一种多功能长效复合填料及其制备方法

1.本发明属于水污染处理技术领域，具体是一种具有除磷、去除有机物的多功能长效复合填料。


背景技术：

2.随着我国社会经济的不断发展，国家污水处理排放标准日趋严格，特别是对出水中有机物和磷的要求越来越高。常见的污水处理技术中，生物除磷和化学除磷处理效果不稳定，难以满足越来越高的排放要求，还会产生剩余污泥造成二次污染，且化学药剂费用高。利用填料吸附除磷能高效稳定的实现废水中磷的去除，满足污水处理排放标准要求。普通除磷填料如活性炭、钢渣、石灰石、陶粒、沸石、蛭石、火山岩、石英砂、无烟煤等吸附容量有限，吸附易饱和使填料失去处理效果，使用周期短，需要定期更换，处理成本高，操作维护复杂。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种多功能长效复合填料，可用于其特征在于，其组分包括：
4.矿石或矿渣70～90份
5.砂砾0～10份
6.黏土0～10份
7.外加剂10～20份；
8.其中，所述矿石或矿渣选自富含铁、镁、锰、铝、钙的天然矿物或提炼后的矿渣；所述外加剂选自可溶性碳酸盐或碳酸氢盐或水泥。
9.本发明选用的矿石或矿渣的成分及其各个成分的含量范围如表1：
10.表1：
11.成分feoxmgomno2al2o3cao含量范围≥2.5％≥3％≥3％≥3.5％≥2.5％
12.本发明所述多功能长效复合填料可以作为持续去除废水中磷的长效除磷剂。
13.本发明所述多功能长效复合填料应用于废水中有机物的去除。
14.进一步，所述矿石或矿渣的粒径为≤1mm。
15.进一步，所述矿石或矿渣中，所含核心金属元素的质量分数占全重≥2％。
16.进一步，所述砂砾平均粒径为1～2mm，粒径大于0.5mm的颗粒质量分数占全重>80％。
17.进一步，所述外加剂选自na2co3、nahco3、k2co3、khco3或水泥。
18.本发明还公开一种针对上述长效多功能复合填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
19.(1)破碎各个组分；
20.(2)将破碎后的各个组分按照配比混合，得混合料；
21.(3)将混合料进行造粒，形成一定粒径的颗粒；
22.(4)将上述颗粒进行常温固化或高温烧结固化，获得产品。所获产品可经破碎机进一步破碎制成粒径更小的颗粒产品。
23.进一步，步骤(1)中，破碎后矿石或矿渣粒径≤1mm，砂砾平均粒径为1～2mm；
24.进一步，步骤(2)中，用清水清洗矿石或矿渣，以及砂砾、黏土后，再进行混合，得混合料；
25.进一步，步骤(3)中，混合料在造粒机中通过离心作用，按需要制成均匀球状颗粒，或通过模具压制成均匀块状颗粒，或通过压力成型法制成均匀块状颗粒，或通过热熔融成型法按需要制成均匀颗粒，颗粒平均粒径1～4mm。
26.进一步，步骤(3)中，混合料通过热熔融成型法造粒时，可与步骤(4)中高温烧结固化合并。
27.进一步，步骤(4)中，常温固化时，在室温自然固化5～10天，得到固化后颗粒。
28.进一步，步骤(4)中，高温烧结固化时，以2
‑
10℃/min升温达到300
‑
1200℃，保温时间为0.5
‑
4小时，随后自然冷却至室温，得到固化后颗粒。
29.进一步，步骤(4)中，固化后颗粒用清水冲洗，并在20～120℃干燥。固化后颗粒可通过破碎机进一步破碎过筛制成粒径更小的颗粒。；
30.步骤(2)中，用清水清洗矿石或矿渣，以及砂砾、黏土后，再进行混合，得混合料；
31.步骤(3)中，混合料在造粒机中通过离心作用，按需要制成均匀球状颗粒，或通过模具压制成均匀块状颗粒，或通过压力成型法制成均匀块状颗粒，或通过热熔融成型法按需要制成均匀颗粒，颗粒平均粒径1～4mm。
32.步骤(3)中，混合料通过热熔融成型法造粒时，可与步骤(4)中高温烧结固化合并。
33.步骤(4)中，常温固化时，在室温自然固化5～10天，得到固化后颗粒。
34.步骤(4)中，高温烧结固化时，以2
‑
10℃/min升温达到300
‑
1200℃，保温时间为0.5
‑
4小时，随后自然冷却至室温，得到固化后颗粒。
35.步骤(4)中，固化后颗粒用清水冲洗，并在20～120℃干燥。固化后颗粒可通过破碎机进一步破碎过筛制成粒径更小的颗粒。
36.本发明还要求保护上述长效多功能复合填料在水处理设施中的应用。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
38.1、本发明的原料是天然矿石或矿渣、砂砾、黏土，有效降低了矿物废料处理费用，且来源广泛，制备方法简单。
39.2、本发明通过填料中金属矿物与有机物反应，持续释放金属复合盐吸磷，实现长期高标准除磷。
40.3、本发明填料在除磷过程中耦合有机物降解反应，能够同时促进水中有机物的去除。
41.4、本发明将矿渣作为制备多功能长效复合填料的原料，为其处理处置提供了新的思路，实现了废物资源化和“以废治废”，具有较高的工程应用价值。
