CN111807504A

CN111807504A - 一种除磷脱氮湿地填料及其制备方法

Info

Publication number: CN111807504A
Application number: CN202010796173.4A
Authority: CN
Inventors: 吴昊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2020-10-23

Abstract

本发明公开了一种除磷脱氮湿地填料及其制备方法，涉及污水处理技术领域，所述的除磷脱氮湿地填料包括载体和包裹层，所述的包裹层紧密包裹在所述的载体上；所述的载体包括如下重量份数的原料组分之一：碎石70‑80份、卵石70‑80份、砾石70‑80份、硅石70‑80份和石灰石70‑80份；所述的包裹层包括如下重量份数的原料组分：铁粉10‑25份、水泥4‑6份、混凝土早强剂0.4‑0.6份、水3‑6份。本发明提供的除磷脱氮湿地填料对磷有高效吸附去除作用，对磷酸盐的饱和吸附率＞200mg/kg，内部孔隙率＞32％，比表面积≥1×10⁵cm²/g；化学稳定性良好，不产生二次污染；渗透率≥2×10^‑3m/s，水头损失小，不宜产生堵塞问题，有利于微生物附着和植物生长，增强对氨氮的处理效果。

Description

一种除磷脱氮湿地填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种除磷脱氮湿地填料及其制备方法。

背景技术

随着城市化的高速发展，城市水体河湖的污染成为亟待解决的环境问题。而氮磷是水体水质的主要威胁之一，如太湖和滇池的持续性水华爆发均因为总磷的超标。近年来，随着城市中治污措施的实施，虽然水系中主要水质指标特别是有机污染物有所控制，但富营养化的风险依然很大，污水厂二级处理工艺对氮磷的去除率低，无法满足城市水环境对氮、磷越来越高的管控要求。

同污水处理厂相比，人工湿地的显著特点之一就是其对有机污染物、氮、磷等均有较强的去除能力，在足够的可利用面积情况下，人工湿地尤其是潜流湿地可以做到优于传统二级处理的出水水质。人工湿地对磷的去除作用包括填料的化学沉积吸附、植物和藻类的吸收、微生物作用等，其中填料的化学吸附作用起主要作用。一般而言，含钙、铝、铁等金属成分的填料对磷的吸附能力最强，因为污水中的可溶性磷酸盐可与铝、铁、钙等金属离子、金属氧化物和氢氧化物以及黏土矿物通过配位体交换发生吸附和沉淀作用，生成难溶性磷酸盐而固定下来。

人工潜流湿地中的填料已经成为除磷的核心，但是采用天然原材料的湿地填料中的铝、铁、钙等含量少，活性低，难以持久性的发挥除磷的高效作用，相关等温吸附试验表明，普通的石灰石，对可溶性磷酸盐的最大吸附率仅为7mg/kg，远远达不到实际工程的需要。

液态加药方式的化学除磷通过向污水中添加Fe³⁺、Al³⁺金属盐类的药剂，药剂和溶解性的磷酸盐混合后，形成颗粒状难溶解性磷酸盐的沉淀，此种方式也具有除磷效果，但是药剂费用和操作成本高，且难以结合湿地的生物膜类工艺进行，造成净水效果较单一，产生污泥也较难清理。

申请号为201410784847.3的专利文献(一种新型聚合氯化铝除磷填料及其制备方法)，提出利用粉剂的聚氯化铝、水泥、水和建筑胶按照一定配比混合搅拌并压制成固态颗粒，获得填料成品。

申请号为201711133867.4的专利文献(一种人工湿地除磷多孔复合基质填料及其制备方法)提出将钢渣40～50％，碳酸钙粉体15～25％，农作物秸秆和树叶10～25％，粘结剂10～20％混合后经模具挤压成填料颗粒。

这些现有技术方案在材料的使用和材料参数的选择上不尽合理，在性能上难以满足生态净化设施的使用要求，且制作过程需要模具过程，增加了制作成本，另一方面因为是多种物质混合压制，强度和耐久性不足，而实际工程中往往需要能够连续运行10年以上寿命的材料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种除磷脱氮湿地填料，对污水中的总磷总氮具备持续的去除能力，渗透性好，制备方法简单，稳定性好，寿命长，可广泛应用于人工湿地、生态滤池、除磷池、雨水花园、生态氧化塘等水质处理设施。

