CN112573939A - 一种用于人工湿地的多孔复合基质及其制备方法 - Google Patents

一种用于人工湿地的多孔复合基质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于人工湿地的多孔复合基质，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣25‑30％、沸石10‑15％、蜂巢石10‑15％、高钙粉煤灰15‑20％、粘结剂10‑15％、造孔剂10％‑15％；前述用于人工湿地的多孔复合基质的方法：S1、将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理制成锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末；S2、锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌；S3、混合砂浆注入到模具中，干燥、脱模后形成初胚；S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质；本发明具有孔隙率高、质量轻、过滤效果好、不易堵塞的优点。

Description

一种用于人工湿地的多孔复合基质及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于人工湿地的多孔复合基质及其制备方法。
背景技术
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
在构件人工湿地时，需要在处理池内按着过滤要求分层铺设过滤层，其中多孔复合基质，在对水体进行过滤的同时还需要具有良好的承重能力，而目前的人工制造的多孔基质孔隙率第，对污水过滤层效果不好，并且在使用的过程中容易堵塞。另一方面，我国矿产丰富，在进行矿物加工过程中产生大量的废渣，尤其是锰硅合金渣是生产锰硅合金产生的必然产物，对锰硅合金渣的传统处理方式是直接丢弃，久而久之对生态环境产生严重的破坏，为了解决锰硅合金废渣的利用问题，目前越来越关注锰硅合金渣的回收利用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种孔隙率高、质量轻、过滤效果好、不易堵塞的用于人工湿地的多孔复合基质及其制备方法。
本发明的技术方案根据下：
一种用于人工湿地的多孔复合基质，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣25-30％、沸石10-15％、蜂巢石10-15％、高钙粉煤灰15-20％、粘结剂10-15％、造孔剂10％-15％。
优选的，所述粘结剂为精细聚苯乙烯。
优选的，所述造孔剂为秸秆粉末。
一种制备用于人工湿地的多孔复合基质的方法，包括以下工艺步骤：
S1、锰硅合金渣的处理，将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理、再分别经过破碎处理分别得到锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末，将制得的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末按5∶2的质量比配好备用；
S2、将步骤S1制备好的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌至浆料均匀的混合砂浆；
S3、将步骤S2制得的混合砂浆注入到模具中，在110-135℃下干燥45-60min，脱模后形成初胚；
S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质。
进一步，所述步骤S1中锰硅合金渣颗粒的具体工艺过程如下：
S11、将熔融状态的锰硅合金渣在输送过程中采用逆向水冲洗的方式进行水淬处理，然后在100-110℃的温度下烘干得到水淬锰硅合金渣；
S12、将步骤S11制得的水淬锰硅合金渣破碎后经过二级过滤，收集二级过滤时的筛上颗粒，即得锰硅合金渣颗粒。
进一步，所述锰硅合金渣颗粒的粒径直径为5-15mm。
进一步，所述步骤S1中锰硅合金渣粉末的具体工艺过程如下：
S21、将熔融状态的锰硅合金渣浇筑到保温模具中，盖上具有保温结构的模具盖后，静置6-16h后脱模，得到锰硅合金渣浇筑块；
S22、将步骤S21制得的锰硅合金渣浇筑块经过三级破碎得到粉碎料；
S23、将步骤S22制得的粉碎料进行三级筛分，制得的最终筛下细集料，即为锰硅合金渣粉末。
进一步，所述保温模具包括铸铁内层、钢板外层、中间保温层，所述铸铁内层与钢板外层焊接为呈槽状结构的槽体，所述中间保温层填充在铸铁内层与钢板外层之间，所述模具盖包括中空的不锈钢壳体，所述不锈钢壳体内填充有内保温层。
进一步，所述中间保温层及内保温层为矿棉或陶瓷纤维或玻璃棉中的任一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以锰硅合金渣作为制作用于人工湿地的多孔复合基质的主要骨料，其中锰硅合金渣包括经过水淬处理的锰硅合金渣颗粒和经过恒温冷却处理的锰硅合金渣粉末，水淬处理后的锰硅合金渣为多孔轻质骨料，对污水具有良好的过滤效果，经过恒温冷却处理的锰硅合金渣粉末表面具有良好的粗糙度，作为制作多孔复合基质的填料时，具有良好的粘合性，在加水混合搅拌时能够一定程度上提高各原料之间的粘合性；本发明提供的多孔复合基质在依靠造孔剂实现整体开孔率的前提下，利用水淬处理的锰硅合金渣多孔轻质的特性，显著提高多孔复合基质的开孔率，作为人工湿地的一部分，一方面避免多孔基质堵塞，一方面能够对污水就行良好的过滤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于人工湿地的多孔复合基质，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣25％、沸石15％、蜂巢石15％、高钙粉煤灰20％、粘结剂10％、造孔剂15％。
