一种除磷填料X-Phos基质及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种除磷填料X?Phos基质及其制备方法，可应用于水处理材料制备领域。该填料的主要制备原料为：CaO2、凹凸棒粘土、胶黏剂和水余量。制备方法为：将上述各种原材料分别进行特定步骤的预处理，然后按照特定比例均匀混合，并加水搅拌；将搅拌好的浆料制成直径、高度一定的圆柱体颗粒；成型后于一定温度下风干。本发明原材料易获得，成品除磷效果高效稳定，可用于人工湿地、生物滤池、尾水净化等系统的深度除磷。
【专利说明】
_种除鱗填料X-Phos基质及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及水污染控制工程领域，具体地，涉及一种用于水体除磷填料X-PhOS基 质及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 由水体富营养化而引起的水华或赤潮会导致水质下降，水生生态系统受到严重破 坏，进而会威胁经济发展、社会稳定和人类健康。水体富营养化主要是因为水体中氮、磷等 营养物质较多造成的，而其中磷被认为是控制富营养化的关键，因此研究除磷填料的应用 对水体富营养化的控制具有重大意义。目前对非工业废水即污染程度相对较低的污水，生 物滤池、人工湿地等技术较为常用，在此类技术中，填料的选择是核心问题之一，直接影响 氮磷的去除效果。目前在已应用于污水处理的填料中，多数存在除磷机理单一，效率低等问 题，对深度除磷、见效快的基质报道较少。
[0003] 王长波等人用Fe、活性炭和一些催化元素为原料发明一种既能降低水体中磷含量 又能同步去除水体中色度的填料（申请号201310315294.2)，达到了同步脱色除磷的目的， 但制作过程较为复杂，对温度要求较高，催化元素中含有多种金属元素，易引起二次污染。 刘超翔等将建筑废弃水泥砖破碎，制成小颗粒作为除磷吸附剂（申请号201310420535.X)， 使建筑废料资源化利用，但其除磷原理主要为物理吸附，吸附饱和后在一定条件下可能会 向水体中释放磷。刘志军等发明了 一种可再生改性页岩陶粒除磷填料（申请号 201510190580 .X)，具备重复使用能力，但制备过程中对pH要求较高，且填料饱和吸附量相 对较低，为20~25mg/g。李旭东等以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉和水为原料按一定配比 制备出一种污水强化除磷填料（申请号201410005588.X)，但除磷机理同样以物理吸附为 主，待吸附饱和后便失去除磷功能，为了解决此问题，李旭东等对填料进行了改进，发明出 一种新型聚合氯化铝除磷填料（申请号201410784847.3)，使磷吸附功能高效稳定，但原料 中聚氯化铝的重量比重过多，达60%~90%，易造成水体中Al含量过多。
[0004]
【申请人】前期研究表明天然凹凸棒粘土内部多孔道，比表面积大，具有良好的吸附 性能，将其在700°C以上热处理后会表现出高效的磷吸附功能。Ca 2+会与水体中的磷反应生 成沉淀，其中羟基磷酸钙最为稳定，所以当水体中含有Ca和P成分时，最终多会以羟基磷酸 钙形态存在。羟基磷酸钙是一种新型无机高分子材料，人体中钙元素主要以羟基磷酸钙晶 体的形式存在，当其在水体中存在时不会对环境对人类健康造成危害影响，可视为一种生 态友好型物质。所以当某种填料中含有凹凸棒粘土和Ca时，既可以保证除磷的高效率又不 会对生态环境造成任何不利影响。
【发明内容】
[0005] 为达到深度除磷的效果，本发明的目的是提供一种除磷填料X-Phos基质及其制备 方法，X定义为"去除"，Phos代表磷酸盐，利用Ca0 2、凹凸棒粘土、胶黏剂和水余量按一定比 例进行混合搅拌压制成圆柱状颗粒，可作为除磷填料。主要原料:CaO 2粉末(CaO2含量50%~ 60%)、凹凸棒粘土、胶黏剂、水。填料重量组成成分为:CaO2粉末50%~55%，天然凹凸棒粘土 5% ~10%，改性凹凸棒粘土 30%~35%，胶黏剂3%~6%，水3%~6%。填料最后成型时为圆柱体，底面直 径为5~50mm，高度为5~50mm。最大磷吸附容量为200mg/g。
[0006] 所述胶黏剂为硅酸钠、聚乙烯醇胶黏剂中的一种或两种。
[0007] 除了上述主要原料，在填料制作过程中还可以加入少量Mg〇2、活性炭、粉煤灰等物 质。Mg02、活性炭或者粉煤灰的含量均为1%。
[0008] 使用方法:本发明是针对磷的深度处理，所以使用时要与其他种类填料配合使用， 以达到对水质综合净化效果。使用量宜为总填料用量的1%。
[0009] 具体制作步骤： (I)CaO2粉末与凹凸棒粘土过200目筛网。
[0010] (2)将部分凹凸棒粘土进行800 °C高温改性处理。
[0011] (3)常温下，将各个组成物质按一定比例进行混合搅拌。
[0012] (4)将搅拌好的浆料压制成圆柱体颗粒于一定温度下风干。
[0013] 除磷机理:天然凹凸棒粘土具有良好的吸附性和遇水膨胀性，700 °C以上热处理后 磷吸附性能会进一步增强;CaO2粉末遇水会反应生成Ca+，会与磷酸根反应生成沉淀;天然凹 凸棒粘土遇水膨胀会增大Ca〇2与水的接触面积，在天然凹凸棒粘土和改性凹凸棒粘土的共 同吸附作用下，磷酸根会不断地与Ca +反应生成羟基磷酸钙沉淀，凹凸棒的功能是"招商"， CaO2的功能是"扎根"，达到深度除磷的效果。
[0014] 优点： (1)所用原材料均为环境友好型材料，不会引起二次污染。
[0015] (2)在物理吸附和化学反应两种途径的综合作用下进行除磷，确保除磷的高效率。
[0016] (3)填料成产成本低、周期短、机械化程度高，可承受水流长时间冲击，方便工程应 用。
[0017] (4)Ca02与水反应可生成02,除磷的同时可增加水中溶解氧含量。
