含改性废砖的人工湿地复合基质及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含改性废砖的人工湿地复合基质的制备方法，首先将废弃的砖或砌块经粉碎、过筛后，室温下分别加入氯化钠溶液及氯化铝溶液中，经浸泡、搅拌、水洗、过滤、干燥得到钠?废砖基质及铝?废砖基质，再在钠?废砖基质上固化硝化菌，得到生物钠?废砖基质，最后将生物Na?废砖基质、Na?废砖基质、Al?废砖基质、沸石混合或分层铺设，即得含改性废砖的人工湿地复合基质。本发明利用废砖作为脱氮基质的主要原料，以废治废，将废砖进行粉碎、化学改性，固化硝化菌，以加强废砖对污水中的主要污染物氮的去除效果，为水生植物提供营养物质和根系伸展载体；各改性废砖基质之间存在着互补协同效应，大大提高了人工湿地处理污水的能力。
【专利说明】
含改性废砖的人工湿地复合基质及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于水处理材料技术领域，具体涉及一种含改性废砖的人工湿地复合基质及其制备方法。
【背景技术】
[0002]基质(也称填料)作为构成人工湿地的主要部分，不仅是微生物的主要载体，也为水生植物提供载体和营养支持，更是污水处理的主要场所，基质可通过离子交换、专性与非专性吸附、螯合作用、沉降反应等作用，对污染物质进行去除。然而目前基质的选择上比较单一，造成了污染物的去除率较低，而且基质容易饱和与堵塞，缩短了人工湿地的运行周期，严重限制了人工湿地在我国的推广应用。探索发现新型基质填料，达到高效去除有毒有害有机物的目的，特别是对吸附能力强，环境危害小的工业废弃物加以发现利用，合理利用资源，具有重要的现实意义和实际应用价值。
[0003]我国现在所拆除的六、七十年代建筑物大部分是砖混结构的，建筑垃圾有很大部分为碎砖，这些建筑垃圾的处置是目前城市建设的一大难题。废弃碎砖(以下称废砖)有着多孔、大比表面积、透水性能良好的特性，若能将废砖加以利用，不仅解决了建筑垃圾的处置问题，而且节省人力、物力，实现节能环保。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供了一种含改性废砖的人工湿地复合基质及其制备方法，通过对废砖进行改性处理并协同作用，来加强污水处理中氮、磷的去除效果。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
一种含改性废砖的人工湿地复合基质的制备方法，包括以下步骤:
(1)将废弃的砖或砌块粉碎、过筛，得到粒径为5?25毫米的碎砖；
(2)分别向氯化钠溶液及氯化铝溶液中加入步骤(I)所得的碎砖，碎砖完全淹没在溶液中并浸泡I?2小时，然后搅拌0.5?2小时，经水洗、过滤、干燥，得到钠-废砖基质及铝-废砖基质;其中，氯化钠溶液的质量分数为0.5~5%，氯化铝溶液的质量分数为0.5-5%；
(3)将步骤(2)所得的钠-废砖基质加入中性固化液中，且中性固化液完全淹没钠-废砖基质，20?30°C静置固化16?24小时，得到生物钠-废砖基质；其中，中性固化液为含有硝化菌、豆饼粉、玉米淀粉、磷酸二氢钾及氯酸镁的水溶液，中性固化液中硝化菌的质量分数为2?5%，豆饼粉的质量分数为0.5?2%，玉米淀粉的质量分数为1~4%，磷酸二氢钾的质量分数为
0.02-0.2%，氯酸镁的质量分数为0.02-0.2%；
(4)将步骤(3)所得的生物钠-废砖基质、步骤(2)所得的钠-废砖基质及铝-废砖基质、沸石按照干重比1: 1.5?2.5: 2?8:1.5?2.5分层铺设，分层铺设时，钠-废砖基质不位于最上层;或者按照干重比1: 1.5?2.5:2?8:1.5?2.5混匀，即得。