本实施例中，所述粘结剂为精细聚苯乙烯；所述造孔剂为秸秆粉末。
一种制备用于人工湿地的多孔复合基质的方法，包括以下工艺步骤：
S1、锰硅合金渣的处理，将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理、再分别经过破碎处理分别得到锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末，将制得的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末按5∶2的质量比配好备用；
S2、将步骤S1制备好的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌至浆料均匀的混合砂浆；
S3、将步骤S2制得的混合砂浆注入到模具中，在110-120℃下干燥45min，脱模后形成初胚；
S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质。
进一步，所述步骤S1中锰硅合金渣颗粒的具体工艺过程如下：
S11、将熔融状态的锰硅合金渣在输送过程中采用逆向水冲洗的方式进行水淬处理，然后在100-110℃的温度下烘干得到水淬锰硅合金渣；
S12、将步骤S11制得的水淬锰硅合金渣破碎后经过二级过滤，收集二级过滤时的筛上颗粒，即得锰硅合金渣颗粒。
本实施例中，所述锰硅合金渣颗粒的粒径直径为5-15mm。
本实施例中，所述步骤S1中锰硅合金渣粉末的具体工艺过程如下：
S21、将熔融状态的锰硅合金渣浇筑到保温模具中，盖上具有保温结构的模具盖后，静置6-16h后脱模，得到锰硅合金渣浇筑块；
S22、将步骤S21制得的锰硅合金渣浇筑块经过三级破碎得到粉碎料；
S23、将步骤S22制得的粉碎料进行三级筛分，制得的最终筛下细集料，即为锰硅合金渣粉末。
本实施例中，所述保温模具包括铸铁内层、钢板外层、中间保温层，所述铸铁内层与钢板外层焊接为呈槽状结构的槽体，所述中间保温层填充在铸铁内层与钢板外层之间，所述模具盖包括中空的不锈钢壳体，所述不锈钢壳体内填充有内保温层。
本实施制得的多孔复合基质的孔隙率为42％。
实施例2-5为本发明技术方案的其它实施方式，实施例2-5与实施例1的不同之处在于各原料的百分含量以及制作多孔复合基质是注摸干燥温度和干燥时间不同。
实施例2
一种用于人工湿地的多孔复合基质，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣30％、沸石10％、蜂巢石15％、高钙粉煤灰15％、粘结剂15％、造孔剂15％。
本实施例中，所述粘结剂为精细聚苯乙烯；所述造孔剂为秸秆粉末。
一种制备用于人工湿地的多孔复合基质的方法，包括以下工艺步骤：
S1、锰硅合金渣的处理，将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理、再分别经过破碎处理分别得到锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末，将制得的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末按5∶2的质量比配好备用；
S2、将步骤S1制备好的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌至浆料均匀的混合砂浆；
S3、将步骤S2制得的混合砂浆注入到模具中，在115-125℃下干燥60min，脱模后形成初胚；
S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质。
本实施制得的多孔复合基质的孔隙率为45％。
实施例3
一种用于人工湿地的多孔复合基质，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣30％、沸石15％、蜂巢石10％、高钙粉煤灰20％、粘结剂15％、造孔剂10％。
本实施例中，所述粘结剂为精细聚苯乙烯；所述造孔剂为秸秆粉末。
一种制备用于人工湿地的多孔复合基质的方法，包括以下工艺步骤：
S1、锰硅合金渣的处理，将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理、再分别经过破碎处理分别得到锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末，将制得的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末按5∶2的质量比配好备用；
S2、将步骤S1制备好的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌至浆料均匀的混合砂浆；
S3、将步骤S2制得的混合砂浆注入到模具中，在115-120℃下干燥50min，脱模后形成初胚；
S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质。
本实施制得的多孔复合基质的孔隙率为45％。
实施例4
一种用于人工湿地的多孔复合基质，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣27％、沸石14％、蜂巢石13％、高钙粉煤灰18％、粘结剂14％、造孔剂14％。