具体地，提供一种除磷脱氮湿地填料，所述的除磷脱氮湿地填料包括载体和包裹层，所述的包裹层紧密包裹在所述的载体上；所述的载体包括如下重量份数的原料组分之一：碎石70-80份、卵石70-80份、砾石70-80份、硅石70-80份和石灰石70-80份；所述的包裹层包括如下重量份数的原料组分：铁粉10-25份、水泥4-6份、混凝土早强剂0.4-0.6份、水3-6份。

优选地，所述的载体包括如下重量份数的原料组分中的一种：所述的载体包括如下重量份数的原料组分：碎石75份；所述的包裹层包括如下重量份数的原料组分：铁粉10.75份、水泥5.5份、混凝土早强剂0.5份、水5.5份。

优选地，所述载体的粒径为5mm-50mm，所述铁粉的粒径≤500um。

优选地，所述载体中以重量含量计的含泥量≤1.0％。

优选地，所述载体中以重量含量计的针片状颗粒含量≤15％。

优选地，所述水泥为市售优质425标号或425标号以上的硅酸盐水泥。

上述的除磷脱氮湿地填料的制备方法，步骤如下：S1.在载体的原料组分中加入铁粉，搅拌3min至混合均匀；S2.在步骤S1中的产物中加入水泥和混凝土早强剂，搅拌3min至混合均匀；S3.在步骤S2中的产物中加入水，搅拌2min至混合均匀；S4.将步骤S3中的产物进行放置，凝固10-20天，制得除磷脱氮湿地填料。

步骤S1-3中所述的搅拌均匀为放置于搅拌机中搅拌。

所述的除磷脱氮湿地填料的内部孔隙率＞32％，渗透率≥2×10^-3m/s，比表面积≥1×105cm²/g。

所述的除磷脱氮湿地填料的PH值为6.5-9.5。

本发明提供的除磷脱氮湿地填料的核心优势在于利用项目工程当地常见的天然卵石、碎石等性状稳定石头作为载体，利用铁粉、水泥、混凝土早强剂、水作为包裹层的结构。可以节约大量原材料成本，并可以减少加工难度和运输成本。

本发明提供的除磷脱氮湿地填料的PH值在6.5-9.5之间，净化效果良好，当填料与污水接触时，填料中的铁、钙与污水中的磷反应生成不溶性的磷酸铁，从而除磷；另外由于包裹结构成微小的多孔状，极易于各类微生物生长，形成活性挂膜，对氨氮和总氮去除起到促进作用。本实施例制备的除磷脱氮湿地填料料污染物去除率分别为：TP去除率为78-99％，TSS去除率为65-90％，氨氮去除率40-80％，对污染物去除效果较好，具备优良的净化能力。

本发明提供的除磷脱氮湿地填料的各项指标均可满足人工湿地或者滤池设施对填料的要求，满足相关人工湿地技术规范的要求。在实际的垂直潜流人工湿地应用中，地表五类标准进水能够提升到III类标准。

本发明提供的除磷脱氮湿地填料由于包裹层形成微孔结构，内部孔隙率＞32％，渗透率≥2×10^-3m/s，比表面积≥1×10⁵cm²/g，能够为植物根系提供充足的氧气，有利于湿地内部生物膜生长，可以满足植物生长需求。

本发明提供的除磷脱氮湿地填料的原料组分中占据大部分的载体均为工程项目当地容易找到的石头材料，能够有效降建设成本和维护成本。

本发明提供的除磷脱氮湿地填料不仅在静态吸附中对磷有较好的处理效果，在水力负荷较高的情况下对磷依然能表现出一定的吸附能力，特别适用于对于微污染的河湖水的水处理(总磷浓度一般小于1mg/L)，也适用于海绵城市中生态滞留池、雨水花园、生态塘等设施。

本发明的有益效果体现在：

(1)本发明提供的除磷脱氮湿地填料机械强度高，可以经受污水的长期冲刷。

(2)本发明提供的除磷脱氮湿地填料对磷有高效吸附去除作用，对磷酸盐的饱和吸附率＞200mg/kg。

(3)内部孔隙率＞32％，比表面积≥1×10⁵cm²/g。

(4)化学稳定性良好，不产生二次污染。

(5)渗透率≥2×10^-3m/s，水头损失小，不宜产生堵塞问题。

(6)有利于微生物附着和植物生长，增强对氨氮的处理效果。

(7)原料组分常见，制备方法简单方便，生产成本低。

(8)免烧结，就地取材，低碳环保。

具体实施方式

下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

一种除磷脱氮湿地填料，所述的除磷脱氮湿地填料包括载体和包裹层，所述的包裹层紧密包裹在所述的载体上；所述的载体包括如下原料组分：碎石1500kg；所述的包裹层包括如下原料组分：铁粉215kg、硅酸盐水泥110kg、混凝土早强剂10kg、水110kg。

