CN115196745A - 一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，包括以下操作步骤：将8‑22份矿渣、8‑22份煤渣、8‑22份高炉渣、8‑22份高领土和220‑280份水相互混合，放入搅拌装置中搅拌1‑2h，焙烧完成后，冷却至室温得到混合料。本发明采用矿渣、煤渣、高炉渣、高领土为原料，原料来源广泛，加工人低廉，制造成本低，通过金属钠离子和金属钙离子对原料多次进行改性，制成的人工湿地改性填料表面粗糙、表面积大，通过磷在人工湿地改性填料表面附着吸附、离子交换或表面沉淀过程，达到除磷的效果，金属钠离子和金属钙离子便于提高人工湿地改性填料对磷的吸附效果和使用时间，吸附效率高，除磷效果好。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法。
背景技术
人工湿地是一种新型的生态污水处理技术，由填料构建成的填料床、床表面种植的植物和污水共同构成一个污水处理系统。在人工湿地生态处理系统中，填料、植物和微生物三者相互联系形成了一个协同作用的体系。通过填料对废水的过滤、对污染物的吸附和离子交换作用、植物根区的吸收、吸附以及微生物的代谢等，实现对废水的净化。
随着人类活动的不断增强，水体的氮磷污染日益严重，同时国家环保政策要求对出水TP的标准越来越严格，以防超高的氮磷污水导致水体富营养化。因此有效降低排放废水中磷的含量是成为防治水体富营养化的重要途径。目前，除磷的主要方法有化学沉淀法、生物法、生态法、吸附法等。化学沉淀法和生物法是目前较为广泛应用的除磷方法，但化学法存在费用高，易产生二次污染的问题；生物法则运行操作条件较为严格，效果不稳定，出水容易出现不达标的问题；生态法是利用土地和湿地来去除废水中的磷，实际上是利用植物吸收降解磷，该法目前实例不多，而且处理效果和工艺设计都有待进一步探讨。吸附法除磷法是利用吸附剂提供的大比表面积，通过磷在吸附剂表面附着吸附、离子交换或表面沉淀过程，达到除磷的效果，而且吸附法具有容量大、耗能少、污染小、去除快、可循环等优点，同时通过解吸还可以达到充分利用吸附剂以及回收磷资源的目的。因此使用吸附法除磷特别重要，而吸附剂的制备和选择也很关键。
而目前市场上的除磷填料存在吸附效率不高，成本高，吸附容易饱和需经常更换除磷填料，而且由于原材料成分的不稳定，影响除磷填料的吸附性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将8-22份矿渣、8-22份煤渣、8-22份高炉渣、8-22份高领土和220-280份水相互混合，放入搅拌装置中搅拌1-2h，取出后放入280-550℃的烘烧装置中焙烧1-2h，焙烧完成后，冷却至室温得到混合料；
S2.将相同份量的氢氧化钠溶液和钙离子溶液相互混合，放入搅拌箱中搅拌1-2h，制得混合溶液；
S3.将混合料粉碎成原料颗粒，将原料颗粒与混合溶液按1:8-20的重量比混合，放入50-80℃的密闭水浴容器中加热搅拌3-6h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到改性原料；
S4.将改性原料放入280-550℃烘箱中加热干燥1-2h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S5.人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒，将人工湿地改性填料颗粒与混合溶液按1:8-20的重量比混合，放入50-80℃的密闭水浴容器中加热搅拌3-6h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到人工湿地改性填料；
S6.将人工湿地改性填料放入280-550℃烘箱中加热干燥1-2h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S7.向步骤S6得到的人工湿地改性填料中喷洒混合溶液，随后风干，改性填料与混合溶液的重量比为8:0.5-1；
S8.将步骤S7得到人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒。
作为本发明的一种优选技术方案，所述混合料由矿渣、煤渣、高炉渣、高领土中的一种或多种相互混合。
作为本发明的一种优选技术方案，所述混合溶液由相同质量的2-5mol/L的氢氧化钠溶液和2-5mol/L的钙离子溶液混合而成，所述氢氧化钠溶液和钙离子溶液的溶液浓度相同。
作为本发明的一种优选技术方案，所述钙离子溶液为氯化钙溶液。
作为本发明的一种优选技术方案，所述搅拌装置中的搅拌叶片每分钟对矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水的混合原料搅拌6-12h，所述搅拌箱中的搅拌叶片每分钟对混合溶液搅拌8-22h，所述密闭水浴容器中的搅拌轴每分钟对密闭水浴容器的溶液搅拌6-12h。
作为本发明的一种优选技术方案，所述原料颗粒的粒径为2-5cm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述人工湿地改性填料颗粒的粒径为2-5mm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述密闭水浴容器采用不锈钢材料制成，所述密闭水浴容器的内部设有碳纤维薄膜，且所述密闭水浴容器中的搅拌轴外侧设有碳纤维薄膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用矿渣、煤渣、高炉渣、高领土为原料，原料来源广泛，加工人低廉，制造成本低；
