用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法，包括如下步骤：将砂、云南红土、水泥、生石灰、石膏、水按重量配方比例计量后搅拌均匀制成混合料浆，放入浇注搅拌机内；将铝粉按计量制成悬浮液，在浇注前放入浇注搅拌机内；浇注搅拌机放料浇注入模具，制得坯体；浇注成的坯体在50～70℃条件下进行发气初凝，时间为1.5～2h，得粗制填料；所述粗制填料静停初养达到切割强度后，进行切割；将切割好的粗制填料进行蒸压养护，即得。本发明制得的填料用于污水处理，容重轻、化学性质稳定、易挂膜、孔隙率大、机械强度高，具有优秀的除磷性能和较好的去除氨氮效果。

权利要求

1.一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A、将砂、云南红土、水泥、生石灰、石膏、水搅拌均匀制成混合料浆，放入浇注搅拌机内；

B、将铝粉制成质量浓度5～7％的悬浮液，在浇注前放入浇注搅拌机内；

C、浇注搅拌机放料浇注入模具，制得坯体；

D、步骤C浇注成的坯体在50～70℃条件下进行发气初凝，时间为1.5～2h，得粗制填料；

E、所述粗制填料静停初养达到切割强度后，进行切割；将切割好的粗制填料进行蒸压养护，即得所述孔隙性脱氮除磷填料；

按占原料总重的质量百分比计，砂20～25％，云南红土15～20％，水泥5～7％，生石灰9～12％，石膏1.6～2％，铝粉0.05～0.07％，水38～43％；

所述蒸压养护为恒压蒸养6～10h，采用的蒸汽压力为1.0～1.5MPa，蒸养温度为180～

200℃。

2.根据权利要求1所述的用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述悬浮液在浇注前1～2min放入浇注搅拌机内。

3.根据权利要求1所述的用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法，其特征在于，步骤C中，浇注搅拌机放料浇注入模具前，控制料浆在浇注前温度为35～38℃。

4.根据权利要求3所述的用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法，其特征在于，通过蒸汽加热控制料浆在浇注前的温度。

说明书

用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于环保技术领域，具体涉及一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法。

背景技术

[0002] 人工湿地净化污水主要有三大要素：填料基质、植物和微生物，其中填料是污水处理的主要场所，通过拦截、过滤、吸附、沉淀等作用直接去除污染物。

[0003] 目前广泛使用的填料中，无论是传统天然填料(砾石、沸石、石灰石等)还是工业副产品(灰渣、高炉渣、钢渣等)，存在着比表面积不高、孔隙率较小、脱氮除磷效果较差等问题。云南红土为云南地区分布最广泛的土壤类型，独特的云南山地风化条件使云南红土中的Fe2O3和TiO2含量远高于其他地区红土，云南红土具有很高的污染去除潜力，但直接将红土作为水处理基质存在水力负荷小、易堵塞等问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法。本发明中涉及的填料为人造产品，通过特殊的制造方法，形成一种轻质、强度高、性质稳定、孔隙率大、脱氮除磷效果好，且适用于各种规模人工湿地和生态处理工程的水处理填料。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0006] 本发明涉及一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

[0007] A、将砂、云南红土、水泥、生石灰、石膏、水按重量配方比例计量后搅拌均匀制成混合料浆，放入浇注搅拌机内；

[0008] B、将铝粉按计量制成质量浓度5～7％的悬浮液，在浇注前放入浇注搅拌机内；

[0009] C、浇注搅拌机放料浇注入模具，制得坯体；

[0010] D、步骤C浇注成的坯体在50～70℃条件下进行发气初凝，时间为1.5～2h，得粗制填料；

[0011] E、所述粗制填料静停初养达到切割强度后，进行切割；将切割好的粗制填料进行蒸压养护，即得所述孔隙性脱氮除磷填料。

[0012] 在本发明中，云南红土含Fe、Al活性氧化物较高，除磷性能明显优于东南地区的砖红壤、赤红壤。若换为其他红土，则除磷效果将下降。

[0013] 在本发明中，经过步骤D的1.5～2h的发气，产泡基本完成，后续的蒸汽加压养护进一步实现对填料快速养护成型。

[0014] 作为优选技术方案，按占原料总重的质量百分比计，砂20～25％，云南红土15～20％，水泥5～7％，生石灰9～12％，石膏1.6～2％，铝粉0.05～0.07％，水38～43％。

