CN110526327A - 一种除磷填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种除磷填料及其制备方法，属于污水处理系统技术领域和资源利用技术领域。该除磷填料由以下重量百分比的组分组成：给水污泥30‑50%、水泥30‑40%、粉煤灰3‑10%、麦饭石3‑10%、沸石3‑10%、外加剂1‑5%，外加剂为硅酸钠。该除磷填料的制备方法为：原料混合；配制硅酸钠的水溶液；造粒：将部分混合好的原料加入造粒机中，喷洒硅酸钠的水溶液，再加入部分混合好的原料，再喷洒硅酸钠的水溶液，再加入剩余混合好的原料，再喷洒硅酸钠的水溶液，得到混合料；养护：将上一步制得的混合料自然晾干，然后喷水养护，最终得到除磷填料。本发明除磷填料为免烧结除磷填料，去除水中磷元素的同时实现节能降耗，变废为宝。

Description

一种除磷填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理系统技术领域和资源利用技术领域，具体涉及一种用于高效吸附水中磷元素的除磷填料及其制备方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，城镇数量日益增多，规模增大，对城镇给水系统的建设与自来水的需求也与日俱增。作为净水过程的副产物-给水污泥产量也在不断增加。目前主要的处置方法是将给水污泥作为废弃物进行填埋，这虽然是一种有效的处置途径，但占地面积过大，浪费国土资源，并对环境造成二次污染，污泥的处置急需得到可持续性解决。
给水污泥中以无机成分为主，有机成分含量较少。根据对部分给水厂污水及污泥组成成分的分析表明，给水厂污水及污泥几乎含有原水所流经的地表层所有的元素和化合物。给水厂污泥中以SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaCO3等化合物为主要成分。
化学沉淀法的除磷机理是向含磷污水中投加易溶于水的金属盐，磷酸根在一定条件下与这些金属离子反应生成难溶性磷酸盐，形成沉淀从而被分离，达到水中除磷的目的。化学除磷药剂主要为含铝、铁、钙的可溶性金属盐。所以以给水污泥为原料制备除磷填料是实现其资源化利用的一种有效手段。
现有技术中用于水净化的填料虽然能在一定程度上实现对磷的去除，但存在一定的缺陷：（1）以烧结为主，能耗高且烧制过程中会造成大气污染；（2）填料的生产需要大量的矿资源，制作成本高。
发明内容
综上所述，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种除磷填料及其制备方法，去除水中磷元素的同时实现节能降耗，变废为宝。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种除磷填料，由以下重量百分比的组分组成：给水污泥30-50%、水泥30-40%、粉煤灰3-10%、麦饭石3-10%、沸石3-10%、外加剂1-5%，以上各组分的重量百分比之和为100%。由上述组分组成的除磷填料是一种新型免烧除磷填料。
作为优选，所述给水污泥、水泥、粉煤灰、麦饭石、沸石的粗细度≤100目，便于混合均匀。
作为优选，所述水泥为普通的硅酸盐水泥，便宜易得。
作为优选，所述外加剂为硅酸钠，还可以用生石灰或生石膏。
上述除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料的预处理
A、将自来水厂的给水污泥经干燥、破碎、研磨过100目筛；
B、将A步骤处理后的给水污泥、水泥、粉煤灰、麦饭石、沸石按质量比混合均匀；
C、配制硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将部分步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒硅酸钠的水溶液，再加入部分步骤（1）混合好的原料，再喷洒硅酸钠的水溶液，一直循环直到步骤（1）混合好的原料用完，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干，然后进行喷水养护，使混合料表面处于湿润状态，养护3-28d后最终得到除磷填料。
作为优选，所述步骤（1）中硅酸钠的水溶液质量分数为3-6%。
作为优选，所述步骤（2）中硅酸钠的水溶液用量为原料总量的40-60%。
作为优选，所述步骤（2）中所得的除磷填料的粒径为3-30mm。
作为优选，所述步骤（3）中自然晾干时间为10-24h，喷水养护时间为8-14h，养护温度为20-30℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的主要原料为给水厂的废弃物，粉煤灰也是废弃物，因此，所需的原料廉价易得。
2、本发明的除磷填料属于免烧型，相对于烧结型填料，降低了能耗，同时也避免了烧制过程中造成的大气污染，制备工艺简单。
3、本发明制得的填料强度高，比表面积大，表面粗糙，对磷的吸附效果好。
