一种用于净化富营养化水体的粉煤灰-底泥陶粒、其制作方法和应用与流程

本发明涉及水处理
技术领域：
，具体而言，涉及一种粉煤灰-底泥陶粒的制备方法及运用。
背景技术：
：目前，我国面临严重的水体富营养化问题，富营养水体所含大量的氮、磷有机物，若不及时处理，会使得藻类大量生长，导致水生动植物的大量死亡，造成严重的水体污染，甚至危及当地的饮水安全。面对量大面广的水体富营养化问题，采用制作成本低廉、使用方便的陶粒作为填料用于富营养水体的治理是一种较为可行的方案。我国电力工业的日益发展造成了粉煤灰排放量的极具增加，粉煤灰作为一种大气污染的主要污染源，若不妥善处理会造成严重的环境问题。粉煤灰主要成分为sio2，作为骨料利于陶粒成型并具有一定机械强度，粉煤灰还含有少量al2o3、mgo、fe2o3，烧制过程中有助于增大陶粒表面孔隙率，石灰石具有助燃和发泡作用，便于粉煤灰陶粒烧制。池塘底泥中富含大量有机质，与粉煤灰制作成陶粒投加在富营养水体中可为微生物的生长提供有利条件，而微生物的硝化及反硝化反应是富营养化水体脱氮的主要手段之一，可提高陶粒对富营养水体的净化效果。陶粒已经在建材、道路方面起到了着广泛的用途，其具有较低制作成本、简单的制作手段等优势，可以大范围用于水体净化处理当中。利用陶粒可以更好的为微生物提供良好的活动环境、配合微生物作用起到净化水体的作用，在水处理方面有着广大的前景。技术实现要素：发明目的：本发明的目的在于提供一种用于净化富营养化水体的粉煤灰-底泥陶粒、其制作方法和应用，以粉煤灰与池塘底泥为主要原料，加入添加剂制成用于净化富营养水体的粉煤灰陶粒，不仅实现粉煤灰的高效利用，还可得到具有较好净化水体效果的粉煤灰陶粒，过程方便环保。一种用于净化富营养化水体的粉煤灰-底泥陶粒，成品的化学组分如下：二氧化硅58-69%、三氧化二铝12-20%、氧化亚铁6-10%，三氧化二铁4-8%，氧化钙3-5%，氧化钾1-2%，颗粒大小为4-5mm。一种用于净化富营养化水体的粉煤灰-底泥陶粒的制作方法，步骤如下：（1）、准备原料：粉煤灰40-50%、池塘底泥40-50%、铁粉1-5%、石灰石粉末1-5%；（2）、造粒：混合原料后造粒，混合干搅拌时间为5-10min，加水后搅拌时间为5-10min;（3）、烧制：烧制总时长为90min，分为2个阶段，预热阶段通过马弗炉在300℃条件下烧制20min,后升温至1100℃烧制1h左右。所述的所述粉煤灰为火力发电厂燃烧产生的湿排粉煤灰。所得粉煤灰陶粒可用做人工生态湿地、河岸带保护中的填料。与现有技术相比，本发明有以下突出效果：1、本发明为粉煤灰再利用提供了新的思路，加入池塘底泥，极大降低了粉煤灰的用量，具有低成本、高效率的优势；2、本方法加入湿排粉煤灰作为粉煤灰陶粒的骨料之一，可采用湿法造粒，减少了烘干、研磨等工序，降低制作成本；3、本方法加入池塘底泥作为粉煤灰陶粒的骨料之一，富含有机质，为微生物能够更好的陶粒表面依附创造了条件，改善了粉煤灰陶粒对富营养水体的净化效果；4、本发明加入铁粉有助于提高陶粒对水体中磷的吸附沉淀、加入石灰石粉末将起到助熔剂的作用，方便陶粒的烧制，改善其表面结构，并使产品具有更高的强度，增加了使用寿命。附图说明图1为实施例1所得陶粒的电镜图。具体实施方式为实现上述目的，特采用以下技术方案：以下将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。本实施例中未注明具体条件者，按照常规条件进行。所有试剂或仪器未注明生产厂商者皆可通过市场渠道购买获得。用于净化富营养化水体的粉煤灰-底泥陶粒，原料用量如下，且各组分之和为100%：粉煤灰40-50%，例如可以为，但不限于40、41、42、43、44、45、46、47、48、49%或者50%；池塘底泥40-50%，例如可以为，但不限于40、41、42、43、44、45、46、47、48、49%或者50%；铁粉1-5%，例如可以为，但不限于1、2、3、4或者5%等；碳酸钙粉1-5%，例如可以为，但不限于2、3或4%等。而通过对原材料组的分用量调整和优化，也能够进一步对用于净化富营养化水体的粉煤灰陶粒的性能进行调整与优化。其中，所述粉煤灰为火力发电厂燃烧产生的湿排粉煤灰；所述池塘底泥为富含有机质的养殖塘的活性底泥；铁粉与石灰石粉末均通过市场渠道购买。其中采用湿排粉煤灰可进一步采用湿法造粒，减少了烘干、研磨等工序，降低制作成本；其中添加池塘底泥作为骨料减少了粉煤灰的用量，并且池塘底泥中富含有机质，有利于微生物的生长，通过微生物的作用提高陶粒的净化效果；其中加入铁粉有助于提高陶粒对水体中磷的吸附沉淀，达到净化水体的目的；由于制作粉煤灰陶粒需要较高温度，加入石灰石粉末将起到助熔剂的作用，方便陶粒的烧制，并提升陶粒的品质。