專利名稱：一種用于水處理的人工濕地復(fù)合填料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)水處理領(lǐng)域，具體涉及一種以氧化鋁廠工業(yè)廢渣赤泥、市政污水處理廠剩余污泥以及作物殘留物秸稈為主要原料的人工濕地復(fù)合填料。本發(fā)明還涉及上述人工濕地復(fù)合填料的制備方法。
背景技術(shù)：
人工濕地是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種廢水處理新技術(shù)，由于其具有投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、可提高生態(tài)景觀和生物多樣性從而產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種水處理，特別是農(nóng)村生活污水處理。人工濕地去除污水中污染物的機(jī)理是非常復(fù)雜的。事實(shí)上，它是一種污水生態(tài)處理技術(shù)，主要利用生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的共同作用凈化污水，但總的來(lái)說(shuō)，濕地去除污染物可歸為濕地中種植的植物的作用和濕地中填料的作用，其中填料起著關(guān)鍵性作用一方面，濕地中的填料本身具有較好的吸附污染物的功能，另一方面，濕地中的填料為微生物提供了大量繁殖、棲息的場(chǎng)所，這些微生物與植物、污染物相互作用，從而實(shí)現(xiàn)了污染物的去除。目前濕地中采用的填料多數(shù)是以砂石為主。這種以砂石為主要填料的濕地具有明顯的缺點(diǎn)，包括人工濕地占地面積大，濕地填料和濕地填料上植入的水生和濕生植物對(duì)污水中的污染物去除效率低，特別是氮和磷的去除率很低。濕地填料表面上的微生物數(shù)量和種類少，從而導(dǎo)致濕地填料上植入的水生和濕生植物根系對(duì)氮和磷的植物吸收少，濕地對(duì)污水的氮磷去除率低。另外，對(duì)于低碳氮比的污水，砂石填料無(wú)法為污水補(bǔ)充碳源，因此以砂石為主要填料的濕地對(duì)低碳氮比污水的污染物去除率很低。固體廢物的處理與處置是目前國(guó)內(nèi)外面臨亟待解決的重大環(huán)境污染和環(huán)境保護(hù)的課題之一，特別是市政生活污水中產(chǎn)生的大量剩余污泥、氧化鋁工業(yè)中產(chǎn)生的強(qiáng)堿性廢渣赤泥以及農(nóng)村的作物殘留物秸稈。據(jù)估計(jì)，目前我國(guó)市政污水處理廠每年產(chǎn)生的剩余污泥量高達(dá)1億噸左右，我國(guó)鋁工業(yè)每年產(chǎn)生赤泥達(dá)到200萬(wàn)噸，農(nóng)村作物殘留物秸稈產(chǎn)量達(dá)到7億噸。這些固體廢物目前都沒(méi)有得到有效的處理和處置。因此，如何有效地處理和處置這些固體廢物已成為當(dāng)今科技領(lǐng)域的重要研究課題和迫切希望解決的難題。事實(shí)上，赤泥中含有Si02、Al203、i^e203和CaO等活性金屬成分，是用作濕地填料的理想除磷原料；市政生活污水廠的剩余污泥含有大量的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分，經(jīng)過(guò)處理后可作為載體為其表面的微生物生長(zhǎng)提供豐富的有機(jī)質(zhì)和微量元素；另外，農(nóng)作物殘留物秸稈含有較多的碳，是人工濕地處理低碳氮比污水時(shí)補(bǔ)充碳源的理想材料。迄今為止，未見(jiàn)有采用市政生活污水廠剩余污泥、氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥以及農(nóng)村的作物殘留物秸稈為主要原料的人工濕地復(fù)合填料和制備該人工濕地復(fù)合填料方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于水處理的人工濕地復(fù)合填料。本發(fā)明的又一目的在于提供一種制備上述人工濕地復(fù)合填料的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于水處理的人工濕地復(fù)合填料，為粒徑8_17mm 的小球，其組成的重量百分比為污泥10% -20%，赤泥20% -30%，秸稈碳5% -10 %，水玻璃3% _8%，高嶺土 1% -5%,白水泥6% -15%，余量為水。本發(fā)明提供的制備上述人工濕地復(fù)合填料的方法，包括以下步驟1)將污泥和赤泥分別脫水烘干并粉碎，將秸稈粉碎并碳化；2)將步驟1中的赤泥、污泥和秸稈碳與水玻璃、高嶺土、白水泥按比例混合后加水?dāng)嚢瑁苽涑闪?-17mm的小球；上述組份的重量百分比為污泥10% -20%，赤泥 20% -30%，秸稈碳5% -10%，水玻璃3% -8%，高嶺土 -5%，白水泥6% -15%，余量為水；3)將步驟2制備的小球在80_250°C下加熱、保溫，自然冷卻至室溫后風(fēng)干。