生态袋后再装入大型骨架——石笼的方法，保障了中大尺度的防冲刷和力学结构稳定，也便于吊装和更换反应渗滤坝的元件。解决了目前尚难以处置的粉料利用时极易随流体飘失的问题。必要时还可以随时补充传统絮凝剂辅助净化渗滤液，此时絮团填料式反应渗滤坝兼起到微湍流助絮体成长、截留絮凝体等多重功能，从而可望明显简化污水处理设施。

因此，本发明采用上述的技术方案，其具有的有益效果为：本发明方案不仅成本低、环保，而且可实现废物资源再利用，其所采用的主要原料是工业生产中的废弃物，如高铁废矿、废石膏和植物轻质填料状碎屑，这些废料本身的环保废弃处理便是行业中长期困扰的问题，而本发明方案恰好巧妙利用了这些废弃物的剩余价值，实现了废物资源的二次经济价值，实现了变废为宝。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：

实施例1

简易垃圾场垃圾渗滤液前处理用可降解絮团填料式反应渗滤坝案例

地址及背景：河北某村庄垃圾坑，有大量恶臭垃圾渗滤液沿沟流出。

方案：设计2道石膏赤铁矿粉絮团填料式反应渗滤坝进行前处理，中间夹一道双氧水——亚铁进行芬顿处理，前处理后出水引入垃圾坑附近林地，进行生态沟渗滤净化。

其中，石膏赤铁矿粉絮团填料式反应渗滤坝一共2道，其制作工艺是：取火电厂脱硫石膏粉重量3份，赤铁矿粉重量1.2份混合，然后按大约体积比为1份混合矿粉：3份麦秆碎片的配比搅拌成反应料，泼洒含有聚丙烯酰胺的水溶液，聚丙烯酰胺按反应料重量的1%投放。此时物料发生絮凝，再加入大约聚丙烯酰胺含量2%的铝离子交联剂，此时物料倒入装有枝条的生态袋中，滤出水后成为絮团填料式反应的渗滤坝堆积单元；把若干个渗滤坝堆积单元叠放在一起，形成絮团填料式反应渗滤坝。

通过实验监测该絮团填料式反应渗滤坝对垃圾渗滤液的预净化有较高效果，对长期使用后净化失效的渗滤坝剖开，发现在麦秆碎片中夹着大量黑色的物料，化验发现硫酸钙和三氧化二铁含量已经很低，大部分为腐殖酸盐、有机碎屑等，由此可见，污染物被该渗滤坝有效捕捉。该失效渗滤坝放置林中半年后长出较多狗牙根等杂草，体积明显减少。

对比组：直接两种矿粉复合装袋做坝，出水水质也较好，但5天后即堵塞，堵塞速度尚在无净水能力的常规沙袋之上。

实施例2

农村黑臭水排放前处理用可降解絮团填料式反应渗滤坝坝案例

地址及背景：泉州远郊某村排水，因有散养猪废水存在水质恶劣，村民用于菜地浇灌。

方案：治理技改时以可降解絮团填料式反应渗滤坝两道紧挨在水沟两边，作为给水渗滤坝。

其中，渗滤坝内为煅烧明矾石粉/秸秆可降解絮团填料式反应渗滤坝（兼利用煅烧明矾石粉中的钾给菜地供肥），外为高炉水渣粉（是一种碱性多孔性疏松工业废料，可做滤料兼中和铝离子絮凝水体的弱酸性功能）、褐铁矿粉、石膏，后两者重量比3：2:1，混合反应料和秸秆碎体积比是1:2。

通过检测渗滤坝出水了解到渗滤坝出水无明显异味异色，肥效明显。渗滤坝长期使用后进行拆卸混合，用于投放菜地改土效果理想。

制作工艺：煅烧明矾石粉可降解絮团渗滤坝是直接把秸秆浸润聚丙烯酰胺水溶液，搅拌中投放煅烧明矾石粉，即可交联固定住，二者体积比大约在1:3左右，将交联固定后的物料装入无纺布袋即可使用，起缓慢絮凝悬浮物、部分腐殖酸、溶出钾离子功能。

作为另一种相似实施方式，其坝中为高炉水渣粉、褐铁矿粉、石膏粉预先混合后，泼洒含有聚丙烯酰胺的水溶液，聚丙烯酰胺按反应料重量的1%投放。此时物料发生絮凝，此时再投放秸秆碎片，后加大约聚丙烯酰胺重量1.5%铝离子交联固化，即可装袋。

两种反应料装袋时，生态袋中均仍然预先放少量竹枝作为中型骨架，然后叠层内外各一层的复合渗滤坝即可。

以上所述为本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.便于填埋减容的治污用絮团涂覆填料式渗滤坝的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：

（1）将高铁矿物和废石膏混合形成混合物料后，再加入植物轻质填料状碎屑混合，然后加水搅拌，继而再加入聚丙烯酰胺水溶液，使混合体系发生絮凝反应，然后再加入铝离子交联剂进行混合反应，再把混合物料倒入到掺入竹枝或树枝的生态袋中进行滤出反应物料中的水分，制得渗滤坝堆积单元；

所述高铁矿物为赤铁矿粉或褐铁矿粉，植物轻质填料状碎屑为细刨花屑、谷壳、蔗渣或松杉叶；

所述高铁矿物与废石膏的添加重量比例为1～2∶1～3，高铁矿物和废石膏混合形成混合物料与植物轻质填料状碎屑的混合体积比例为1∶1～6；

聚丙烯酰胺水溶液的添加量为反应体系的0.5%～2.5%，铝离子交联剂的添加量为聚丙烯酰胺水溶液固含量的0.5%～3%；

（2）将若干个渗滤坝堆积单元相互堆叠形成渗滤坝。