CN111718001A - 除磷填料的制备方法及其在人工湿地中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除磷填料的制备方法及其在人工湿地中的应用，该除磷填料的制备方法，包括以下步骤：S10：用1％～5％盐酸溶液对稻壳进行浸泡处理1～8h，将浸泡处理后的稻壳自然干燥，将干燥后的稻壳进行粉碎处理以形成稻壳粉；将矿物材料进行粉碎处理，粉碎后的矿物材料颗粒粒径在1mm以下；S20：将稻壳粉与矿物材料颗粒按一定的质量比例均质混合；S30：将均质混合后的稻壳粉和矿物材料颗粒与淀粉粘结剂溶液混合，经螺杆挤压后形成颗粒物；S40：将颗粒物投入高温炉中进行高温煅烧，自然冷却处理后获得除磷填料。
Description
技术领域
本发明涉及除磷填料的制备方法及其在人工湿地中的应用。
背景技术
人工湿地对污水中含磷污染物的去除主要通过填料吸附与沉淀协同实现。填料通常具有发达的空隙与大比表面积，能够通过范德华力将含磷污染物结合吸附于填料表面而从污水中去除。同时，一些矿物填料能够向环境溶解释放钙、铁、镁、铝等金属离子，污水中的磷酸根离子通过与这些金属离子形成不溶性磷酸盐吸附结晶于填料表面而固定下来。当环境中金属离子溶出速度快、浓度大时，不能被填料吸附的磷酸盐沉淀则悬浮于水体中，随湿地出水排入环境。
人工湿地常用的除磷填料包括火山岩、陶粒、沸石、方解石、贝壳粉、铁矿渣等。其中，火山岩、陶粒和沸石主要通过表面和孔道的物理吸附固定含磷污染物，极易达到饱和而失效，还存在磷酸根重新溶出的风险。铁矿渣、方解石、贝壳粉等则通过溶出钙、镁、铁等离子与磷酸根发生沉淀反应而固定去除污水中的磷，对于方解石、贝壳粉等以碳酸钙为主要成分的填料，存在钙离子释放速度慢、体系浓度低，磷酸根吸附固定效率低等问题；铁矿渣富含各种金属氧化物，直接使用易使环境pH升高，破坏植物和微生物的生态效应，降低湿地污染去除效率、降低出水水质，还会导致填料发生板结失去功能。
由此可见，现有技术中的除磷填料在除磷效率、使用寿命及其对水环境不利影响等方面的问题，限制了人工湿地在污水处理上应用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种除磷填料的制备方法及其在人工湿地中的应用。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：
一种除磷填料的制备方法，包括以下步骤：
S10：用1％～5％盐酸溶液对稻壳进行浸泡处理1～8h，将浸泡处理后的稻壳自然干燥，将干燥后的稻壳进行粉碎处理以形成稻壳粉；将矿物材料进行粉碎处理，粉碎后的矿物材料颗粒粒径在1mm以下；
S20：将稻壳粉与矿物材料颗粒按一定的质量比例均质混合；
S30：将均质混合后的稻壳粉和矿物材料颗粒与淀粉粘结剂溶液混合，经螺杆挤压后形成颗粒物；
S40：将颗粒物投入高温炉中进行高温煅烧，自然冷却处理后获得除磷填料。
优选地，在将稻壳碎成稻壳粉后，并在将稻壳粉进行清洗处理前，使稻壳粉过10～60目筛。
优选地，稻壳粉与矿物材料颗粒的质量比为2∶1～1∶1。
优选地，淀粉粘结剂质量百分比浓度为4％～8％，淀粉粘结剂溶液的添加量为10％～30％。
优选地，利用螺杆挤出颗粒物，颗粒物的粒径为1～10mm。
优选地，所述高温炉包括马弗炉，对颗粒物的煅烧温度为600～900℃。
优选地，所述矿物材料为金属冶炼矿渣，所述金属冶炼矿渣包括铁矿渣、锰矿渣、铝矿渣、中的一种或几种。
本发明还公开了一种上述的除磷填料的制备方法在人工湿地中的应用。
与现有技术相比，本发明公开的除磷填料的制备方法的有益效果是：
1、填料吸附容量高，饱和吸附容量可达到65mg/g，为沸石、方解石等天然除磷剂的5～10倍；
2、能够使水体pH保持在7～9之间，既能够满足填料化学吸附要求，又不会造成水体pH超标；
3、填料去除效率高，在一般生活污水水质下，含磷污染物的单次去除率可达到98％以上；
4、填料的使用周期长，实验室小试表明，在填料投加量为4g/L，进水总磷浓度为100mg/L，进水量为100mL/次时，可重复使用25次以上。
本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
具体实施方式
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
本发明的实施例公开了一种除磷填料的制备方法，包括：
S10：
a、将自然风干的稻壳放入2％的稀盐酸溶液中浸泡处理，浸泡时间为1h；将处理过的稻壳捞出用水反复清洗直至清洗液pH呈中性；然后将稻壳放入鼓风干燥箱内，在60℃下干燥至恒重；将干燥后的稻壳粉碎后形成稻壳粉后过40目筛，取筛下物(稻壳粉)备用。其中：稻壳是水稻脱粒过程中分离下来的谷壳。