[0015] 作为优选技术方案，步骤B中，所述悬浮液在浇注前1～2min放入浇注搅拌机内。

[0016] 作为优选技术方案，步骤C中，浇注搅拌机放料浇注入模具前，应控制料浆在浇注前温度为35～38℃。

[0017] 作为优选技术方案，通过蒸汽加热控制料浆在浇注前的温度。

[0018] 作为优选技术方案，所述蒸压养护为恒压蒸养6～10h，采用的蒸汽压力为1.0～1.5MPa，蒸养温度为180～200℃。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0020] 1、填料生产方便，可充分利用目前普及的加气混凝土砌块砖生产设备，机械化程度高，周期短，生产成本低。

[0021] 2、由于填料含有大量均匀而细小的气孔，大大增加了填料的比表面积，可将污染物有效吸附、过滤和截留；

[0022] 3、填料堆积空隙率大，可达50％左右，同时为微生物生长提供了较好的生长环境，利于微生物降解COD、氨氮等污染物；

[0023] 4、填料比重较小，重量轻，实际应用时人工使用成本较低。

[0024] 5、充分发挥了云南红土本身的除磷特性，具有优秀的除磷性能，远超过传统填料。

[0025] 6、机械强度较高，抗挤压，长期浸泡不易破碎，可保证污水处理系统的长效运行。

附图说明

[0026] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0027] 图1为膜生物反应器尾水深处处理工程平面布置示意图；

[0028] 其中，1为大丽路，2为好氧塘，3为表面流人工湿地，4为水平潜流湿地，5为出水塘。

具体实施方式

[0029] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0030] 实施例1

[0031] 本实施例涉及一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料，是采用砂、云南红土、水泥、生石灰、石膏、铝粉、水等为主要原料，利用蒸汽加压产泡的方法对云南红土进行固定化处理，制成孔隙性材料。

[0032] 具体制备主要包括以下工艺步骤：

[0033] 1、按占原料总重的质量百分比计，将砂20％、云南红土19％、水泥5％、生石灰10.93％、石膏2％、水43％搅拌均匀制成混合料浆，计量好的料浆放入浇注搅拌机内；

[0034] 2、将铝粉0.07％制成悬浮液，搅拌30s左右，搅拌好的悬浮液在浇注前1min左右放入浇注搅拌机内；

[0035] 3、料浆在浇注前温度应达到35～38℃，如温度不够可通蒸汽加热；

[0036] 4、浇注搅拌机放料浇注入模具；

[0037] 5、浇注成的坯体在60℃条件下进行发气初凝，时间为1.8h；

[0038] 6、静停初养达到切割强度后，按实际应用需要进行切割；

[0039] 7、将切割好的均匀填料拉入釜内进行蒸压养护，恒压蒸养时间8h，蒸汽压力1.3MPa，温度190℃。

[0040] 8、养护完成即制成均匀孔隙性脱氮除磷填料。

[0041] 对制得的孔隙性脱氮除磷填料进行性能测试，比表面积为4.7×105cm2/g，磷吸附容量为5.59mg/g，抗压强度为3.5Mpa，堆积密度为0.85g/cm3。

[0042] 在本发明中，步骤7不能采用常规烧制，因为常规烧制温度不易控制，超过400度则性能下降明显，最重要的是烧制容易导致受热不均匀，必须选用蒸汽加压。

[0043] 实施例2

[0044] 本实施例涉及一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料，是采用砂、云南红土、水泥、生石灰、石膏、铝粉、水等为主要原料，利用蒸汽加压产泡的方法对云南红土进行固定化处理，制成孔隙性材料。

[0045] 具体制备主要包括以下工艺步骤：

[0046] 1、按占原料总重的质量百分比计，将砂23％、云南红土15％、水泥7％、生石灰12％、石膏1.6％、水41.35％搅拌均匀制成混合料浆，计量好的料浆放入浇注搅拌机内；

[0047] 2、将铝粉0.05％制成悬浮液，搅拌30s左右，搅拌好的悬浮液在浇注前2min左右放入浇注搅拌机内；

[0048] 3、料浆在浇注前温度应达到35～38℃，如温度不够可通蒸汽加热；

[0049] 4、浇注搅拌机放料浇注入模具；

[0050] 5、浇注成的坯体在50℃条件下进行发气初凝，时间为2h；

[0051] 6、静停初养达到切割强度后，按实际应用需要进行切割；

[0052] 7、将切割好的均匀填料拉入釜内进行蒸压养护，恒压蒸养时间6h，蒸汽压力1.0MPa，温度200℃。

[0053] 8、养护完成即制成均匀孔隙性脱氮除磷填料。

[0054] 对制得的孔隙性脱氮除磷填料进行性能测试，比表面积为5.2×105cm2/g，磷吸附容量为5.30mg/g，抗压强度为3.2Mpa，堆积密度为0.82g/cm3。