2、通过金属钠离子和金属钙离子对原料多次进行改性，制成的人工湿地改性填料表面粗糙、表面积大，通过磷在人工湿地改性填料表面附着吸附、离子交换或表面沉淀过程，达到除磷的效果，金属钠离子和金属钙离子便于提高人工湿地改性填料对磷的吸附效果和使用时间，吸附效率高，除磷效果好。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将8份矿渣、8份煤渣、8份高炉渣、8份高领土和220份水相互混合，放入搅拌装置中搅拌1h，取出后放入280℃的烘烧装置中焙烧1h，焙烧完成后，冷却至室温得到混合料；
S2.将相同份量的氢氧化钠溶液和钙离子溶液相互混合，放入搅拌箱中搅拌1h，制得混合溶液；
S3.将混合料粉碎成原料颗粒，将原料颗粒与混合溶液按1:8的重量比混合，放入50℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到改性原料；
S4.将改性原料放入280℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S5.人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒，将人工湿地改性填料颗粒与混合溶液按1:8的重量比混合，放入50℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到人工湿地改性填料；
S6.将人工湿地改性填料放入280℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S7.向步骤S6得到的人工湿地改性填料中喷洒混合溶液，随后风干，改性填料与混合溶液的重量比为8:0.5；
S8.将步骤S7得到人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒。
本实施例中，优选的，所述混合料由矿渣、煤渣、高炉渣、高领土中的一种或多种相互混合。
本实施例中，优选的，所述混合溶液由相同质量的2mol/L的氢氧化钠溶液和2mol/L的钙离子溶液混合而成，所述氢氧化钠溶液和钙离子溶液的溶液浓度相同。
本实施例中，优选的，所述钙离子溶液为氯化钙溶液。
本实施例中，优选的，所述搅拌装置中的搅拌叶片每分钟对矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水的混合原料搅拌6h，所述搅拌箱中的搅拌叶片每分钟对混合溶液搅拌8h，所述密闭水浴容器中的搅拌轴每分钟对密闭水浴容器的溶液搅拌6h。
本实施例中，优选的，所述原料颗粒的粒径为2cm。
本实施例中，优选的，所述人工湿地改性填料颗粒的粒径为2mm。
本实施例中，优选的，所述密闭水浴容器采用不锈钢材料制成，所述密闭水浴容器的内部设有碳纤维薄膜，且所述密闭水浴容器中的搅拌轴外侧设有碳纤维薄膜。
实施例2
一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将8份矿渣、8份煤渣、8份高炉渣、8份高领土和220份水相互混合，放入搅拌装置中搅拌1h，取出后放入400℃的烘烧装置中焙烧1h，焙烧完成后，冷却至室温得到混合料；
S2.将相同份量的氢氧化钠溶液和钙离子溶液相互混合，放入搅拌箱中搅拌1h，制得混合溶液；
S3.将混合料粉碎成原料颗粒，将原料颗粒与混合溶液按1:22的重量比混合，放入60℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到改性原料；
S4.将改性原料放入400℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S5.人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒，将人工湿地改性填料颗粒与混合溶液按1:22的重量比混合，放入60℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到人工湿地改性填料；
S6.将人工湿地改性填料放入400℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S7.向步骤S6得到的人工湿地改性填料中喷洒混合溶液，随后风干，改性填料与混合溶液的重量比为8:1；
S8.将步骤S7得到人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒。
本实施例中，优选的，所述混合料由矿渣、煤渣、高炉渣、高领土中的一种或多种相互混合。
本实施例中，优选的，所述混合溶液由相同质量的3mol/L的氢氧化钠溶液和2-5mol/L的钙离子溶液混合而成，所述氢氧化钠溶液和钙离子溶液的溶液浓度相同。
本实施例中，优选的，所述钙离子溶液为氯化钙溶液。
本实施例中，优选的，所述搅拌装置中的搅拌叶片每分钟对矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水的混合原料搅拌12h，所述搅拌箱中的搅拌叶片每分钟对混合溶液搅拌22h，所述密闭水浴容器中的搅拌轴每分钟对密闭水浴容器的溶液搅拌12h。
本实施例中，优选的，所述原料颗粒的粒径为3cm。
本实施例中，优选的，所述人工湿地改性填料颗粒的粒径为4mm。