本实施例中，所述粘结剂为精细聚苯乙烯；所述造孔剂为秸秆粉末。
一种制备用于人工湿地的多孔复合基质的方法，包括以下工艺步骤：
S1、锰硅合金渣的处理，将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理、再分别经过破碎处理分别得到锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末，将制得的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末按5∶2的质量比配好备用；
S2、将步骤S1制备好的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌至浆料均匀的混合砂浆；
S3、将步骤S2制得的混合砂浆注入到模具中，在120-130℃下干燥55min，脱模后形成初胚；
S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质。
本实施制得的多孔复合基质的孔隙率为38％。
实施例5
一种用于人工湿地的多孔复合基质，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣28％、沸石13％、蜂巢石14％、高钙粉煤灰19％、粘结剂13％、造孔剂13％。
本实施例中，所述粘结剂为精细聚苯乙烯；所述造孔剂为秸秆粉末。
一种制备用于人工湿地的多孔复合基质的方法，包括以下工艺步骤：
S1、锰硅合金渣的处理，将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理、再分别经过破碎处理分别得到锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末，将制得的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末按5∶2的质量比配好备用；
S2、将步骤S1制备好的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌至浆料均匀的混合砂浆；
S3、将步骤S2制得的混合砂浆注入到模具中，在125-135℃下干燥45min，脱模后形成初胚；
S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质。
本实施制得的多孔复合基质的孔隙率为39％。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于人工湿地的多孔复合基质，其特征在于，所述多孔复合基质为主要由以下质量百分含量的原料制备而成的基质颗粒：锰硅合金渣25-30％、沸石10-15％、蜂巢石10-15％、高钙粉煤灰15-20％、粘结剂10-15％、造孔剂10％-15％。
2.根据权利要求1所述的用于人工湿地的多孔复合基质，其特征在于：所述粘结剂为精细聚苯乙烯。
3.根据权利要求1所述的用于人工湿地的多孔复合基质，其特征在于：所述造孔剂为秸秆粉末。
4.一种制备权利要求1所述的用于人工湿地的多孔复合基质的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：
S1、锰硅合金渣的处理，将熔融状态的锰硅合金渣分别经过水淬处理和恒温冷却处理、再分别经过破碎处理分别得到锰硅合金渣颗粒及锰硅合金渣粉末，将制得的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末按5∶2的质量比配好备用；
S2、将步骤S1制备好的锰硅合金渣颗粒与锰硅合金渣粉末、沸石、蜂巢石、高钙粉煤灰、粘结剂、造孔剂放入搅拌设备中进行搅拌均匀后加入水继续搅拌至浆料均匀的混合砂浆；
S3、将步骤S2制得的混合砂浆注入到模具中，在110-135℃下干燥45-60min，脱模后形成初胚；
S4、将步骤S3制得的初胚经烧结、冷却后得到最终的多孔复合基质。
5.根据权利要求4所述的用于人工湿地的多孔复合基质的其制备方法，其特征在于，所述步骤S1中锰硅合金渣颗粒的具体工艺过程如下：
S11、将熔融状态的锰硅合金渣在输送过程中采用逆向水冲洗的方式进行水淬处理，然后在100-110℃的温度下烘干得到水淬锰硅合金渣；
S12、将步骤S11制得的水淬锰硅合金渣破碎后经过二级过滤，收集二级过滤时的筛上颗粒，即得锰硅合金渣颗粒。
6.根据权利要求5所述的用于人工湿地的多孔复合基质的其制备方法，其特征在于：所述锰硅合金渣颗粒的粒径直径为5-15mm。
7.根据权利要求4所述的用于人工湿地的多孔复合基质的其制备方法，其特征在于，所述步骤S1中锰硅合金渣粉末的具体工艺过程如下：
S21、将熔融状态的锰硅合金渣浇筑到保温模具中，盖上具有保温结构的模具盖后，静置6-16h后脱模，得到锰硅合金渣浇筑块；
S22、将步骤S21制得的锰硅合金渣浇筑块经过三级破碎得到粉碎料；
S23、将步骤S22制得的粉碎料进行三级筛分，制得的最终筛下细集料，即为锰硅合金渣粉末。
8.根据权利要求7所述的用于人工湿地的多孔复合基质的其制备方法，其特征在于：所述保温模具包括铸铁内层、钢板外层、中间保温层，所述铸铁内层与钢板外层焊接为呈槽状结构的槽体，所述中间保温层填充在铸铁内层与钢板外层之间，所述模具盖包括中空的不锈钢壳体，所述不锈钢壳体内填充有内保温层。
9.根据权利要求8所述的用于人工湿地的多孔复合基质的其制备方法，其特征在于：所述中间保温层及内保温层为矿棉或陶瓷纤维或玻璃棉中的任一种。
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