专利名称：一种用于水处理的人工湿地复合填料及制备方法
技术领域：
本发明属于环境保护水处理领域，具体涉及一种以氧化铝厂工业废渣赤泥、市政污水处理厂剩余污泥以及作物残留物秸秆为主要原料的人工湿地复合填料。本发明还涉及上述人工湿地复合填料的制备方法。
背景技术：
人工湿地是近二十年来发展起来的一种废水处理新技术，由于其具有投资少、能耗低、运行费用低、处理效果稳定、耐冲击负荷能力强、可提高生态景观和生物多样性从而产生一定的经济和生态效益等优点，现已广泛应用于各种水处理，特别是农村生活污水处理。人工湿地去除污水中污染物的机理是非常复杂的。事实上，它是一种污水生态处理技术，主要利用生态系统中的物理、化学和生物的共同作用净化污水，但总的来说，湿地去除污染物可归为湿地中种植的植物的作用和湿地中填料的作用，其中填料起着关键性作用一方面，湿地中的填料本身具有较好的吸附污染物的功能，另一方面，湿地中的填料为微生物提供了大量繁殖、栖息的场所，这些微生物与植物、污染物相互作用，从而实现了污染物的去除。目前湿地中采用的填料多数是以砂石为主。这种以砂石为主要填料的湿地具有明显的缺点，包括人工湿地占地面积大，湿地填料和湿地填料上植入的水生和湿生植物对污水中的污染物去除效率低，特别是氮和磷的去除率很低。湿地填料表面上的微生物数量和种类少，从而导致湿地填料上植入的水生和湿生植物根系对氮和磷的植物吸收少，湿地对污水的氮磷去除率低。另外，对于低碳氮比的污水，砂石填料无法为污水补充碳源，因此以砂石为主要填料的湿地对低碳氮比污水的污染物去除率很低。固体废物的处理与处置是目前国内外面临亟待解决的重大环境污染和环境保护的课题之一，特别是市政生活污水中产生的大量剩余污泥、氧化铝工业中产生的强碱性废渣赤泥以及农村的作物残留物秸秆。据估计，目前我国市政污水处理厂每年产生的剩余污泥量高达1亿吨左右，我国铝工业每年产生赤泥达到200万吨，农村作物残留物秸秆产量达到7亿吨。这些固体废物目前都没有得到有效的处理和处置。因此，如何有效地处理和处置这些固体废物已成为当今科技领域的重要研究课题和迫切希望解决的难题。事实上，赤泥中含有Si02、Al203、i^e203和CaO等活性金属成分，是用作湿地填料的理想除磷原料；市政生活污水厂的剩余污泥含有大量的有机质和营养成分，经过处理后可作为载体为其表面的微生物生长提供丰富的有机质和微量元素；另外，农作物残留物秸秆含有较多的碳，是人工湿地处理低碳氮比污水时补充碳源的理想材料。迄今为止，未见有采用市政生活污水厂剩余污泥、氧化铝工业废渣赤泥以及农村的作物残留物秸秆为主要原料的人工湿地复合填料和制备该人工湿地复合填料方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于水处理的人工湿地复合填料。本发明的又一目的在于提供一种制备上述人工湿地复合填料的方法。为实现上述目的，本发明提供的用于水处理的人工湿地复合填料，为粒径8_17mm 的小球，其组成的重量百分比为污泥10% -20%，赤泥20% -30%，秸秆碳5% -10 %，水玻璃3% _8%，高岭土 1% -5%,白水泥6% -15%，余量为水。本发明提供的制备上述人工湿地复合填料的方法，包括以下步骤1)将污泥和赤泥分别脱水烘干并粉碎，将秸秆粉碎并碳化；2)将步骤1中的赤泥、污泥和秸秆碳与水玻璃、高岭土、白水泥按比例混合后加水搅拌，制备成粒径8-17mm的小球；上述组份的重量百分比为污泥10% -20%，赤泥 20% -30%，秸秆碳5% -10%，水玻璃3% -8%，高岭土 -5%，白水泥6% -15%，余量为水；3)将步骤2制备的小球在80_250°C下加热、保温，自然冷却至室温后风干。所述的方法中，赤泥是氧化铝工业烧结法制备氧化铝产生的赤泥、拜尔法制备氧化铝产生的赤泥和混联法制备氧化铝产生的赤泥；污泥是市政生活污水处理厂的剩余污泥。