【具体实施方式】
[0018]实施例1:实验室静态模拟实验I 在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径5mm，高IOmm， 填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末50%，天然凹凸棒粘土8%，改性凹凸棒粘 土 31%，硅酸钠1%，聚乙烯醇胶黏剂3%，水4%，Mg02 1%，活性炭1%，粉煤灰1%。取IL磷酸二氢钾 溶液，投加两颗填料，8h后取水样进行检测，结果见表1。
[0019] 衷I 7tC质比较 实施例2:实验室静态模拟实验Π
在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径10mm，高20mm， 填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末50%，天然凹凸棒粘土6%，改性凹凸棒粘 土 30%，活性炭5%，硅酸钠1%，聚乙烯醇胶黏剂4%，水4%。取5L磷酸二氢钾溶液，投加两颗填 料，12h后取水样进行检测，结果见表2。 实施例3:实验室基质除磷实验I
在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径10mm，高50mm， 填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末52%，天然凹凸棒粘土6%，改性凹凸棒粘 土 32%，硅酸钠2%，聚乙烯醇胶黏剂2%，水6%。
[0021]使用内径10cm，高20cm的有机玻璃柱作为反应容器，在反应器内放填料20g，保持 进水量50L/d，三天后取水样进行检测，结果见表3。
实施例4:实验室基质除磷实验Π 在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径20mm，高20mm， 填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末51%，天然凹凸棒粘土 10%，改性凹凸棒 粘土31 %，粉煤灰1 %，硅酸钠2%，聚乙烯醇胶黏剂1 %，水4%。
[0023]使用内径10cm，高20cm的有机玻璃柱作为反应容器，在反应器内放填料30g，保持 进水量8〇L/d，三天后取水样进行检测，结果见表4。 实施例5:人工湿地模拟实验
选用圆柱体填料，直径50mm，高5mm，填料原料成分配比：Ca〇2粉末52%，天然凹凸棒粘土 5%，改性凹凸棒粘土 35%，硅酸钠2%，聚乙烯醇胶黏剂3%，水3%。将制得填料用于模拟人工湿 地对生活污水的净化，用量为总填料重量的1%。湿地运行稳定后取水样进行监测，结果见表 5〇
[0025] 耒5讲m水水席
实施例6:人工湿地工程应用 选用圆柱体填料，直径40mm，高30mm，填料原料成分配比：Ca〇2粉末55%，天然凹凸棒粘 土 7%，改性凹凸棒粘土 30%，硅酸钠1%，聚乙烯醇胶黏剂2%，水4%，活性炭1%。将制得填料用于 某处人工湿地示范工程中，该人工湿地应用于对劣V类河水的净化，用量为总填料重量的 1%。湿地运行稳定后取水样进行监测，结果见表6。
[0026] 表6进出水水质
【主权项】
1. 一种除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述除磷填料X-Phos基质主要由以下物质 构成:Ca02粉末、凹凸棒粘土、胶黏剂、水。2. 根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述除磷填料X-Phos基质 成分组成为:Ca02粉末50%~55%，天然凹凸棒粘土 5%~10%，改性凹凸棒粘土 30%~35%，胶黏剂 3%~6%，水3%~6%。3. 根据权利要求2所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述改性凹凸棒粘土由天 然凹凸棒粘土进行800°C高温改性制备而成。4. 根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，该除磷填料X-Phos基质为 圆柱体，底面直径为5~50mm，高度为5~50mm，最大磷吸附容量为200mg/g。5. 根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述的Ca〇2粉末中Ca〇2含 量50%~60%。6. 根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述胶黏剂为硅酸钠、聚 乙烯醇胶黏剂中的一种或两种。7. 根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述基质还含有Mg02、活性 炭或者粉煤灰中的一种或几种。8. 根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，Mg〇2、活性炭或者粉煤灰的 含量均为1%。9. 权利要求1所述的除磷填料X - P h 〇 s基质的制备方法，其特征在于，具体包括以下步 骤： 1. Ca02粉末与凹凸棒粘土过200目筛网； 2) 将天然凹凸棒粘土进行800 °C高温改性处理制备改性凹凸棒粘土； 3) 常温下，将各个组成物质按比例进行混合搅拌； 4) 将搅拌好的浆料压制成圆柱体颗粒后风干。
【文档编号】C02F1/52GK105858787SQ201610269334
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】柯凡, 李文朝, 周峰, 潘继征, 何延召, 范帆
【申请人】中国科学院南京地理与湖泊研究所