[0055] 实施例3

[0056] 本实施例涉及一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料，是采用砂、云南红土、水泥、生石灰、石膏、铝粉、水等为主要原料，利用蒸汽加压产泡的方法对云南红土进行固定化处理，制成孔隙性材料。

[0057] 具体制备主要包括以下工艺步骤：

[0058] 1、按占原料总重的质量百分比计，将砂25％、云南红土20％、水泥6％、生石灰9％、石膏1.94％、水38％搅拌均匀制成混合料浆，计量好的料浆放入浇注搅拌机内；

[0059] 2、将铝粉0.06％制成悬浮液，搅拌30s左右，搅拌好的悬浮液在浇注前1min左右放入浇注搅拌机内；

[0060] 3、料浆在浇注前温度应达到35～38℃，如温度不够可通蒸汽加热；

[0061] 4、浇注搅拌机放料浇注入模具；

[0062] 5、浇注成的坯体在70℃条件下进行发气初凝，时间为1.5h；

[0063] 6、静停初养达到切割强度后，按实际应用需要进行切割；

[0064] 7、将切割好的均匀填料拉入釜内进行蒸压养护，恒压蒸养时间10h，蒸汽压力1.5MPa，温度180℃。

[0065] 8、养护完成即制成均匀孔隙性脱氮除磷填料。

[0066] 对制得的孔隙性脱氮除磷填料进行性能测试，比表面积为4.2×105cm2/g，磷吸附容量为5.02mg/g，抗压强度为3.5Mpa，堆积密度为0.89g/cm3。

[0067] 对比例1

[0068] 本实施例涉及一种用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料，具体制备主要包括以下工艺步骤：

[0069] 1、按占原料总重的质量百分比计，将砂10％、云南红土29％、水泥5％、生石灰10.93％、石膏2％、水43％搅拌均匀制成混合料浆，计量好的料浆放入浇注搅拌机内；

[0070] 2、将铝粉0.07％制成悬浮液，搅拌30s左右，搅拌好的悬浮液在浇注前1min左右放入浇注搅拌机内；

[0071] 3、料浆在浇注前温度应达到35～38℃，如温度不够可通蒸汽加热；

[0072] 4、浇注搅拌机放料浇注入模具；

[0073] 5、浇注成的坯体在60℃条件下进行发气初凝，时间为1.8h；

[0074] 6、静停初养达到切割强度后，按实际应用需要进行切割；

[0075] 7、将切割好的均匀填料拉入釜内进行蒸压养护，恒压蒸养时间8h，蒸汽压力1.3MPa，温度190℃。

[0076] 8、养护完成即制成均匀孔隙性脱氮除磷填料。

[0077] 对制得的孔隙性脱氮除磷填料进行性能测试，比表面积为2.5×105cm2/g，磷吸附容量为2.16mg/g，抗压强度为4Mpa，堆积密度为1.1g/cm3。

[0078] 实施例4

[0079] 本实施例涉及本发明的用于人工湿地的孔隙性脱氮除磷填料的应用--云南省大理白族自治州大理市喜洲镇上关村膜生物反应器尾水深处处理工程。

[0080] 工程处理规模为300m3/d，占地面积8亩，无电耗，服务上关村3483名村民。尾水处理工程的进水为兼氧膜生物反应器出水，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，本工程出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)地表水IV类标准。

[0081] 处理工程平面布置示意图如图1所示，沿大丽路1平行方向，依次设有好氧塘2，表面流人工湿地3，水平潜流湿地4和出水塘5。

[0082] 其中：第一级好氧塘长25m，有效水深1.5m。表流湿地长75m，有效水深0.6m，种植水芹菜、香香菜等水生作物。水平潜流湿地设2级，有效面积400m2，填料层厚1.3m，其中第二级采用本发明实施例1自制填料，上层覆土，土层厚0.2m，上植草皮。2014年6月正式投入运行。尾水处理湿地工程投入运行后，出水氨氮、TP均能满足《地表水环境质量标准》(GB3838-
2002)地表水IV类标准，其中出水总磷平均浓度为0.08mg/L，氨氮1.15mg/L。本工程为云南大理地区洱海周边污水处理设施的改进和提高提供了工程示范。

[0083] 综上所述，本发明采用砂、云南红土、水泥、生石灰、石膏、铝粉、水等为主要原料，利用蒸汽加压产泡的方法对云南红土进行固定化处理，制成孔隙性材料。该材料在发挥填料的高孔隙率优点的前提下，发挥了云南红土特有的除磷性能，使其具有较高的机械强度与更大的吸附容量，适合应用于各种规模人工湿地和生态处理工程，脱氮除磷效果好。

[0084] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。