所述的方法中，步骤1中的污泥和赤泥分别粉碎为80-200目的粒径。所述的方法中，步骤3中的加热时间为1-4小时。所述的方法中，步骤3中的保温时间为1-2小时。所述的方法中，步骤3中自然冷却至室温后浇水养护3-12小时后自然风干。本发明的积极有益效果是原料来源广泛，成本低廉；制备的人工湿地复合填料亲水性好，比表面积大，孔隙率高、吸附性强，生物挂膜效果好；其良好的吸附性能提高了人工湿地对污水中污染物的去除效果，特别是提高了人工湿地对污染物氮和磷的去除效果；可作为补充碳源提高污水中的碳氮比，从而提高了人工湿地对低碳氮比污水的处理效果；用于人工湿地，不仅可以处理中水、微污染景观水，还可以处理市政生活污水、农村生活污水。
具体实施例方式本发明鉴于市政生活污水厂剩余污泥、氧化铝工业废渣赤泥以及农村的作物残留物秸秆的元素特点，以上述三种固体废物为主要原料制备用于水处理的人工湿地复合填料。本发明的制备人工湿地复合填料的方法，包括以下步骤1)将市政生活污水厂剩余污泥和氧化铝工业废渣赤泥分别脱水、烘干并用粉碎机粉碎至粒径为80-200目。将秸秆粉碎并用炭化炉碳化。2)将步骤1中制备的赤泥、污泥和秸秆碳与水玻璃、高岭土、白水泥按比例混合后加水搅拌，用造粒机制备成粒径8-17mm的小球，其重量百分比为污泥10% -20% ；赤泥 20% -30% ；秸秆碳5% -10% ；水玻璃3% -8% ；高岭土 -5% ；白水泥6% -15% ；余量为水。
3)将步骤2中制备的小球在80-250°C下加热1_4小时，保温1_2小时，自然冷却至室温后，浇水养护3-12小时，自然风干后即得本品。本发明人工湿地复合填料的原料中所用的赤泥来源可以是氧化铝工业烧结法制备氧化铝产生的赤泥，也可以是拜尔法制备氧化铝产生的赤泥，还可以是混联法制备氧化铝产生的赤泥。本发明人工湿地复合填料的原料中所用的污泥来源主要是市政生活污水处理厂的剩余污泥。本发明人工湿地复合填料的原料中所用的水玻璃、高岭土和白水泥都起到粘结剂的作用。其中，水玻璃既起到粘结剂的作用，又起到造孔剂的作用。下面结合本发明用市政生活污水厂剩余污泥、氧化铝工业废渣赤泥以及农村的作物残留物秸秆制备用于水处理的人工湿地复合填料的方法，说明本发明的具体实施方式
。实施例11)将市政生活污水厂剩余污泥和氧化铝工业废渣赤泥分别脱水、烘干并用粉碎机粉碎至粒径为100目。将秸秆粉碎并用炭化炉碳化。2)将步骤1中制备的赤泥、污泥和秸秆碳与水玻璃、高岭土、白水泥按比例混合后加水搅拌，用造粒机制备成粒径15mm的小球，用于制备人工湿地复合填料的重量百分比为污泥20% ；赤泥30% ；秸秆碳10% ；水玻璃5% ；高岭土 5% ；白水泥15% ；水15%。3)将步骤2中制备的小球在100°C下加热2小时，保温1小时，自然冷却至室温后， 浇水养护3小时，自然风干后即得本品。实施例21)将市政生活污水厂剩余污泥和氧化铝工业废渣赤泥分别脱水、烘干并用粉碎机粉碎至粒径为200目。将秸秆粉碎并用炭化炉碳化。2)将步骤1中制备的赤泥、污泥和秸秆碳与水玻璃、高岭土、白水泥按比例混合后加水搅拌，用造粒机制备成粒径8mm的小球，用于制备人工湿地复合填料的重量百分比为 污泥20% ；赤泥30% ；秸秆碳10% ；水玻璃8% ；高岭土 5% ；白水泥15% ；水12%。3)将步骤2中制备的小球在200°C下加热1小时，保温2小时，自然冷却至室温后， 浇水养护4小时，自然风干后即得本品。实施例31)将市政生活污水厂剩余污泥和氧化铝工业废渣赤泥分别脱水、烘干并用粉碎机粉碎至粒径为80目。将秸秆粉碎并用炭化炉碳化。2)将步骤1中制备的赤泥、污泥和秸秆碳与水玻璃、高岭土、白水泥按比例混合后加水搅拌，用造粒机制备成粒径15mm的小球，用于制备人工湿地复合填料的重量百分比为污泥18% ；赤泥30% ；秸秆碳8% ；水玻璃4% ；高岭土 5% ；白水泥15% ；水20%。