一种多孔除磷陶粒及其制备方法和应用与流程

本发明涉及环境保护处理，具体涉及一种多孔除磷陶粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、低浓度含磷废水排入江河、湖泊等缓流水体，会导致水质恶化，藻类大量繁殖，从而造成出现水体富养化现象，严重危害水生生态系统和人类健康，因此需要降低废水中的磷含量，目前废水中除磷方式有很多，比如吸附法，利用吸附剂提供的大比表面积，通过磷在吸附剂表面的附着、离子交换或表面沉淀过程，将磷从水体中分离，不仅可以实现消除废水中的磷，而且可以回收废水中的磷进行再利用，实现变废为宝；

2、其中，陶粒滤料属于吸附剂之一，陶粒滤料是指以天然粘土矿物或固体废弃物为主要原料，辅以少量外加剂经烘干、配料、制粉、成球、蒸压养护或高温烧制和筛粉等一系列工艺加工而成的粒状材料；但是现有陶粒滤料的吸附容量小且孔道少，导致降低陶粒滤料对磷的吸附性能和吸附速率，从而造成影响除磷效果和除磷效率,且在传统陶粒制作过程中，产生的残留二噁英等氯化多核芳香化合物会污染周围环境，生产以及维护成本高。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种多孔除磷陶粒及其制备方法和应用，以解决现有技术中陶粒滤料除磷效果差和除磷效率低的问题。

2、一种多孔除磷陶粒，所述除磷陶粒包括以下质量百分比计的组分：活性原料8-10％，稀土氧化物7-10％，底泥40-60％，石粉15-26％，石墨烯5-6％、造孔剂2-4％和粘结剂3-4％；

3、其中，所述活性原料由高岭土、页岩、玄武岩、粉煤灰和火山岩组成

4、优选的，所述稀土氧化物为ceo2和la2o3；ceo2属于变价氧化物，具有极好的储氧和释氧能力，且所述活性原料内、底泥和石粉含有al2o3、cao、fe2o3和sio2等成分，ceo2起到助催化作用，在烧结时释放o2和co2等气体，以此有利于除磷陶粒表面产生多个孔道，而la2o3的分散性好，能促进ceo2的分散和催化作用，进一步提高气体的产生。

5、优选的，所述底泥采用城市(市政)生活污泥；除磷陶粒主要制备材料为城市(市政)生活污泥，没有重金属离子，属废弃物资源化利用领域，其中，底泥在烧结中会被燃烧至尽，能在陶粒上形成有效孔径的通孔，不仅能保证陶粒的筒压强度，还有利于产生大量的通孔空隙，同时底泥的热量在烧结中能降低陶粒烧结温度，使得结晶温度得到进一步降低，节能的同时，有助于提高陶粒的产品品质，因此相比于传统陶粒1.0mpa，孔隙率40％，本技术制备的陶粒筒压强度2.0mpa-2.55mpa，孔隙率高达50％-65％，底泥对孔隙率进行调节的同时，减少了碳足迹，对城市(市政)生活污泥的减量化、资源化提供路径。

6、优选的，所述造孔剂由旱伞草和无烟煤混合制备而成，且旱伞草与无烟煤的含量比例为1:1；在烧结时，造孔剂中有机质分解产生膨胀气体，以此使陶粒的开孔率增大，从而提高磷与陶粒内有效组分的接触，无烟煤能使陶粒表面产生大小不一的小孔，但是粗糙程度不够，而旱伞草能提高陶粒表面的粗糙程度，通过两者相结合，以此增大陶粒内的孔隙，有利于提高陶粒的除磷效果。

7、优选的，所述粘结剂设置为蒙脱石或膨润土；通过蒙脱石或膨润土的设置，有利于提高陶粒生产中造粒用水的黏性，提高水对各种物料的黏结能力，以此有利于陶粒成型。

8、优选的，所述除磷陶粒组分内添加有ca、mg和fe添加剂；ca能与po43-发生化学反应生产ca3(po4)2沉淀,而mg和fe在烧结时形成fe2o3和mgo，其中fe2o3和mgo有吸收磷的能力，以此提高陶粒对磷的吸附性能，能长期缓释对磷的吸收效果。

