CN111320258A - 一种脱氮除磷复合填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱氮除磷复合填料及其制备方法，属于环境保护和材料科学领域，该复合填料包括以下原料组分及质量份数：钢渣粉20‑40份；沸石颗粒40‑60份；珍珠膨胀岩粉5‑10份；粘土10‑15份；白云石粉10‑20份，其制备方法包括破碎：将钢渣、珍珠膨胀岩和白云石分别通过破碎机破碎，过100目筛后，得到钢渣粉、珍珠膨胀岩粉和白云石粉；将沸石通过破碎机破碎，过10目筛后，得到沸石颗粒；然后再进行称取、搅拌、成型、烘干和烧制，本发明具有强度高、轻质、多孔性、比表面积大的优点。

Description

一种脱氮除磷复合填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及环境保护和材料科学领域，更具体地说，它涉及一种脱氮除磷复合填料及其制备方法。

背景技术

污水处理，指为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

目前脱氮除磷在污水处理领域是一个难题，特别是在接近达标的情况下，微生物处理难以达标，植物吸收效率低，占地面积大，化学处理成本高，具有一定的危险性，且容易产生二次污染。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种脱氮除磷复合填料及其制备方法，具有强度高、轻质、多孔性、比表面积大的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种脱氮除磷复合填料，包括以下原料组分及质量份数：

钢渣粉20-40份；

沸石颗粒40-60份；

珍珠膨胀岩粉5-10份；

粘土10-15份；

白云石粉10-20份。

通过上述技术方案，钢渣属于废物资源化利用，钢渣以硅酸盐、铁酸盐为主要成分。铁盐、钙盐在碱性条件下具有磷沉淀稳定作用。沸石本身具有多孔性，对氨氮具有强力吸附作用。白云石为复合填料提供必需的碱性。珍珠膨胀岩作为发泡剂，为复合填料提供膨胀使其具备高比表面积和多孔性特点。粘土作为粘接剂，为复合填料提供高强度性能。使得复合填料具有强度高、轻质、多孔性、比表面积大的优点，安装方便，既可作为人工湿地填料，也可作为过滤器填料，以及曝气生物滤池、快速渗滤池填料。能提供微生物生长条件，同时对氮磷有很强的吸附能力和吸附速率，吸附容量大，饱和后可生物再生，无二次污染。在污水处理厂提标改造上更具有得天独厚的优势，无需新增设备，便于控制成本。

进一步优选为：所述钢渣、珍珠膨胀岩和白云石粒度均小于0.15mm。

通过上述技术方案，便于后期混合搅拌，混合程度更高，使得复合填料的整体强度。

进一步优选为：所述珍珠膨胀岩中蒙脱石的含量＞80％。

通过上述技术方案，蒙脱石具有较好的吸附性、粘结性和分散悬浮性，可以有效提高复合填料的吸附能力和吸附速率。

进一步优选为：所述粘土不含有机物、腐殖质。

进一步优选为：所述珍珠膨胀岩烧制后，体积膨胀10倍以上。

通过上述技术方案，便于形成多孔结构，吸附容量大。

进一步优选为：还包括1-2份多孔球，所述多孔球包括不锈钢丝球，所述不锈钢丝球外表面包覆有耐高温玻璃丝布，所述耐高温玻璃丝布包覆有2-3层。

通过上述技术方案，多孔球的设置，一方面使得复合填料内部均有多孔性，另一方面可以起到除沫的作用。能有效提高复合填料的吸附能力和吸附速率，提高吸附容量。

进一步优选为：所述多孔球粒径小于0.6cm。

一种脱氮除磷复合填料的制备方法，包括以下步骤：

S1、破碎：将钢渣、珍珠膨胀岩和白云石分别通过破碎机破碎，过100目筛后，得到钢渣粉、珍珠膨胀岩粉和白云石粉；将沸石通过破碎机破碎，过10目筛后，得到沸石颗粒；

S2、称取：按照上述所述脱氮除磷复合填料中的各原料组分的质量份数称取钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土；