所述的方法中，赤泥是氧化鋁工業(yè)燒結(jié)法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥、拜爾法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥和混聯(lián)法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥；污泥是市政生活污水處理廠的剩余污泥。所述的方法中，步驟1中的污泥和赤泥分別粉碎為80-200目的粒徑。所述的方法中，步驟3中的加熱時(shí)間為1-4小時(shí)。所述的方法中，步驟3中的保溫時(shí)間為1-2小時(shí)。所述的方法中，步驟3中自然冷卻至室溫后澆水養(yǎng)護(hù)3-12小時(shí)后自然風(fēng)干。本發(fā)明的積極有益效果是原料來(lái)源廣泛，成本低廉；制備的人工濕地復(fù)合填料親水性好，比表面積大，孔隙率高、吸附性強(qiáng)，生物掛膜效果好；其良好的吸附性能提高了人工濕地對(duì)污水中污染物的去除效果，特別是提高了人工濕地對(duì)污染物氮和磷的去除效果；可作為補(bǔ)充碳源提高污水中的碳氮比，從而提高了人工濕地對(duì)低碳氮比污水的處理效果；用于人工濕地，不僅可以處理中水、微污染景觀水，還可以處理市政生活污水、農(nóng)村生活污水。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明鑒于市政生活污水廠剩余污泥、氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥以及農(nóng)村的作物殘留物秸稈的元素特點(diǎn)，以上述三種固體廢物為主要原料制備用于水處理的人工濕地復(fù)合填料。本發(fā)明的制備人工濕地復(fù)合填料的方法，包括以下步驟1)將市政生活污水廠剩余污泥和氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥分別脫水、烘干并用粉碎機(jī)粉碎至粒徑為80-200目。將秸稈粉碎并用炭化爐碳化。2)將步驟1中制備的赤泥、污泥和秸稈碳與水玻璃、高嶺土、白水泥按比例混合后加水?dāng)嚢?，用造粒機(jī)制備成粒徑8-17mm的小球，其重量百分比為污泥10% -20% ；赤泥 20% -30% ；秸稈碳5% -10% ；水玻璃3% -8% ；高嶺土 -5% ；白水泥6% -15% ；余量為水。
3)將步驟2中制備的小球在80-250°C下加熱1_4小時(shí)，保溫1_2小時(shí)，自然冷卻至室溫后，澆水養(yǎng)護(hù)3-12小時(shí)，自然風(fēng)干后即得本品。本發(fā)明人工濕地復(fù)合填料的原料中所用的赤泥來(lái)源可以是氧化鋁工業(yè)燒結(jié)法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥，也可以是拜爾法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥，還可以是混聯(lián)法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥。本發(fā)明人工濕地復(fù)合填料的原料中所用的污泥來(lái)源主要是市政生活污水處理廠的剩余污泥。本發(fā)明人工濕地復(fù)合填料的原料中所用的水玻璃、高嶺土和白水泥都起到粘結(jié)劑的作用。其中，水玻璃既起到粘結(jié)劑的作用，又起到造孔劑的作用。下面結(jié)合本發(fā)明用市政生活污水廠剩余污泥、氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥以及農(nóng)村的作物殘留物秸稈制備用于水處理的人工濕地復(fù)合填料的方法，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例11)將市政生活污水廠剩余污泥和氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥分別脫水、烘干并用粉碎機(jī)粉碎至粒徑為100目。將秸稈粉碎并用炭化爐碳化。2)將步驟1中制備的赤泥、污泥和秸稈碳與水玻璃、高嶺土、白水泥按比例混合后加水?dāng)嚢?，用造粒機(jī)制備成粒徑15mm的小球，用于制備人工濕地復(fù)合填料的重量百分比為污泥20% ；赤泥30% ；秸稈碳10% ；水玻璃5% ；高嶺土 5% ；白水泥15% ；水15%。3)將步驟2中制備的小球在100°C下加熱2小時(shí)，保溫1小時(shí)，自然冷卻至室溫后， 澆水養(yǎng)護(hù)3小時(shí)，自然風(fēng)干后即得本品。實(shí)施例21)將市政生活污水廠剩余污泥和氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥分別脫水、烘干并用粉碎機(jī)粉碎至粒徑為200目。將秸稈粉碎并用炭化爐碳化。2)將步驟1中制備的赤泥、污泥和秸稈碳與水玻璃、高嶺土、白水泥按比例混合后加水?dāng)嚢瑁迷炝C(jī)制備成粒徑8mm的小球，用于制備人工濕地復(fù)合填料的重量百分比為 污泥20% ；赤泥30% ；秸稈碳10% ；水玻璃8% ；高嶺土 5% ；白水泥15% ；水12%。