本实施例中，优选的，所述密闭水浴容器采用不锈钢材料制成，所述密闭水浴容器的内部设有碳纤维薄膜，且所述密闭水浴容器中的搅拌轴外侧设有碳纤维薄膜。
实施例3
一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将22份矿渣、22份煤渣、22份高炉渣、22份高领土和280份水相互混合，放入搅拌装置中搅拌1h，取出后放入400℃的烘烧装置中焙烧1h，焙烧完成后，冷却至室温得到混合料；
S2.将相同份量的氢氧化钠溶液和钙离子溶液相互混合，放入搅拌箱中搅拌1h，制得混合溶液；
S3.将混合料粉碎成原料颗粒，将原料颗粒与混合溶液按1:22的重量比混合，放入60℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到改性原料；
S4.将改性原料放入400℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S5.人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒，将人工湿地改性填料颗粒与混合溶液按1:22的重量比混合，放入60℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到人工湿地改性填料；
S6.将人工湿地改性填料放入400℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S7.向步骤S6得到的人工湿地改性填料中喷洒混合溶液，随后风干，改性填料与混合溶液的重量比为8:1；
S8.将步骤S7得到人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒。
本实施例中，优选的，所述混合料由矿渣、煤渣、高炉渣、高领土中的一种或多种相互混合，材料来源广泛，价格低，制造成本低。
本实施例中，优选的，所述混合溶液由相同质量的4mol/L的氢氧化钠溶液和4mol/L的钙离子溶液混合而成，所述氢氧化钠溶液和钙离子溶液的溶液浓度相同，金属钠离子、钙离子便于提高填料颗粒吸附污水中的磷污染物，吸附效果好。
本实施例中，优选的，所述钙离子溶液为氯化钙溶液，便于提高填料颗粒吸附水中的磷，除磷效果好。
本实施例中，优选的，所述搅拌装置中的搅拌叶片每分钟对矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水的混合原料搅拌8次，所述搅拌箱中的搅拌叶片每分钟对混合溶液搅拌22次，所述密闭水浴容器中的搅拌轴每分钟对密闭水浴容器的溶液搅拌8次，便于将矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水混合均匀，便于将氢氧化钠溶液和氯化钙溶液搅拌混合均匀，便于混合料和混合溶液混合均匀。
本实施例中，优选的，所述原料颗粒的粒径为4cm。
本实施例中，优选的，所述人工湿地改性填料颗粒的粒径为4mm。
本实施例中，优选的，所述密闭水浴容器采用不锈钢材料制成，所述密闭水浴容器的内部设有碳纤维薄膜，且所述密闭水浴容器中的搅拌轴外侧设有碳纤维薄膜。
实施例4
S1.将22份矿渣、22份煤渣、22份高炉渣、22份高领土和280份水相互混合，放入搅拌装置中搅拌1h，取出后放入400℃的烘烧装置中焙烧1h，焙烧完成后，冷却至室温得到混合料；
S2.将相同份量的氢氧化钠溶液和钙离子溶液相互混合，放入搅拌箱中搅拌1h，制得混合溶液；
S3.将混合料粉碎成原料颗粒，将原料颗粒与混合溶液按1:22的重量比混合，放入60℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到改性原料；
S4.将改性原料放入400℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S5.人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒，将人工湿地改性填料颗粒与混合溶液按1:22的重量比混合，放入60℃的密闭水浴容器中加热搅拌3h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到人工湿地改性填料；
S6.将人工湿地改性填料放入400℃烘箱中加热干燥1h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S7.向步骤S6得到的人工湿地改性填料中喷洒混合溶液，随后风干，改性填料与混合溶液的重量比为8:1；
S8.将步骤S7得到人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒。
本实施例中，优选的，所述混合料由矿渣、煤渣、高炉渣、高领土中的一种或多种相互混合，材料来源广泛，价格低，制造成本低。
本实施例中，优选的，所述混合溶液由相同质量的5mol/L的氢氧化钠溶液和2-5mol/L的钙离子溶液混合而成，所述氢氧化钠溶液和钙离子溶液的溶液浓度相同，金属钠离子、钙离子便于提高填料颗粒吸附污水中的磷污染物，吸附效果好。
本实施例中，优选的，所述钙离子溶液为氯化钙溶液，便于提高填料颗粒吸附水中的磷，除磷效果好。
本实施例中，优选的，所述搅拌装置中的搅拌叶片每分钟对矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水的混合原料搅拌8次，所述搅拌箱中的搅拌叶片每分钟对混合溶液搅拌22次，所述密闭水浴容器中的搅拌轴每分钟对密闭水浴容器的溶液搅拌8次，便于将矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水混合均匀，便于将氢氧化钠溶液和氯化钙溶液搅拌混合均匀，便于混合料和混合溶液混合均匀。
