申请日2021.10.09
公开日期2021.12.14
IPC分类C02F3/00
摘要
本发明公开了一种改性铝污泥除磷填料及其制备方法，属于水处理技术领域，该改性铝污泥除磷填料包括复合无机材料，复合无机材料包括铝污泥和粘土。其制备方法包括如下步骤：将铝污泥经脱水机脱水，得泥渣，泥渣自然晾干，放入球磨机中研磨，得到铝污泥粉末；称取铝污泥粉末、粘土、钢渣粉，然后将其加入搅拌机中混合均匀，再加入水搅拌均匀，得到复合无机材料；在复合无机材料中加入致孔剂，放入造粒机中造粒，加入粘结剂使其成型，得到填料颗粒；对填料颗粒进行烘干处理，然后将其置于无氧焙烧炉中焙烧，得球状铝污泥填料。本发明对污水中磷酸盐去除效果明显，且吸附能力强、吸附效率高、吸附饱和周期长并可以反复使用。
权利要求
1.一种改性铝污泥除磷填料，其特征在于：包括复合无机材料，所述复合无机材料包括铝污泥、粘土和钢渣粉。
2.根据权利要求1所述的一种改性铝污泥除磷填料，其特征在于：还包括有机无机复合胶结剂，所述有机无机复合胶结剂是由有机物单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷在水泥水化环境中接枝和共聚形成有机胶结剂后再与无机胶结剂复合形成的亲水性复合胶结剂。
3.根据权利要求2所述的一种改性铝污泥除磷填料，其特征在于：接枝和共聚形成的所述有机胶结剂中各组分的重量份数为：
单体丙烯酸羟丙酯20-30份、丙烯酰胺5-12份、十二烷基苯磺酸钠1-6份；丙基三甲氧基硅烷1-5份、水25-40份、水泥25-50份。
4.根据权利要求1所述的一种改性铝污泥除磷填料，其特征在于：改性铝污泥除磷填料粒径为8-20mm。
5.根据权利要求1所述的一种改性铝污泥除磷填料，其特征在于：在所述复合无机材料中，各组分重量份数如下：
铝污泥25-50份、粘土15-25份、钢渣粉1-5份；
所述钢渣粉经过30目筛网过筛。
6.根据权利要求5所述的一种改性铝污泥除磷填料，其特征在于：所述复合无机材料由各组分混合后加水搅匀而成，水的添加量为复合无机材料重量的10-20％。
7.一种改性铝污泥除磷填料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将自来水厂絮凝沉淀池取出的铝污泥经脱水机脱水，得到含水率为50-70％的泥渣，泥渣自然晾干1-3天后，放入球磨机中研磨，得到铝污泥粉末；
S2、按照铝污泥25-50份、粘土15-25份、钢渣粉1-5份称取铝污泥粉末、粘土以及钢渣粉，然后将其加入搅拌机中混合均匀，再加入水搅拌均匀，得到复合无机材料；
S3、在复合无机材料中加入致孔剂，混匀后将其放入造粒机中造粒，加入粘结剂使其成型，得到填料颗粒；
S4、对填料颗粒进行烘干处理，然后将其置于无氧焙烧炉中焙烧，得球状铝污泥填料。
8.根据权利要求7所述的一种改性铝污泥除磷填料的制备方法，其特征在于：在所述步骤S3中，在复合无机材料中加入致孔剂，加入粘结剂和有机无机复合胶结剂使其成型，混匀后将其放入造粒机中造粒，得到填料颗粒。
9.根据权利要求7-8任一所述的一种改性铝污泥除磷填料的制备方法，其特征在于：所述致孔剂为小苏打粉末、谷壳粉或植物纤维，且加入量为复合无机材料重量的5-10％；和/或所述粘结剂为水，加入量为复合无机材料重量的10-20％。
10.根据权利要求7-8任一所述的一种改性铝污泥除磷填料的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，将填料颗粒在100-120℃下烘干2-3h，然后将其置于无氧焙烧炉中，且在400-600℃下预热10min后，升温至1050-1100℃焙烧10min，得球状铝污泥填料。
说明书
一种改性铝污泥除磷填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，更具体地说，它涉及一种改性铝污泥除磷填料及其制备方法。
背景技术
目前我国水环境状况日趋恶化，出现了湖泊富营养化、近岸海域赤潮、河流和水库的有机污染等问题，威胁到居民的引水安全和人民群众的健康。人工湿地作为一种新型生态污水处理技术，与传统的污水处理方法相比，具有处理效果好、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低，环境美学价值高等优点，故被广泛用于处理城市生活污水、工农业生产废水等领域。
一般人工湿地的填料基质由土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣等构成，这其中最常使用的是碎石，此外还有沸石、土壤、鹅卵石、煤渣、粉煤灰等。由于对有机污染物有一定的去除效果，并且来源广泛、无需特定的加工程序、价格较低，因此在人工湿地处理系统中有较广泛的应用。