S3、搅拌：将钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土混合均匀，加水调成糊状，得到混合物料；

S4、成型：根据材料用途，将所述混合物料制成预设形状，所述预设形状为颗粒状、饼状、平板状或圆柱状；

S5、烘干：成型后，将其在100℃下，烘干至表面无水分；

S6、烧制：烘干后，将其放入升温炉，烧制2-3h。

通过上述技术方案，工艺简单，安全性高，对氮、磷具有很强的吸附性，且吸附速率快，可作为污水处理深度脱氮除磷填料使用，如人工湿地填料、过滤器填料、曝气生物滤池填料等。

进一步优选为：在步骤S2中，还称取了多孔球，所述多孔球在搅拌过程中与钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土混合；

所述多孔球为1-2份，所述多孔球包括不锈钢丝球，所述不锈钢丝球外表面包覆有耐高温玻璃丝布，所述耐高温玻璃丝布包覆有2-3层；

所述多孔球粒径小于0.6cm。

进一步优选为：在步骤S6中，所述升温炉温度控制在800-1000℃。

综上所述，本发明具有以下有益效果：复合填料具有强度高、轻质、多孔性、比表面积大的优点，安装方便，既可作为人工湿地填料，也可作为过滤器填料，以及曝气生物滤池、快速渗滤池填料。能提供微生物生长条件，同时对氮磷有很强的吸附能力和吸附速率，吸附容量大，饱和后可生物再生，无二次污染。工艺简单，安全性高，对氮、磷具有很强的吸附性，且吸附速率快，可作为污水处理深度脱氮除磷填料使用，如人工湿地填料、过滤器填料、曝气生物滤池填料等。

附图说明

图1是实施例的剖视示意图，主要用于体现多孔球的结构。

图中，101、耐高温玻璃丝布；102、不锈钢丝球。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种脱氮除磷复合填料及其制备方法，脱氮除磷复合填料的原料组分及质量为：钢渣粉25kg；沸石颗粒43kg；珍珠膨胀岩粉6kg；粘土12kg；白云石粉12kg；多孔球1.2kg。

其中，钢渣、珍珠膨胀岩和白云石粒度均小于0.15mm，具体在0.14mm左右；珍珠膨胀岩中蒙脱石的含量在83％左右；粘土为干净粘土，不含有机物、腐殖质等杂质。要求珍珠膨胀岩烧制后，体积膨胀在11倍左右。

参照图1，多孔球粒径为0.45cm，多孔球包括不锈钢丝球102。不锈钢丝球102外表面包覆有耐高温玻璃丝布101，耐高温玻璃丝布101包覆有3层。在耐高温玻璃丝布101的包裹下，不锈钢丝球102紧紧容纳在耐高温玻璃丝布101内。优选的，耐高温玻璃丝布101的包裹厚度小于多孔球半径的四分之一。

其制备方法包括以下步骤：

S1、破碎：将钢渣、珍珠膨胀岩和白云石分别通过破碎机破碎，过100目筛后，得到钢渣粉、珍珠膨胀岩粉和白云石粉；将沸石通过破碎机破碎，过10目筛后，得到沸石颗粒；

S2、称取：按照上述脱氮除磷复合填料中的各原料组分的质量称取钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒、粘土和多孔球；

S3、搅拌：将钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒、粘土和多孔球通过搅拌机混合均匀，加自来水调成糊状，使之充分浸润，得到混合物料；