本实施例中，优选的，所述原料颗粒的粒径为5cm，便于原料颗粒与混合溶液混合均匀。
本实施例中，优选的，所述人工湿地改性填料颗粒的粒径为5mm，5mm的人工湿地改性填料颗粒便于吸附水中的磷，除磷效果好。
本实施例中，优选的，所述密闭水浴容器采用不锈钢材料制成，所述密闭水浴容器的内部设有碳纤维薄膜，且所述密闭水浴容器中的搅拌轴外侧设有碳纤维薄膜，防止混合溶液对密闭水浴容器造成损坏。
本发明采用矿渣、煤渣、高炉渣、高领土为原料，原料来源广泛，加工人低廉，制造成本低，通过金属钠离子和金属钙离子对原料多次进行改性，制成的人工湿地改性填料表面粗糙、表面积大，通过磷在人工湿地改性填料表面附着吸附、离子交换或表面沉淀过程，达到除磷的效果，金属钠离子和金属钙离子便于提高人工湿地改性填料对磷的吸附效果和使用时间，吸附效率高，除磷效果好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1.将8-22份矿渣、8-22份煤渣、8-22份高炉渣、8-22份高领土和220-280份水相互混合，放入搅拌装置中搅拌1-2h，取出后放入280-550℃的烘烧装置中焙烧1-2h，焙烧完成后，冷却至室温得到混合料；
S2.将相同份量的氢氧化钠溶液和钙离子溶液相互混合，放入搅拌箱中搅拌1-2h，制得混合溶液；
S3.将混合料粉碎成原料颗粒，将原料颗粒与混合溶液按1:8-20的重量比混合，放入50-80℃的密闭水浴容器中加热搅拌3-6h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到改性原料；
S4.将改性原料放入280-550℃烘箱中加热干燥1-2h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S5.人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒，将人工湿地改性填料颗粒与混合溶液按1:8-20的重量比混合，放入50-80℃的密闭水浴容器中加热搅拌3-6h，水浴加热搅拌完成后经离心分离，得到人工湿地改性填料；
S6.将人工湿地改性填料放入280-550℃烘箱中加热干燥1-2h，烘烧完成后，从烘箱中取出，冷却至室温，制得人工湿地改性填料；
S7.向步骤S6得到的人工湿地改性填料中喷洒混合溶液，随后风干，改性填料与混合溶液的重量比为8:0.5-1；
S8.将步骤S7得到人工湿地改性填料粉碎成人工湿地改性填料颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于：所述混合料由矿渣、煤渣、高炉渣、高领土中的一种或多种相互混合。
3.根据权利要求1所述的一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于：所述混合溶液由相同质量的2-5mol/L的氢氧化钠溶液和2-5mol/L的钙离子溶液混合而成，所述氢氧化钠溶液和钙离子溶液的溶液浓度相同。
4.根据权利要求3所述的一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于：所述钙离子溶液为氯化钙溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于：所述搅拌装置中的搅拌叶片每分钟对矿渣、煤渣、高炉渣、高领土、水的混合原料搅拌6-12h，所述搅拌箱中的搅拌叶片每分钟对混合溶液搅拌8-22h，所述密闭水浴容器中的搅拌轴每分钟对密闭水浴容器的溶液搅拌6-12h。
6.根据权利要求1所述的一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于：所述原料颗粒的粒径为2-5cm。
7.根据权利要求1所述的一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于：所述人工湿地改性填料颗粒的粒径为2-5mm。
8.根据权利要求1所述的一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法，其特征在于：所述密闭水浴容器采用不锈钢材料制成，所述密闭水浴容器的内部设有碳纤维薄膜，且所述密闭水浴容器中的搅拌轴外侧设有碳纤维薄膜。
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| CN116409880A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-07-11 | 商洛学院 | 一种利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115806348A (zh) * | 2021-09-14 | 2023-03-17 | 西南湿地有限公司 | 一种高效除磷人工湿地改性填料的制备方法 |
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- 2022-06-02 CN CN202210626180.9A patent/CN115196745A/zh active Pending
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