3)將步驟2中制備的小球在200°C下加熱1小時(shí)，保溫2小時(shí)，自然冷卻至室溫后， 澆水養(yǎng)護(hù)4小時(shí)，自然風(fēng)干后即得本品。實(shí)施例31)將市政生活污水廠剩余污泥和氧化鋁工業(yè)廢渣赤泥分別脫水、烘干并用粉碎機(jī)粉碎至粒徑為80目。將秸稈粉碎并用炭化爐碳化。2)將步驟1中制備的赤泥、污泥和秸稈碳與水玻璃、高嶺土、白水泥按比例混合后加水?dāng)嚢?，用造粒機(jī)制備成粒徑15mm的小球，用于制備人工濕地復(fù)合填料的重量百分比為污泥18% ；赤泥30% ；秸稈碳8% ；水玻璃4% ；高嶺土 5% ；白水泥15% ；水20%。3)將步驟2中制備的小球在150°C下加熱4小時(shí)，保溫1小時(shí)，自然冷卻至室溫后， 澆水養(yǎng)護(hù)3小時(shí)，自然風(fēng)干后即得本品。采用批量平衡實(shí)驗(yàn)，研究了本發(fā)明復(fù)合填料對(duì)磷的吸附等溫特性，并與常用的粗砂作對(duì)比。結(jié)果表明，本發(fā)明復(fù)合填料和常用的粗砂對(duì)磷的理論飽和吸附量分別為35mg/Kg 和18. 69mg/Kg，本發(fā)明復(fù)合填料對(duì)磷的吸附量明顯高于粗砂對(duì)磷的吸附量。在相同條件下進(jìn)行模擬柱實(shí)驗(yàn)，在兩個(gè)直徑為30cm的圓柱形玻璃柱中分別填充80cm高的本發(fā)明復(fù)合填料和粗砂，采用相同濃度的模擬含磷水作為進(jìn)水。結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合填料對(duì)TP的平均去除率為87%，而粗砂對(duì)TP的平均去除率僅為M%，本發(fā)明的產(chǎn)品復(fù)合填料對(duì)TP的去除率明顯高于粗砂對(duì)TP的去除率。
權(quán)利要求
1.一種用于水處理的人工濕地復(fù)合填料，為粒徑8-17mm的小球，其組成的重量百分比為污泥10%-20%，赤泥20%-30%，秸稈碳5%-10%，水玻璃3%-8%，高嶺土 -5%， 白水泥6% -15%，余量為水。
2.一種制備權(quán)利要求1所述人工濕地復(fù)合填料的方法，包括以下步驟1)將污泥和赤泥分別脫水烘干并粉碎，將秸稈粉碎并碳化；2)將步驟1中的赤泥、污泥和秸稈碳與水玻璃、高嶺土、白水泥按比例混合后加水?dāng)嚢?，制備成粒?-17mm的小球；上述組份的重量百分比為污泥10% -20%，赤泥 20% -30%，秸稈碳5% -10%，水玻璃3% -8%，高嶺土 -5%，白水泥6% -15%，余量為水；3)將步驟2制備的小球在80-250°C下加熱、保溫，自然冷卻至室溫后風(fēng)干。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，赤泥是氧化鋁工業(yè)燒結(jié)法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥、拜爾法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥和混聯(lián)法制備氧化鋁產(chǎn)生的赤泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，污泥是市政生活污水處理廠的剩余污泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟1中的污泥和赤泥分別粉碎為80-200目的粒徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟3中的加熱時(shí)間為1-4小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟3中的保溫時(shí)間為1-2小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟3中自然冷卻至室溫后澆水養(yǎng)護(hù)3-12小時(shí)后自然風(fēng)干。
全文摘要
一種用于水處理的人工濕地復(fù)合填料，為粒徑8-17mm的小球，其組成的重量百分比為污泥10％-20％，赤泥20％-30％，秸稈碳5％-10％，水玻璃3％-8％，高嶺土1％-5％，白水泥6％-15％，余量為水。其制備方法是將污泥和赤泥分別脫水烘干并粉碎，將秸稈粉碎并碳化；將赤泥、污泥和秸稈碳與水玻璃、高嶺土、白水泥按比例混合后加水?dāng)嚢?，制備成粒?-17mm的小球；將小球在80-250℃下加熱、保溫，自然冷卻至室溫后風(fēng)干。本發(fā)明的復(fù)合填料原料來(lái)源廣泛，成本低廉；親水性好，比表面積大，孔隙率高、吸附性強(qiáng)，生物掛膜效果好；提高了人工濕地對(duì)污水中污染物的去除效果。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102485663SQ20111005707
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者夏訓(xùn)峰, 席北斗, 張列宇, 李曉光, 楊天學(xué), 趙穎 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院