4、本发明可以利用多种废弃物的吸附材料应用于水处理工艺中，有利于实现“以废治废”的目标，符合经济循环的发展要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例的除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将≤100目的35g的给水污泥、40g水泥、6g粉煤灰、8g麦饭石、8g沸石混合均匀；配制60g质量分数为5%的硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将30g步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒20g硅酸钠的水溶液，再加入30g步骤（1）混合好的原料，再喷洒20g硅酸钠的水溶液，再加入37g步骤（1）混合好的原料，再喷洒20g硅酸钠的水溶液，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干24h，然后进行喷水养护，喷水养护时间为10h，使混合料表面处于湿润状态，在25℃下养护28d后最终得到除磷填料。上述制备方法得到的除磷填料的粒径为5mm，比表面积为2.50m2/g。
采用上述制备方法制备的除磷填料对污水处理过程：配制质量浓度为50mg/L的KH2PO4磷溶液，分别取100mL 放入250mL 锥形瓶中，投加上述制备方法制备的除磷填料2g，将锥形瓶放入转速为150r/min、温度为25℃的摇床中，振荡24h，然后用离心机在4000r/min的转速下离心10min，离心后取上清液，按照《水和废水监测分析方法》（第四版）中的钼锑抗分光光度法对磷含量进行检测。
采用上述制备方法制备的除磷填料对污水的除磷效率为97.75%，磷的吸附容量为1918mg/kg。
实施例2
本实施例的除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将≤100目的40g的给水污泥、34g水泥、8g粉煤灰、8g麦饭石、8g沸石混合均匀；配制50g质量分数为4%的硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将35g步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒20g硅酸钠的水溶液，再加入30g步骤（1）混合好的原料，再喷洒15g硅酸钠的水溶液，再加入33g步骤（1）混合好的原料，再喷洒15g硅酸钠的水溶液，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干14h，然后进行喷水养护，喷水养护时间为9h，使混合料表面处于湿润状态，在20℃下养护23d后最终得到除磷填料。上述制备方法得到的除磷填料的粒径为15mm，比表面积为0.96m2/ g。
采用上述制备方法制备的除磷填料对污水的除磷效率为96.65%，磷的吸附容量为2415mg/kg。
实施例3
本实施例的除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将≤100目的45g的给水污泥、30g水泥、10g粉煤灰、5g麦饭石、8.5g沸石混合均匀；配制50g质量分数为3%的硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将40g步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒25g硅酸钠的水溶液，再加入35g步骤（1）混合好的原料，再喷洒15g硅酸钠的水溶液，再加入23.5g步骤（1）混合好的原料，再喷洒10g硅酸钠的水溶液，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干18h，然后进行喷水养护，喷水养护时间为11h，使混合料表面处于湿润状态，在27℃下养护7d后最终得到除磷填料。上述制备方法得到的除磷填料的粒径为6mm，比表面积为2.27m2/ g。
采用上述制备方法制备的除磷填料对污水的除磷效率为98.04%，磷的吸附容量为2238mg/kg。
实施例4
本实施例的除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将≤100目的30g的给水污泥、40g水泥、10g粉煤灰、8g麦饭石、10g沸石混合均匀；配制40g质量分数为5%的硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将35g步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒15g硅酸钠的水溶液，再加入35g步骤（1）混合好的原料，再喷洒10g硅酸钠的水溶液，再加入28g步骤（1）混合好的原料，再喷洒10g硅酸钠的水溶液，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干21h，然后进行喷水养护，喷水养护时间为12h，使混合料表面处于湿润状态，在30℃下养护14d后最终得到除磷填料。上述制备方法得到的除磷填料的粒径为7mm，比表面积为1.91m2/ g。
采用上述制备方法制备的除磷填料对污水的除磷效率为99.55%，磷的吸附容量为1654mg/kg。
实施例5