由于采用电厂湿排粉煤灰，使得本发明用于净化富营养水体的粉煤灰陶粒制作工艺较为简便，制作步骤可参考如下：首先，按照计量比称重并将粉煤灰与池塘底泥、铁粉以及石灰石粉末混合干搅拌，这一阶段耗时为5-10min，更优选的，混合干搅拌的时间为5min。然后，将适量水添加到混合干搅拌后的混合物中，进行湿搅拌，这一阶段耗时为5-10min，更优选的，湿搅拌的时间为5min。然后通过造粒机对湿搅拌后的混合物进行造粒，造粒大小为4-5mm较为适宜，后进行烧制。本发明所述制备粉煤灰陶粒的烧制总时长为90min左右，共分为2个阶段，第一阶段为预热烘干阶段，通过马弗炉在300-400℃烧制15-20min。预热目的在于防止粉煤灰陶粒在高温烧制阶段烧制产生爆裂，影响其品质。更优选的，300℃烧制20min。第二阶段为高温焙烧阶段，此阶段需要升温至1100-1200℃烧制1h左右。更优选的，采用1100℃，高温烘焙60min。然后将焙烧后的粉煤灰陶粒进行堆放冷却，后经过筛选与检测从而得到用于净化富营养水体的粉煤灰陶粒。化学成分如下：二氧化硅58-69%、三氧化二铝12-20%、氧化亚铁6-10%，三氧化二铁4-8%，氧化钙2-4%，氧化钾1-2%。实施例1、对照例1-2的组分和所得陶粒的化学成分如表1所示：表1（注：对照例1中，虽然没有添加铁粉，但数据中有fe2+含量（氧化亚铁、三氧化亚铁），是来源于粉煤灰，粉煤灰包含少量铁矿渣，同理对照例2数据的氧化钙也是来自粉煤灰，由于对照例2没加石灰石所以粉煤灰的含量较高，铁的含量比实施例1数据偏高一些）。实施例1、对照例1的制备工艺是：将粉煤灰与池塘底泥、铁粉以及石灰石粉末混合干搅拌，混合干搅拌5min后，加入适量水进行湿搅拌，湿搅拌的时间为5min，后进行造粒。将所得颗粒在300℃下加热20min，后在1100℃下进行焙烧，冷却后得到实施例用于净化富营养水体的粉煤灰陶粒。对照例2，除了将所得颗粒在400℃下加热20min，后在1200℃下进行焙烧其余同实施例1。实施例2采用人工模拟污水分别用三组粉煤灰陶粒对氮磷污水进行净化试验，其中首先配置用于吸附的氮磷溶液，分别称取1.1466g氯化铵，0.1318g磷酸二氢钾溶于1l水中，配制氨氮浓度为30μg/ml溶液以及磷酸根浓度为30μg/ml溶液。各取250ml氮磷溶液加入3个不同实施例进行氮磷吸附试验，每个处理设置投放量为7个梯度（0.1g0.2g0.4g0.8g1g2g5g），置于恒温振荡器中，在温度25℃、转速125r/min的条件下连续振荡24h。分别在各时段(1h、2h、4h、8h、12h、24h)取水样，用0.45μm微孔水系滤膜过滤，在4000r／min转速下离心，取上清液，比色测定总氮和总磷。三种粉煤灰陶粒对人工氮磷污水净化效果如表2所述：表2在加入等量微生物浸泡后，称取氯化铵1.1910g，硝酸钾0.0360g，磷酸二氢钾0.087g，葡萄糖0.4717g，加入到1000ml的水中取250ml配制的水样，分别加入3种测试例的粉煤灰陶粒5g，每个处理设置3个重复，每个处理还分别设置去离子水作为参照，每天早上8:00-10:00进行曝气，每天取水样，测定其nh3-n、tn、tp，共测定6天。6天后三种粉煤灰陶粒对人工氮磷污水净化效果如表3所述：表3测试例氨氮去除比总氮去除比总磷去除比实施例199.2%90.8%48.6%对照例193.3%82.3%29.2%对照例290.4%76.5%20.8%粉煤灰陶粒对氮磷的吸附主要为物理化学吸附过程，氮磷在陶粒表面上的附着，一方面同载体的表面形状有关，另一个主要的影响因素就是载体的孔隙结构。陶粒中粉煤布与feo的结合体具有金属氧化物表面，其羟基官能团及带电性发挥作用提高水体氮磷的吸附作用。粉煤灰陶粒具有除去水体中氮、磷能力的另一个重要因素是粉煤灰陶粒具有si、al、fe、mg等金属氧化物，si、al、fe、mg构成的金属氧化物具有亲水点位，可吸附在水分子解离的h+，从而产生金属氧化物表面羟基官能团si-oh、al-oh、fe-oh、mg-oh等。对照例1与实施例1最大差异在于没有加入铁粉，说明加入一定量的铁粉可以使粉煤灰陶粒表面的孔隙发达，使其可以克服固液之间的阻力，利用毛细管作用将氮、磷吸附到孔隙表面，并通过表面张力将其束缚，为粉煤灰陶粒的物理吸附提供条件，24h静态吸附氮磷分别达到13.6%与17.7%。由于对照例2未加入石灰石粉末，烧制过程中粉煤灰熔点较高，导致陶粒表面改性效果差于实施例1，降低其净化效果，但依旧对氮磷水体有一定吸附作用，24h静态吸附氮磷达到11.1%与14.2%。实施例1模拟自然环境，考虑生物作用处理6天，净化氮磷能力得到加强，总氮总磷去除比分别达到90.8%与48.6%，说明粉煤灰陶粒能够与微生物共同作用，加强水体氮磷的去除效果。当前第1页12