S4、成型：根据材料用途，将混合物料制成预设形状，预设形状为饼状；

S5、烘干：成型后，将材料在100℃下，烘干至表面无水分；

S6、烧制：烘干后，将材料放入升温炉，烧制2h，得到复合填料A1，升温炉温度控制在1000℃。

在上述技术方案中，钢渣为转炉、电炉、精炼炉在熔炼过程中排出的由金属原料中的杂质与助熔剂、炉衬形成的渣，属于废物资源化利用，钢渣以硅酸盐、铁酸盐为主要成分。铁盐、钙盐在碱性条件下具有磷沉淀稳定作用。沸石本身具有多孔性，对氨氮具有强力吸附作用。白云石为复合填料提供必需的碱性。珍珠膨胀岩作为发泡剂，为复合填料提供膨胀使其具备高比表面积和多孔性特点。粘土作为粘接剂，为复合填料提供高强度性能。

多孔球的设置，一方面使得复合填料内部均有多孔性，另一方面可以起到除沫的作用。耐高温玻璃丝布101在1200℃以下，化学性能和物料性能不会发生什么变化，而不锈钢丝网采用不锈钢制作而成，在1080℃以下，化学性能和物料性能也不会发生什么变化，因此在烧制过程中，多孔球基本无太大变化。由于耐高温玻璃丝布101包覆在不锈钢丝球102圆周表面，因此在搅拌过程中，除了水外，钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土基本不会透过耐高温玻璃丝布101进入到不锈钢丝球102中，只有粒径很小的固体粉末才能进入到多孔球中，因此不会造成多孔球内部堵塞，使得复合填料具备高比表面积和多孔性特点，且能有效去除污水中的浮沫。

实施例2：一种脱氮除磷复合填料及其制备方法，脱氮除磷复合填料的原料组分及质量为：钢渣粉20kg；沸石颗粒40kg；珍珠膨胀岩粉5kg；粘土10kg；白云石粉10kg；多孔球1kg。

其中，钢渣、珍珠膨胀岩和白云石粒度均小于0.15mm，具体在0.14mm左右；珍珠膨胀岩中蒙脱石的含量在83％左右；粘土为干净粘土，不含有机物、腐殖质等杂质。要求珍珠膨胀岩烧制后，体积膨胀在11倍左右。

参照图1，多孔球粒径为0.45cm，多孔球包括不锈钢丝球102。不锈钢丝球102外表面包覆有耐高温玻璃丝布101，耐高温玻璃丝布101包覆有3层。在耐高温玻璃丝布101的包裹下，不锈钢丝球102紧紧容纳在耐高温玻璃丝布101内。优选的，耐高温玻璃丝布101的包裹厚度小于多孔球半径的四分之一。

其制备方法包括以下步骤：

S1、破碎：将钢渣、珍珠膨胀岩和白云石分别通过破碎机破碎，过100目筛后，得到钢渣粉、珍珠膨胀岩粉和白云石粉；将沸石通过破碎机破碎，过10目筛后，得到沸石颗粒；

S2、称取：按照上述脱氮除磷复合填料中的各原料组分的质量称取钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒、粘土和多孔球；

S3、搅拌：将钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒、粘土和多孔球通过搅拌机混合均匀，加自来水调成糊状，使之充分浸润，得到混合物料；

S4、成型：根据材料用途，将混合物料制成预设形状，预设形状为饼状，也可以为颗粒状、平板状或圆柱状等，具体根据应用的反应器形状确定；

S5、烘干：成型后，将材料在100℃下，烘干至表面无水分；

S6、烧制：烘干后，将材料放入升温炉，烧制2h，得到复合填料A2，升温炉温度控制在800℃。

实施例3：一种脱氮除磷复合填料及其制备方法，脱氮除磷复合填料的原料组分及质量为：钢渣粉25kg；沸石颗粒43kg；珍珠膨胀岩粉6kg；粘土12kg；白云石粉12kg。

其中，钢渣、珍珠膨胀岩和白云石粒度均小于0.15mm，具体在0.14mm左右；珍珠膨胀岩中蒙脱石的含量在83％左右；粘土为干净粘土，不含有机物、腐殖质等杂质。要求珍珠膨胀岩烧制后，体积膨胀在11倍左右。