9、上述多孔除磷陶粒应用在生态修复领域、土壤修复领域和污水处理领域中。

10、一种利用上述所述的多孔除磷陶粒的制备方法，该方法的具体步聚为：

11、s1:预处理，将上述各组分放置于低温窑内进行烘干处理，烘干温度为200℃，其中，活性原料、底泥和石粉在烘干后，再进行粉碎处理，且能过100目筛；

12、s2:混合，将s1中预处理后的组分按规定配比进行称量，称量后将其放置在搅拌器内进行均匀混合，制得混合料；

13、s3:造粒，将s2中得到的混合料分次加入到造粒机内，在造粒的过程中，每次添加混合料时，需喷洒雾化后的水，以此得到陶粒生料；

14、s4:干燥，将s3中得到陶粒生料放置在烘箱中，在65℃环境下，进行干燥6h；

15、s5:烧结，然后将陶粒生料放置在高温窑内，先200℃对陶粒生料进行预热，然后以5-7℃/min的升温速度，升温至600-800℃，整个烧结时间设置在2-4h，待结束后自然冷却，以此得到多孔除磷陶料。

16、优选的，在所述s5中，烧结温度设置为700℃，烧结升温速度设置为6℃/min，烧结时间设置为3h；若烧结温度过高会导致除磷陶粒组分内的ai3+和ca2+等金属离子会与sio2反应生产稳定的硅酸盐类物质，且升温速度过快会导致陶粒表面形成大孔，降低陶粒的比表面及和吸附位点，同时烧结时间过长或过短，会导致组分材料堵塞孔道，从而导致陶粒的吸附除磷效果降低。

17、优选的，在所述s5中，位于所述高温窑尾部设置有热交换装置；通过设置热交换装置，使高温窑内的热空气通过管道引入低温窑，以此实现余热回收再利用，低温窑将底泥含水率烘干到48.69％-58.93％,例如含水率为48％左右的底泥低位热值大概为3126大卡左右,通过热交换设置，大概需要燃料成本为0.7-0.8公斤灰分，10-15％的生物质燃料,相比较于传统陶粒制备，每立方陶粒制备能够减少15％-25％的燃料成本，因此通过窑炉设计，有利于减少碳足迹以及实现节能减排的效果。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、1、本发明制备的除磷陶粒所采用主要组分制为底泥和石粉，而底泥和石粉来自于城市(市政)生活污泥和采石矿，这些均属于废弃物，以此实现变废为宝的目的，且底泥能够降低陶粒烧结温度，使得结晶温度得到进一步降低，节能且能提高陶粒的产品品质，同时也能提高陶粒的孔隙率以及筒压强度，减少碳足迹，对城市(市政)生活污泥的减量化、资源化提供路径。

20、2、本发明通过在陶粒组分中添加ca、mg和fe，ca能与po43-发生化学反应生产ca3(po4)2沉淀,mg和fe在烧结时形成fe2o3和mgo，而fe2o3和mgo有吸收磷的能力，以此提高陶粒滤料的除磷效果和除磷效率。

21、3、本发明通过在陶粒组分中添加ceo2和la2o3，ceo2属于变价氧化物，具有储氧和释氧能力，而活性原料、底泥和石粉内含有al2o3、cao、fe2o3和sio2等成分，ceo2起到助催化作用，在烧结时，ceo2与这些成分发生反应，且释放o2和co2等气体，以此有利于除磷陶粒表面产生多个孔道，而la2o3的分散性好，能促进ceo2的分散和催化作用，进一步提高气体的产生，以此提高陶粒滤料对磷的吸附性能和吸附速率。

22、4、本发明通过窑炉设计，减少低温窑的燃料成本，同时通过控制低温窑的温度，以及陶粒生料在高温窑内烧结温度以及烧结时间，以此减少二噁英等氯化多核芳香化合物和氮氧化物的产生，有利于降低环保工艺运营成本，解决生产陶粒所携带的环保问题。