[0006]采用上述制备方法得到含改性废砖的人工湿地复合基质。
[0007]优选地，所述含改性废砖的人工湿地复合基质的孔隙率为39?47.3%，堆积密度为0.85?0.94g/cm3。
[0008]其中，所述废弃的砖或砌块来源于建筑垃圾，所述硝化菌、豆饼粉、玉米淀粉、磷酸二氢钾及磷酸镁均为普通市售产品。
[0009]本发明的有益效果:
(I)采用的废弃砖或砌块来自于建筑垃圾，将建筑废弃物制备成人工湿地基质，以废治废，实现了资源再生利用;废砖颗粒中含有微量元素，可以增加土壤的营养成分，促进湿地植物的生长，而且废砖颗粒具有较强的吸附性，可以吸附水体中的胺类、酚类及重金属污染物质。
[0010](2)经过氯化钠溶液及氯化铝溶液改性的废砖颗粒微孔结构及其吸附活性位发生了改变，更加有利于氮、磷的吸附;经过固化硝化菌，使得Na-废砖基质表面吸附的氮能很快被硝化，提高了Na-废砖基质活性位的利用率、再生速率以及对水中氮的去除率。
[0011](3)沸石是一种廉价的非金属矿，在我国储量丰富，价格低廉，其具有孔隙率高、比表面大、离子交换性、吸附性等性质，可去除污水中各种污染物，特别是对氨氮有很好的选择吸附性。
[0012](4)改性废砖颗粒的加入，可以抑制传统的砾石、壤土湿地基质填料层的板结作用，增强湿地基质层的滤水性，使湿地基质层中的溶解氧增加;改性废砖比表面积大、空隙率高，不易引起基质堵塞，且有利于湿地植物根系伸展，改善了植物的根际环境，促进植物的生长。
[0013](5)含改性废砖的人工湿地复合基质中含有Na+、Al3+、Ca2+、Fe3+、Mg2+等离子以及由于化学改性作用而生成的其他活性位和官能团，可以与水中的氮、磷发生吸附和反应，有效去除水中的富营养化物质。
[0014](6)本发明所述人工湿地复合基质原料经济、易得，工艺简单，可操作性强。
总之，本发明利用废砖作为脱氮基质的主要原料，以废治废，将废砖进行粉碎、化学改性，固化硝化菌，以加强废砖对污水中的主要污染物氮的去除效果，为水生植物提供营养物质和根系伸展载体;各改性废砖基质之间存在着互补协同效应，大大提高了人工湿地处理污水的能力。
【具体实施方式】
[0015]以下通过优选实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0016]实施例1
一种含改性废砖的人工湿地复合基质的制备方法，包括以下步骤:
(I)将直径不超过250毫米的废弃砖或砌块采用皮带输送机输送至破碎机中进行初步的破碎，然后将破碎后的产品经过皮带输送机输送至粗粉磨设备中进一步破碎，过筛后得到粒径为5?25毫米的碎砖；
(2 )取步骤(I)所得的碎砖加入NaCl溶液中，且NaCl溶液完全淹没碎砖，20?25 °C浸泡I小时后，搅拌0.5小时，然后水洗3遍、过滤、干燥，得到Na-废砖基质；同时，取步骤(I)所得的碎砖加入AlCl3溶液中，且AlCl3溶液完全淹没碎砖，20?25°C浸泡I小时后，搅拌0.5小时，然后水洗3遍、过滤、干燥，得到Al-废砖基质;其中，NaCl溶液的质量分数为1%，AlCl3溶液的质量分数为1%;
(3)向中性固化池中加水并加入硝化菌、豆饼粉、玉米淀粉、磷酸二氢钾及氯酸镁，得到中性固化液，然后将步骤(2)所得的Na-废砖基质加入中性固化池中，Na-废砖基质刚好完全浸没，在20?30°C温度下静置固化16小时，得到生物Na-废砖基质；其中，中性固化液中硝化菌的质量分数为2%，豆饼粉的质量分数为0.8%，玉米淀粉的质量分数为1.5%，磷酸二氢钾的质量分数为0.07%，氯酸镁的质量分数为0.1%;
(4)针对含氮较多的生活污水，将步骤(3)所得的生物Na-废砖基质、步骤(2)所得的Na-废砖基质及Al-废砖基质、沸石按照干重比为1:2:2:2混合均匀，即得。