其制备方法包括以下步骤：

S1、破碎：将钢渣、珍珠膨胀岩和白云石分别通过破碎机破碎，过100目筛后，得到钢渣粉、珍珠膨胀岩粉和白云石粉；将沸石通过破碎机破碎，过10目筛后，得到沸石颗粒；

S2、称取：按照上述脱氮除磷复合填料中的各原料组分的质量称取钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土；

S3、搅拌：将钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土通过搅拌机混合均匀，加自来水调成糊状，使之充分浸润，得到混合物料；

S4、成型：根据材料用途，将混合物料制成预设形状，预设形状为饼状；

S5、烘干：成型后，将材料在100℃下，烘干至表面无水分；

S6、烧制：烘干后，将材料放入升温炉，烧制2h，得到复合填料A3，升温炉温度控制在1000℃。

实施例4：一种脱氮除磷复合填料及其制备方法，脱氮除磷复合填料的原料组分及质量为：钢渣粉40kg；沸石颗粒60kg；珍珠膨胀岩粉10kg；粘土15kg；白云石粉20kg；多孔球2kg。

其中，钢渣、珍珠膨胀岩和白云石粒度均小于0.15mm，具体在0.14mm左右；珍珠膨胀岩中蒙脱石的含量在83％左右；粘土为干净粘土，不含有机物、腐殖质等杂质。要求珍珠膨胀岩烧制后，体积膨胀在11倍左右。

参照图1，多孔球粒径为0.45cm，多孔球包括不锈钢丝球102。不锈钢丝球102外表面包覆有耐高温玻璃丝布101，耐高温玻璃丝布101包覆有3层。在耐高温玻璃丝布101的包裹下，不锈钢丝球102紧紧容纳在耐高温玻璃丝布101内。优选的，耐高温玻璃丝布101的包裹厚度小于多孔球半径的四分之一。

其制备方法包括以下步骤：

S1、破碎：将钢渣、珍珠膨胀岩和白云石分别通过破碎机破碎，过100目筛后，得到钢渣粉、珍珠膨胀岩粉和白云石粉；将沸石通过破碎机破碎，过10目筛后，得到沸石颗粒；

S2、称取：按照上述脱氮除磷复合填料中的各原料组分的质量称取钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒、粘土和多孔球；

S3、搅拌：将钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒、粘土和多孔球通过搅拌机混合均匀，加自来水调成糊状，使之充分浸润，得到混合物料；

S4、成型：根据材料用途，将混合物料制成预设形状，预设形状为饼状；

S5、烘干：成型后，将材料在100℃下，烘干至表面无水分；

S6、烧制：烘干后，将材料放入升温炉，烧制2h，得到复合填料A4，升温炉温度控制在900℃。

对实施例1-4制得的复合填料A1-A4进行中试试验，测试复合填料A1-A4的脱氮除磷效果，具体如下：

选择某厂房化粪池污水作为污水源，污水源水质检测结果，如表1：

表1污水源水质检测

对复合填料A1-A4分开进行试验，每次实验都需要D300*H500mm快速过滤器1台，提升泵1台，转子流量计1台，球阀2个，脱氮除磷复合填料(A1、A2、A3或A4)20L。

对脱氮除磷复合填料A1进行试验的组号记为A组，对脱氮除磷复合填料A2进行试验的组号记为B组，对脱氮除磷复合填料A3进行试验的组号记为C组，对脱氮除磷复合填料A4进行试验的组号记为D组。A组、B组、C组和D组的试验方法均相同。

试验过程中，先连接提升泵、过滤器和出水管路，将提升泵放入化粪池第三格，启动提升泵，打开进水阀门，使得化粪池第三格内的污水在提升泵的作用下，进入过滤器中，过滤器中填充有脱氮除磷复合填料(A1、A2、A3或A4)，调节转子流量计流量，使其分别以5L/h、10L/h和20L/h进水，进水结束后出水，由于脱氮除磷复合填料(A1、A2、A3或A4)为20L，因此在流速为5L/h下，污水与脱氮除磷复合填料(A1、A2、A3或A4)的接触时间为4h；在流速为10L/h下，污水与脱氮除磷复合填料(A1、A2、A3或A4)的接触时间为2h；在流速为20L/h下，污水与脱氮除磷复合填料(A1、A2、A3或A4)的接触时间为1h。稳定出水30min后取水样检测出水数据，记录，得到表2：