42.5、本发明制得的多功能长效复合填料具有较强吸附磷的能力，除磷效果超过90％，使用寿命在3～10年。出水金属离子含量<2mg/l。
43.6、本发明制得的多功能长效复合填料具有较高的吸附能力兼具促进有机物去除
的能力，广泛适用于大型城市污水处理厂、小城镇污水处理设施、一体化污水处理设备、工业废水处理、富营养化水体治理等方面，也可替换生物滤池填料，具有广阔的应用前景和推广价值。
附图说明
44.图1实施例1和对照组的tp出水浓度结果图；
45.图2为实施例1中cod进水及和对照组的cod出水浓度结果图
46.图3实施例1中金属离子出水浓度结果图。
具体实施方式
47.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
48.实施例1：
49.制备本实施例的长效多功能复合填料，包括以下步骤：
50.(1)按照以下配比选取原料：
51.矿石70份
52.砂砾5份
53.黏土5份
54.外加剂10份；
55.其中：
56.所述矿石是铁矿石，其中铁含量为22.8％；
57.本实施例采用的矿石的成分和含量如表2：
58.表2：
59.成分fefeoxmgomnoal2o3caosio2含量范围22.8％31.35％5.13％1.91％3.85％5.66％22.5％
60.所述外加剂为na2co3。
61.将上述原料破碎，使锰矿石平均粒径≤1mm、砂砾平均粒径为1.5mm；
62.(2)用清水清洗原料，并按照配比，将上述原料混合，得混合料；
63.(3)将混合料造粒，用模具压制成平均粒径为2mm颗粒。
64.(4)将上述颗粒进行常温固化后，在室温下自然固化7天，得到固化后颗粒。
65.(5)用清水冲洗固化后颗粒，于105℃干燥，获得多功能长效复合填料产品。
66.对比实验：
67.取常用的砾石填料(粒径2mm)作为对照填料。
68.将实施例1(实验组)和对照填料(对照组)进行性能检测，具体检测方法如下：
69.准备反应器。准备直径为150mm，高为1000mm的圆柱形垂直流人工湿地反应器，分别装入以上实施例和对比例填料13kg。
70.配置模拟废水。以蒸馏水为溶剂，主要成分：cod浓度为400mg/l(以葡萄糖为碳源)、tp浓度为13mg/l(以磷酸氢二钾为磷源)、氨氮浓度为32mg/l(以氯化铵为氮源)；另外
配置微量元素溶液：0.02g/l fecl3·
4h2o，0.02g/l cocl2·
6h2o，0.003g/l cucl2·
2h2o，0.005g/l zncl2，0.005g/l h3bo3，0.009g/l(nh4)6mo7o
24
.4h2o，0.005g/l nicl2.6h2o，0.01g/l edta。
71.运行方法如下：以模拟废水作为进水，从人工湿地底部进水，从人工湿地顶部出水。以蠕动泵为进水动力，调节流量使水力停留时间均为3d。湿地运行稳定后取样测定出水tp浓度、cod浓度和金属离子浓度，结果见图1～图3。
72.采用上述制备方法制备的多功能长效复合填料对污水的除磷效率为97.87％，磷的吸附容量为4692mg/kg。
73.由图1可知，实施例1(实验组)比对照组出水tp浓度更低，即本发明提供的填料比常用的砾石获得更好的除磷能力。由图2可知，实施例1(实验组)比对照组出水cod浓度更低，即本发明提供对的填料比常用的砾石能够促进有机物的去除。由图3可知，出水中金属离子浓度<2mg/l，即本发明的填料具有较好的稳定性。
74.实施例2：
75.制备本实施例的多功能长效复合填料，包括以下步骤：
76.(1)按照以下配比选取原料：
77.矿渣70份
78.砂砾8份
79.黏土8份
80.外加剂10份；
81.其中：
82.所述矿渣是为冶炼后铁矿渣，铁含量为2.4％。
83.本实施例采用的矿渣的成分和含量如表3：
84.表3：
85.成分总铁feoxmgomnoal2o3caosio2含量范围2.4％3.30％10.12％2.13％6.85％6.26％34.35％
86.所述外加剂为水泥。
87.将上述原料破碎，使铁矿渣粒径≤1mm、砂砾平均粒径为1.2mm；
88.(2)用清水清洗原料，并按照配比，将上述原料混合，得混合料；
89.(3)将混合料进行造粒，用模具压制形成平均粒径为2.5mm的颗粒。
90.(4)对上述颗粒进行高温烧结固化：高温烧结固化时，以5℃/min升温达到750℃，保温时间为3小时，随后自然冷却至室温，得到高温烧结固化后的产品。
91.(5)将高温烧结固化后的颗粒用清水冲洗后于35℃干燥，获得多功能长效复合填料产品。
92.将实施例2获得的产品用于除磷，并进行性能检测，具体检测方法如下。
93.称取0.5g的所述多功能长效复合填料产品置于烧杯中，加入ph＝7.0，tp＝10mg/l(以磷酸氢二钾为磷源)，toc＝120mg/l(以葡萄糖为碳源)的模拟废水30ml，持续震荡，8天后检测其上清液tp浓度，实验结果见表1
94.表1实施例2制得的长效除磷复合填料对污水的除磷效果
[0095] 进水8天后出水
tp(mg/l)9.640.27