但是，这些硅含量较高的惰性基质材料，对营养盐几乎不具吸附性能，氮磷吸附能力低，而且存在目标污染物再释放、易饱和等缺点，严重制约着人工湿地对尾水中氮、磷等污染物质的净化效率。从已有的工程实践来看，人工湿地填料脱氮脱磷能力弱，有鉴于此，本发明提供一种改性铝污泥除磷填料及其制备方法，主要作为人工湿地处理农村生活污水中的除磷填料。
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改性铝污泥除磷填料及其制备方法，其解决了现有人工湿地填料脱磷能力欠佳的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种改性铝污泥除磷填料，包括复合无机材料，所述复合无机材料包括铝污泥、粘土和钢渣粉。
进一步优选为：还包括有机无机复合胶结剂，所述有机无机复合胶结剂是由有机物单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷在水泥水化环境中接枝和共聚形成有机胶结剂后再与无机胶结剂复合形成的亲水性复合胶结剂。
进一步优选为：接枝和共聚形成的所述有机胶结剂中各组分的重量份数为：
单体丙烯酸羟丙酯20-30份、丙烯酰胺5-12份、十二烷基苯磺酸钠1-6份；丙基三甲氧基硅烷1-5份、水25-40份、水泥25-50份。
进一步优选为：改性铝污泥除磷填料粒径为8-20mm。
进一步优选为：在所述复合无机材料中，各组分重量份数如下：
铝污泥25-50份、粘土15-25份、钢渣粉1-5份；
所述钢渣粉经过30目筛网过筛。
进一步优选为：所述复合无机材料由各组分混合后加水搅匀而成，水的添加量为复合无机材料重量的10-20％。
一种改性铝污泥除磷填料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将自来水厂絮凝沉淀池取出的铝污泥经脱水机脱水，得到含水率为50-70％的泥渣，泥渣自然晾干1-3天后，放入球磨机中研磨，得到铝污泥粉末；
S2、按照铝污泥25-50份、粘土15-25份、钢渣粉1-5份称取铝污泥粉末、粘土以及钢渣粉，然后将其加入搅拌机中混合均匀，再加入水搅拌均匀，得到复合无机材料；
S3、在复合无机材料中加入致孔剂，混匀后将其放入造粒机中造粒，加入粘结剂使其成型，得到填料颗粒；
S4、对填料颗粒进行烘干处理，然后将其置于无氧焙烧炉中焙烧，得球状铝污泥填料。
进一步优选为：在所述步骤S3中，在复合无机材料中加入致孔剂，加入粘结剂和有机无机复合胶结剂使其成型，混匀后将其放入造粒机中造粒，得到填料颗粒。
进一步优选为：所述致孔剂为小苏打粉末、谷壳粉或植物纤维，且加入量为复合无机材料重量的5-10％；和/或所述粘结剂为水，加入量为复合无机材料重量的10-20％。
进一步优选为：在步骤S4中，将填料颗粒在100-120℃下烘干2-3h，然后将其置于无氧焙烧炉中，且在400-600℃下预热10min后，升温至1050-1100℃焙烧10min，得球状铝污泥填料。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明旨在改变目前农村生活污水处理现状，降低人工湿地建设成本，提高填料除磷效率。同时，城市自来水厂产生的大量铝污泥废弃物未得到有效利用易造成环境负担，为此本发明设计一种以铝污泥为主要原料制作除磷填料的方法，达到“以废治废”的目的，并且所制备的除磷填料能够长期反复使用，且不会向环境带来二次污染。本填料对污水中磷酸盐去除效果明显，且吸附能力强、吸附效率高、吸附饱和周期长并可以反复使用，具有经济效益高，净化效果好的优点。
本发明主要具有以下特点：
1、本发明所用的材料钢渣、粘土价格较低、来源广泛且操作简单，全部为天然材料制成，可大规模获得进行批量生产，本身不会产生对人体和环境有害的影响。本发明选择自来水厂的铝污泥废弃物、炼钢厂的钢渣废弃物等，使废料、废弃物再次利用，能解决自来水厂铝污泥处置难题，降低水厂处置费用，实现资源的有效回收利用。
2、本发明以铝污泥作为主要原料，铝污泥中含铝和铁的量较高，对磷的吸附效果更好，达到饱和的时间更长，吸附效果更稳定。且由于铝污泥的加入量大、含水率较高，填料在烧结后机械强度高、微孔分布多，可以节约黏土、发泡剂和致孔剂的添加，确保除磷填料的各项性能达标。
3、本发明选用的几种无机材料通过不同的配比，通过投加钢渣增加颗粒中铁和铝的含量，并由此增强铝污泥填料的机械强度。粘土作为一种硅酸盐矿物，具有极强的耐火性和机械强度，与铝污泥混合后在高温干燥的条件下脱水形成致密的微孔，增大填料的比表面积。谷壳粉及植物纤维作为有机材料，烧制过程中在填料内部形成微孔，增大填料内部孔隙率，使填料内部金属离子与水接触面积增加，延长填料使用寿命。本发明利用多种材料的协同作用，可以达到较好的除磷效果，可以有效净化水体中的磷。
4、现有水净化填料使用1-2年磷的吸附就达到饱和，本发明的填料作为滤料可长期反复使用，使用寿命长达10年，且耐冲击负荷，适用于常见的生活污水，且不会对使用效果产生影响。
（发明人：陈自力; 何羿霖; 马涛）