[0017]其中，所述废弃的砖或砌块来源于建筑垃圾，所述硝化菌、豆饼粉、玉米淀粉、磷酸二氢钾及磷酸镁均为普通市售产品，硝化菌选用德丰生物技术有限公司的第三代硝化菌，豆饼粉选用黑龙江八旗粮油有限公司的非转基因豆饼粉。皮带输送机的主要参数为:皮带宽度400mm，输送长度12?20m，功率2.2?4kW，输送速度1.25-2.0m/s，输送量5?15t/h ；破碎机的主要参数为:规格Φ 1000mm X 700mm，进料口尺寸400mm X 730mm，最大进料尺寸250mm，处理能力10?20t/h，电极功率10?20kW;粗粉磨设备的主要参数为:转子直径750mm，转子长度800mm，转子速度800?1000r/min，最大进料粒度<70mm，出料粒度O?3mm，处理能力10?25t/h，电机功率25kW。
采用上述制备方法得到含改性废砖的人工湿地复合基质，经测试，其孔隙率为40.1%，堆积密度为0.88g/cm3，比表面积为6.2m2/g。
[0018]取相同质量的Na-废砖基质及碎砖，按投加量10g/L，分别加入到含氨氮100mg/L的污水中，Na-废砖基质对氨氮的饱和吸附量比碎砖提高了约3倍;取相同质量的Al-废砖基质及碎砖，按投加量10g/L，分别加入到到含磷100mg/L的污水中，Al-废砖基质对磷的饱和吸附量比碎砖提高了3.5倍。
[0019]取2g步骤(3)所得的生物Na-废砖基质及5g步骤(2)所得的Na-废砖基质，分别加入到0.4L相同的污水中，该污水中含氨氮50mg/L，50min后经生物Na-废砖基质处理的污水中氨氮的去除率达到99%以上，90min后经Na-废砖基质处理的污水中氨氮的去除率达到99%以上。
[0020]使用时，在人工湿地防水层以上铺设80cm上述人工湿地复合基质，然后可再覆I Ocm左右壤层，并种植水生植物。向该人工湿地中通入污水，污水中氨氮含量为50mg/L，磷含量为20mg/L，污水潜流通过人工湿地，30 min后排出，氨氮及磷的去除率均达到99%以上。
[0021]实施例2
一种含改性废砖的人工湿地复合基质的制备方法，包括以下步骤:
(1)将直径不超过250毫米的废弃砖或砌块采用皮带输送机输送至破碎机中进行初步的破碎，然后将破碎后的产品经过皮带输送机输送至粗粉磨设备中进一步破碎，过筛后得到粒径为5?25毫米的碎砖；
(2)取步骤(I)所得的碎砖加入NaCl溶液中，且NaCl溶液完全淹没碎砖，20?25°C浸泡1.5小时后，搅拌1.5小时，然后水洗3遍、过滤、干燥，得到Na-废砖基质；同时，取步骤(I)所得的碎砖加入AlCl3溶液中，且AlCl3溶液完全淹没碎砖，20?25°C浸泡1.5小时后，搅拌1.5小时，然后水洗3遍、过滤、干燥，得到Al-废砖基质；其中，NaCl溶液的质量分数为4%，AlCl3溶液的质量分数为4%; (3)向中性固化池中加水并加入硝化菌、豆饼粉、玉米淀粉、磷酸二氢钾及氯酸镁，得到中性固化液，然后将步骤(2)所得的Na-废砖基质加入中性固化池中，Na-废砖基质刚好完全浸没，20?30°(:静置固化24小时，得到生物Na-废砖基质；其中，中性固化液中硝化菌的质量分数为2%，豆饼粉的质量分数为0.8%，玉米淀粉的质量分数为1.5%，磷酸二氢钾的质量分数为0.07%，氯酸镁的质量分数为0.1%;
(4)针对含磷较多的生活污水，将沸石、步骤(3)所得的生物钠-废砖基质、步骤(2)所得的Na-废砖基质及Al-废砖基质按照2:1:2:5的干重比从下至上依次铺设，即得。