本实施例的除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将≤100目的50g的给水污泥、30g水泥、3g粉煤灰、10g麦饭石、3.7g沸石混合均匀；配制55g质量分数为6%的硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将40g步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒25g硅酸钠的水溶液，再加入30g步骤（1）混合好的原料，再喷洒20g硅酸钠的水溶液，再加入26.7g步骤（1）混合好的原料，再喷洒10g硅酸钠的水溶液，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干23h，然后进行喷水养护，喷水养护时间为13h，使混合料表面处于湿润状态，在26℃下养护21d后最终得到除磷填料。上述制备方法得到的除磷填料的粒径为30mm，比表面积为0.69m2/ g。
采用上述制备方法制备的除磷填料对污水的除磷效率为98.49%，磷的吸附容量为1736mg/kg。
实施例6
本实施例的除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将≤100目的37g的给水污泥、40g水泥、7g粉煤灰、3g麦饭石、10g沸石混合均匀；配制60g质量分数为5%的硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将35g步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒35g硅酸钠的水溶液，再加入35g步骤（1）混合好的原料，再喷洒20g硅酸钠的水溶液，再加入27g步骤（1）混合好的原料，再喷洒5g硅酸钠的水溶液，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干24h，然后进行喷水养护，喷水养护时间为14h，使混合料表面处于湿润状态，在29℃下养护3d后最终得到除磷填料。上述制备方法得到的除磷填料的粒径为3mm，比表面积为3.78m2/ g。
采用上述制备方法制备的除磷填料对污水的除磷效率为97.89%，磷的吸附容量为2457mg/kg。
对比例
配制质量浓度为50mg/L的 KH2PO4磷溶液，分别取100mL放入250mL锥形瓶中，投加普通陶粒2g，将锥形瓶放入转速为150r/min、温度为25℃的摇床中，振荡24h，然后用离心机在4000r/min的转速下离心10min，离心后取上清液，按照《水和废水监测分析方法》（第四版）中的钼锑抗分光光度法对磷含量进行检测。
采用对比例普通陶粒对污水的除磷效率为46.02%，磷的吸附容量为357.4mg/kg。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种除磷填料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：给水污泥30-50%、水泥30-40%、粉煤灰3-10%、麦饭石3-10%、沸石3-10%、外加剂1-5%。
2.根据权利要求1所述的除磷填料，其特征在于，所述给水污泥、水泥、粉煤灰、麦饭石、沸石的粗细度≤100目。
3.根据权利要求1所述的除磷填料，其特征在于，所述水泥为普通的硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的除磷填料，其特征在于，所述外加剂为硅酸钠。
5.根据权利要求1~4任一项所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
（1）原料的预处理
A、将自来水厂的给水污泥经干燥、破碎、研磨过100目筛；
B、将A步骤处理后的给水污泥、水泥、粉煤灰、麦饭石、沸石按质量比混合均匀；
C、配制硅酸钠的水溶液；
（2）造粒：将部分步骤（1）混合好的原料加入造粒机中，喷洒硅酸钠的水溶液，再加入部分步骤（1）混合好的原料，再喷洒硅酸钠的水溶液，一直循环直到步骤（1）混合好的原料用完，得到混合料；
（3）养护：将步骤（2）制得的混合料自然晾干，然后进行喷水养护，使混合料表面处于湿润状态，养护3-28d后最终得到除磷填料。
6.根据权利要求5所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中硅酸钠的水溶液质量分数为3-6%。
7.根据权利要求5所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中硅酸钠的水溶液用量为原料总量的40-60%。
8.根据权利要求5所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所得的除磷填料的粒径为3-30mm。
9.根据权利要求5所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中自然晾干时间为10-24h，喷水养护时间为8-14h，养护温度为20-30℃。
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