表2水样检测结果

由上可知，当污水与复合填料接触时间为2h时，组号A、B、C和D的污水中氮和磷均能稳定达标，出水氮磷达到《污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准。其中组号A磷去除率超过90％，氮去除率超过87％；组号B磷去除率超过89％，氮去除率超过86％；组号C磷去除率超过88％，氮去除率超过85％；组号D磷去除率超过90％，氮去除率超过86％。

当污水与复合填料接触时间为4h时，组号A磷去除率超过94％，氮去除率超过92％；组号B磷去除率超过92％，氮去除率超过92％；组号C磷去除率超过92％，氮去除率超过92％；组号D磷去除率超过94％，氮去除率超过93％。

由此可见，脱氮除磷复合填料与污水的接触时间最好在2-4h左右；加有多孔球的复合填料比没有添加多孔球的复合填料，吸附效果要好；脱氮除磷复合填料对氮磷具有良好的吸附效果，可广泛应用于脱氮除磷领域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脱氮除磷复合填料，其特征在于：包括以下原料组分及质量份数：

钢渣粉20-40份；

沸石颗粒40-60份；

珍珠膨胀岩粉5-10份；

粘土10-15份；

白云石粉10-20份。

2.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷复合填料，其特征在于：所述钢渣、珍珠膨胀岩和白云石粒度均小于0.15mm。

3.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷复合填料，其特征在于：所述珍珠膨胀岩中蒙脱石的含量＞80％。

4.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷复合填料，其特征在于：所述粘土不含有机物、腐殖质。

5.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷复合填料，其特征在于：所述珍珠膨胀岩烧制后，体积膨胀10倍以上。

6.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷复合填料，其特征在于：还包括1-2份多孔球，所述多孔球包括不锈钢丝球(102)，所述不锈钢丝球(102)外表面包覆有耐高温玻璃丝布(101)，所述耐高温玻璃丝布(101)包覆有2-3层。

7.根据权利要求6所述的一种脱氮除磷复合填料，其特征在于：所述多孔球粒径小于0.6cm。

8.一种脱氮除磷复合填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、破碎：将钢渣、珍珠膨胀岩和白云石分别通过破碎机破碎，过100目筛后，得到钢渣粉、珍珠膨胀岩粉和白云石粉；将沸石通过破碎机破碎，过10目筛后，得到沸石颗粒；

S2、称取：按照权利要求1-5任一所述脱氮除磷复合填料中的各原料组分的质量份数称取钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土；

S3、搅拌：将钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土混合均匀，加水调成糊状，得到混合物料；

S4、成型：根据材料用途，将所述混合物料制成预设形状，所述预设形状为颗粒状、饼状、平板状或圆柱状；

S5、烘干：成型后，将其在100℃下，烘干至表面无水分；

S6、烧制：烘干后，将其放入升温炉，烧制2-3h。

9.根据权利要求8所述的一种脱氮除磷复合填料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，还称取了多孔球，所述多孔球在搅拌过程中与钢渣粉、珍珠膨胀岩粉、白云石粉、沸石颗粒和粘土混合；

所述多孔球为1-2份，所述多孔球包括不锈钢丝球(102)，所述不锈钢丝球(102)外表面包覆有耐高温玻璃丝布(101)，所述耐高温玻璃丝布(101)包覆有2-3层；

所述多孔球粒径小于0.6cm。

10.根据权利要求8所述的一种脱氮除磷复合填料的制备方法，其特征在于：在步骤S6中，所述升温炉温度控制在800-1000℃。

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