3)将步骤2中制备的小球在150°C下加热4小时，保温1小时，自然冷却至室温后， 浇水养护3小时，自然风干后即得本品。采用批量平衡实验，研究了本发明复合填料对磷的吸附等温特性，并与常用的粗砂作对比。结果表明，本发明复合填料和常用的粗砂对磷的理论饱和吸附量分别为35mg/Kg 和18. 69mg/Kg，本发明复合填料对磷的吸附量明显高于粗砂对磷的吸附量。在相同条件下进行模拟柱实验，在两个直径为30cm的圆柱形玻璃柱中分别填充80cm高的本发明复合填料和粗砂，采用相同浓度的模拟含磷水作为进水。结果表明，本发明的复合填料对TP的平均去除率为87%，而粗砂对TP的平均去除率仅为M%，本发明的产品复合填料对TP的去除率明显高于粗砂对TP的去除率。
权利要求
1.一种用于水处理的人工湿地复合填料，为粒径8-17mm的小球，其组成的重量百分比为污泥10%-20%，赤泥20%-30%，秸秆碳5%-10%，水玻璃3%-8%，高岭土 -5%， 白水泥6% -15%，余量为水。
2.一种制备权利要求1所述人工湿地复合填料的方法，包括以下步骤1)将污泥和赤泥分别脱水烘干并粉碎，将秸秆粉碎并碳化；2)将步骤1中的赤泥、污泥和秸秆碳与水玻璃、高岭土、白水泥按比例混合后加水搅拌，制备成粒径8-17mm的小球；上述组份的重量百分比为污泥10% -20%，赤泥 20% -30%，秸秆碳5% -10%，水玻璃3% -8%，高岭土 -5%，白水泥6% -15%，余量为水；3)将步骤2制备的小球在80-250°C下加热、保温，自然冷却至室温后风干。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，赤泥是氧化铝工业烧结法制备氧化铝产生的赤泥、拜尔法制备氧化铝产生的赤泥和混联法制备氧化铝产生的赤泥。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，污泥是市政生活污水处理厂的剩余污泥。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤1中的污泥和赤泥分别粉碎为80-200目的粒径。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤3中的加热时间为1-4小时。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤3中的保温时间为1-2小时。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤3中自然冷却至室温后浇水养护3-12小时后自然风干。
全文摘要
一种用于水处理的人工湿地复合填料，为粒径8-17mm的小球，其组成的重量百分比为污泥10％-20％，赤泥20％-30％，秸秆碳5％-10％，水玻璃3％-8％，高岭土1％-5％，白水泥6％-15％，余量为水。其制备方法是将污泥和赤泥分别脱水烘干并粉碎，将秸秆粉碎并碳化；将赤泥、污泥和秸秆碳与水玻璃、高岭土、白水泥按比例混合后加水搅拌，制备成粒径8-17mm的小球；将小球在80-250℃下加热、保温，自然冷却至室温后风干。本发明的复合填料原料来源广泛，成本低廉；亲水性好，比表面积大，孔隙率高、吸附性强，生物挂膜效果好；提高了人工湿地对污水中污染物的去除效果。
文档编号C02F3/34GK102485663SQ20111005707
公开日2012年6月6日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者夏训峰, 席北斗, 张列宇, 李晓光, 杨天学, 赵颖 申请人:中国环境科学研究院