[0022]其中，所述废弃的砖或砌块来源于建筑垃圾，所述硝化菌液体、豆饼粉、玉米淀粉、磷酸二氢钾及磷酸镁均为普通市售产品，皮带输送机的主要参数为:皮带宽度400mm，输送长度12?20m，功率2.2?4kW，输送速度1.25?2.0m/s，输送量5?15t/h ；破碎机的主要参数为:规格Φ 1000mm X 700mm，进料口尺寸400mm X 730mm，最大进料尺寸250mm，处理能力10?20t/h，电极功率10?20kW;粗粉磨设备的主要参数为:转子直径750mm，转子长度800mm，转子速度800?1000r/min，最大进料粒度<70mm，出料粒度0~3mm，处理能力10?25t/h，电机功率25kW。
采用上述制备方法得到含改性废砖的人工湿地复合基质，经测试，其孔隙率为45.3%，堆积密度为0.91g/cm3，比表面积为5.5m2/go
[0023]取相同质量的Na-废砖基质及碎砖，按投加量10g/L，分别加入到含氨氮100mg/L的污水中，Na-废砖基质对氨氮的饱和吸附量比碎砖提高了约3倍;取相同质量的Al-废砖基质及碎砖，按投加量10g/L，分别加入到到含磷100mg/L的污水中，Al-废砖基质对磷的饱和吸附量比碎砖提高了3.5倍。
[0024]取2g步骤(3)所得的生物Na-废砖基质及5g步骤(2)所得的Na-废砖基质，分别加入到0.4L相同的污水中，该污水中含氨氮50mg/L，50min后经生物Na-废砖基质处理的污水中氨氮的去除率达到99%以上，90min后经Na-废砖基质处理的污水中氨氮的去除率达到99%以上。
[0025]使用时，在人工湿地防水层以上铺设80cm上述人工湿地复合基质，然后可再覆
IOcm左右壤层，并种植水生植物。向该人工湿地中通入污水，污水中氨氮含量为20mg/L，磷含量为50mg/L，污水潜流通过人工湿地，30 min后排出，氨氮及磷的去除率均达到99%以上。
【主权项】
1.一种含改性废砖的人工湿地复合基质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将废弃的砖或砌块粉碎、过筛，得到粒径为5?25毫米的碎砖； (2)分别向氯化钠溶液及氯化铝溶液中加入步骤(I)所得的碎砖，碎砖完全淹没在溶液中并浸泡I?2小时，然后搅拌0.5?2小时，经水洗、过滤、干燥，得到钠-废砖基质及铝-废砖基质;其中，氯化钠溶液的质量分数为0.5~5%，氯化铝溶液的质量分数为0.5-5%； (3)将步骤(2)所得的钠-废砖基质加入中性固化液中，中性固化液完全淹没钠-废砖基质，20?30°C静置固化16?24小时，得到生物钠-废砖基质；其中，中性固化液为含有硝化菌、豆饼粉、玉米淀粉、磷酸二氢钾及氯酸镁的水溶液，中性固化液中硝化菌的质量分数为2?5%，豆饼粉的质量分数为0.5?2%，玉米淀粉的质量分数为1~4%，磷酸二氢钾的质量分数为0.02-0.2%，氯酸镁的质量分数为0.02-0.2%； (4)将步骤(3)所得的生物钠-废砖基质、步骤(2)所得的钠-废砖基质及铝-废砖基质、沸石按照干重比1: 1.5~2.5:2~8:1.5?2.5分层铺设，分层铺设时，钠-废砖基质不位于最上层;或者按照干重比1: 1.5?2.5:2?8:1.5?2.5混匀，即得。2.采用权利要求1所述的制备方法得到的含改性废砖的人工湿地复合基质。3.根据权利要求2所述的含改性废砖的人工湿地复合基质，其特征在于:所述含改性废砖的人工湿地复合基质的孔隙率为39?47.3%，堆积密度为0.85-0.94g/cm3。
【文档编号】C02F3/34GK105836898SQ201610358868
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】梁丽珍, 王杰, 权燕
【申请人】盛世园林集团股份有限公司