上述的除磷脱氮湿地填料的制备方法，步骤如下：

S1.在载体的原料组分中加入铁粉，搅拌3min至混合均匀；

S2.在步骤S1中的产物中加入水泥和混凝土早强剂，搅拌3min至混合均匀；

S3.在步骤S2中的产物中加入水，搅拌2min至混合均匀。

S4.将步骤S3中的产物进行放置，凝固15天，制得除磷脱氮湿地填料。

步骤S1-3中所述的搅拌均匀为放置于搅拌机中搅拌。

试验例1

德国2002年建成的垂直潜流人工湿地的填料床

采用实施例1制得的除磷脱氮湿地填料和普通碎石以重量份数1:1的比例混合后，用于垂直潜流人工湿地的填料床，填料床为70cm厚。

工程实施后第一年数据：进水总磷浓度为0.45mg/l，湿地水力负荷约0.8m³/m²d-1，湿地连续运行10小时后，对磷的去除率为85.5％，出水总磷平均浓度为0.065mg/l，湿地连续运行6日后，对磷的去除率为92.4％，对氨氮去除率为66.2％。

工程实施15年后仍然发挥作用，对磷的去除率大于50％。

试验例2

中国2019年建成的人工湿地

将实施例1制得的除磷脱氮湿地填料应用于人工湿地的填料床，总面积约8000平方米，设计处理水量8000m³/d，填料床深度为150cm厚，进水总磷浓度为0.83mg/l，湿地水力负荷约1m³/m²d-1，湿地连续运行24小时后，对磷的去除率为82.5％，出水总磷平均浓度为0.145mg/l，湿地连续运行10日后，对磷的去除率为94.0％，对有机物去除率为55.2％，对氨氮去除率为68.4％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种除磷脱氮湿地填料，其特征在于：所述的除磷脱氮湿地填料包括载体和包裹层，所述的包裹层紧密包裹在所述的载体上；所述的载体包括如下重量份数的原料组分之一：碎石70-80份、卵石70-80份、砾石70-80份、硅石70-80份和石灰石70-80份；所述的包裹层包括如下重量份数的原料组分：铁粉10-25份、水泥4-6份、混凝土早强剂0.4-0.6份、水3-6份。

2.根据权利要求1所述的除磷脱氮湿地填料，其特征在于：所述的载体包括如下重量份数的原料组分：碎石75份；所述的包裹层包括如下重量份数的原料组分：铁粉10.75份、水泥5.5份、混凝土早强剂0.5份、水5.5份。

3.根据权利要求1所述的除磷脱氮湿地填料，其特征在于：所述载体的粒径为5mm-50mm，所述铁粉的粒径≤500um。

4.根据权利要求1所述的除磷脱氮湿地填料，其特征在于：所述载体中以重量含量计的含泥量≤1.0％。

5.根据权利要求1所述的除磷脱氮湿地填料，其特征在于：所述载体中以重量含量计的针片状颗粒含量≤15％。

6.根据权利要求1所述的除磷脱氮湿地填料，其特征在于：所述水泥为市售优质425标号或425标号以上的硅酸盐水泥。

7.权利要求1-6任意一项所述的除磷脱氮湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法，步骤如下：S1.在载体的原料组分中加入铁粉，搅拌3min至混合均匀；S2.在步骤S1中的产物中加入水泥和混凝土早强剂，搅拌3min至混合均匀；S3.在步骤S2中的产物中加入水，搅拌2min至混合均匀；S4.将步骤S3中的产物进行放置，凝固10-20天，制得除磷脱氮湿地填料。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤S1、S2和S3中所述的搅拌均匀为放置于搅拌机中搅拌3min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的除磷脱氮湿地填料的内部孔隙率＞32％，渗透率≥2×10^-3m/s，比表面积≥1×105cm²/g。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的除磷脱氮湿地填料的PH值为6.5-9.5。