b、将矿物材料粉碎成粒径小于1mm的颗粒。矿物材料为金属冶炼矿渣，包括铁矿渣、铝矿渣及锰矿渣中的一种或几种。
S20：将经过上述处理后的稻壳粉和矿物材料混合，并不断搅拌进行均质化处理，稻壳粉和矿物材料的质量比为2∶1。
S30：将均质化的稻壳粉和矿物材料与玉米淀粉粘结剂溶液混合，通过螺杆挤压后形成颗粒物，将颗粒物放入鼓风干燥箱60℃干燥处理至恒重，自然冷却至室温备用；玉米淀粉粘结剂质量百分比浓度为6％，玉米淀粉粘结剂溶液的添加量为20％。
S40：将自然冷却后的混合物颗粒放入马弗炉中加热至800℃，保持1～2h后，自然冷却至室温，即得到改性的除磷填料。
经由本发明所提供的制备方法所获得除磷填料在应用于人工湿地中时具有如下优势：
1、填料吸附容量高，饱和吸附容量可达到65mg/g，为沸石、方解石等天然除磷剂的5～10倍；
2、能够使水体pH保持在7～9之间，既能够满足填料化学吸附要求，又不会造成水体pH超标；
3、填料去除效率高，在一般生活污水水质下，含磷污染物的单次去除率可达到98％以上；
4、填料的使用周期长，实验室小试表明，在填料投加量为4g/L，进水总磷浓度为100mg/L，进水量为100mL/次时，可重复使用25次以上。
基于上述所记载的内，还具有如下优势：利用富含无定形二氧化硅的稻壳对含钙矿物填料进行改性处理，通过改变填料矿物成分和调节填料比表面积，增加磷酸盐结合位点、控制钙和碱度释放速度及pH等理化性质，对除磷填料与含磷污染物反应生成的磷酸盐种类和形态进行调控，生成更为稳定的羟基磷酸钙并结晶吸附于填料表面和空隙内，从而提高人工湿地填料的除磷效率和使用寿命，降低磷酸盐沉淀堵塞填料孔隙的风险，改进人工湿地运行效果，同时有利于农林废弃物和磷的资源回收和再利用。
利用本发明的上述方法所制备出的除磷填料在人工湿地中的添加量、添加位置、停留时间及效果为：
人工湿地中除磷填料的添加量为20-200L/㎡，铺设于湿地底部高渗透填料之上或者与人工湿地通用填料混匀填充，在生活污水进水总磷含量为4-10mg/L，水力负荷为80-120L/㎡，停留时间2-4天时，出水总磷含量可降至0.3mg/L以下。
此外，尽管已经在本发明中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种除磷填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：用1％～5％盐酸溶液对稻壳进行浸泡处理1～8h，将浸泡处理后的稻壳自然干燥，将干燥后的稻壳进行粉碎处理以形成稻壳粉；将矿物材料进行粉碎处理，粉碎后的矿物材料颗粒粒径在1mm以下；
S20：将稻壳粉与矿物材料颗粒按一定的质量比例均质混合；
S30：将均质混合后的稻壳粉和矿物材料颗粒与淀粉粘结剂溶液混合，经螺杆挤压后形成颗粒物；
S40：将颗粒物投入高温炉中进行高温煅烧，自然冷却处理后获得除磷填料。
2.根据权利要求1所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，在将稻壳碎成稻壳粉后，并在将稻壳粉进行清洗处理前，使稻壳粉过10～60目筛。
3.根据权利要求1所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，稻壳粉与矿物材料颗粒的质量比为2∶1～1∶1。
4.根据权利要求1所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，淀粉粘结剂质量百分比浓度为4％～8％，淀粉粘结剂溶液的添加量为10％～30％。
5.根据权利要求1所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，利用螺杆挤出颗粒物，颗粒物的粒径为1～10mm。
6.根据权利要求1所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，所述高温炉包括马弗炉，对颗粒物的煅烧温度为600～900℃。
7.根据权利要求1所述的除磷填料的制备方法，其特征在于，所述矿物材料为金属冶炼矿渣，所述金属冶炼矿渣包括铁矿渣、锰矿渣、铝矿渣、中的一种或几种。
8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的除磷填料的制备方法在人工湿地中的应用。
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