专利名称：利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法
技术领域：
本发明涉及矿化垃圾材料再利用的方法，更具体的说是利用矿化垃圾固体废弃物材料制备用于污水处理磷聚填料的方法。
背景技术：
水处理中填料是生物膜技术的核心之一，其性能对废水处理过程中的效率、能耗、 稳定性及可靠性均有直接影响。此外，粉煤灰、粘土、沸石和矿化垃圾等矿物填料还可通过物理吸附、化学沉淀等作用高效去除水体中的氮磷。前人广泛研究了上述填料用于水处理磷的吸附，取得良好的运行效果。张美兰等人利用天然沸石和硅酸钙为介质的过滤装置处理含氮磷的污水处理厂出水，研究天然沸石和硅酸钙材料对氨氮和磷酸盐的吸附性能。通过静态试验，得出了天然沸石粉末对氨氮和硅酸钙粉末的磷酸盐吸附容量分别为5. 76 mgNH4+-N/(g 沸石)和60mg Ρ0/-Ρ /(g·沸石)[张美兰，何圣兵，陈雪初，等.天然沸石和硅酸钙滤床的脱氨除磷效能.水处理技术，2007, 33(11) :71-74.)
除天然形成填料之外，此外还有学者研究工业化产业中人为的废弃物填料。闫春燕等人通过对粉煤灰进行改性处理来吸附含磷废水中的磷，取得了良好的吸附效果。探讨了吸附接触时间、改性粉煤灰投加量、磷初始浓度、PH值和温度等因素对除磷效果的影响。结果表明，对于50mg/L的含磷废水，在室温，pH值圹10范围内，当水灰比为100 3时，吸附20min 后磷的去除率可达99%以上，净化后的污水中磷含量达国家一级排放标准的要求[闫春燕， 伊文涛.改性粉煤灰处理含磷废水的探索研究.非金属矿，2009，32 (6): 61-64.]。但上述研究仅对污水去除效能进行了研究，而未能对涉及填料对氮磷的去除机制研究。宋立杰等研究认为城市垃圾焚烧炉渣对磷有较好的去除效果，在初始磷酸盐浓度低于200 mg/L时，对磷的去除率几近100%，在初始浓度为1000 mg/L时，去除率达6796，对除磷后的炉渣进行磷的形态分析表明，溶液中磷酸盐首先被炉渣快速吸附。之后与炉渣中的Ca、Al、Fe等金属发生化学反应，转化成稳定的Ca_P、Al-P和等沉淀态磷[宋立杰，赵由才，朱南文.城市垃圾焚烧炉渣处理含磷废水的实验.有色冶金设计与研究， 2009，30 (6) 75-79·]。矿化垃圾经生活垃圾填埋场封场数年后形成的外观类似于腐殖质，呈微颗粒状， 质地疏松，具有无数微孔隙的生物填料，其Ca、Al和狗等含量远高于一般土壤[陶正望， 夏立江，王进安.矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液的效果[J].农业工程学报， 2009，25 (1) 213-216]。杨玉江等采用恒温培养方法研究了矿化垃圾对磷的吸附和解吸特性.同时与三种不同水稻土的磷吸附特性进行对比实验。结果表明矿化垃圾对废水中磷的等温吸附曲线与LangmuiiNFreundlich及1Termkin等温吸附方程的拟合度均达到显著水平。与水稻土相比，矿化垃圾磷吸附饱和容量大，超过达1000 mg kg—1[杨玉江，赵由才， 边炳鑫.垃圾填埋场矿化垃圾对废水中磷的吸附特性研究.苏州科技学院学报(工程技术版).2004, 17 (3) 1-5]。为此，矿物填料对磷的去除途径主要源于填料中Ca、Al和狗等矿物成分与憐生成沉淀物[Griineberg, B. and Kern, J. , Phosphorous retention capacity of iron-ore and blast furnace slag in subsurface flow constructed wetland. Water Sci. Technol. 2001, 44，69 - 75.]。与此同时，非天然填料诸如矿化垃圾、煤焚烧炉渣、城市垃圾焚烧炉渣处理污水工程中存在重金属或有机污染物等其他毒性成分淋溶浸出的二次污染风险。有鉴于此，部分学者通过高温烧结的技术途径进行固化预处理，同时消纳土壤、污水厂污泥以及河湖清淤底泥等其他组分。曹凤云等以脱水污泥为主料，添加适量粉煤灰和粘土，制备生物膜载体填料是实验研究的主要内容。实验表明，污泥使用量为70%、粉煤灰和粘土各15%时，烧成温度为100(Tl 025°C、保温时间为40 min，烧制的填料抗压强度能达到25 mpa、吸水率17%;用于药厂废水处理测试，在常温下的化学需氧量(C0D&)的平均去除率为74. 0%、悬浮物(SQ的去除率为54. 1%[曹凤云，单舒曼，王岩，等.生物膜载体填料-污泥资源化研究.环境科学与管理，2009，34(10): 50-53.]。郑威等人利用药厂的污泥和普通粘土为主要原料，烧结制备水处理生物膜法应用的流离球填料及其处理药厂污水的效果，研究结果表明烧结温度对C0D&去除率有很大影响，工艺参数优化后对C0D&最高去除率为53%[郑威，单舒曼，尹波，等.药厂污泥制备水处理用多孔流离球填料.化学工程师.2007，147(12): 49-52.]。马兴元以自行设计的反应器作为生态滤床的基础， 采用轻质烧结的陶粒作为生态滤床的滤料，对其进行挂膜。在整个挂膜过程中，温度控制在中温条件下，进水PH值控制在7左右，水力停留时间为Mh，进水方式为连续进水，并根据需要对曝气量进行凋节。研究结果表明，在中温条件下采用活性污泥作为接种污泥，以轻质陶粒为滤料的生态滤床在15d内挂膜成功；且随着进水污染负荷的提高，其去除率也逐渐提高，其中CODcr的去除率最后稳定在95%左右，NH3-N的去除率稳定在85%左右，TP的去除率在挂膜后期达到了 80%以上[马兴元，牛艳芳，吕凌云，等.轻质陶粒滤料生态滤床的挂膜与启动研究.生态环境学报，2009，18(6) :2118-2121]。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现有矿化垃圾应用于水处理技术过程中可能存在的重金属及痕量有机污染物浸出的风险，本发明提供了利用矿化垃圾固体废弃物材料制备磷聚填料的方法，利用矿化垃圾和Al盐混凝剂应用后脱水污泥作为主要骨料，将固体废弃物合成水处理填料，通过本发明制备得到的球形填料，可以提升对污水中的P吸附能力。2、技术方案
本发明是通过以下技术方案实现发明目的
发明原理原料预处理一配比一混合一制样一高温烧结一性能测试。制备填料实验中， 影响填料性能的因素主要有污泥/矿化垃圾用量、烧结温度、保温时间和填料粒径。本发明的技术方案如下
利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法，其步骤为
(1)原料选择和预处理选用生活垃圾填埋场填埋封10年以上的矿化垃圾和Al盐混凝剂应用后脱水污泥，将原料通过筛子进行筛选；
(2)原料的配比混合将矿化垃圾、Al盐混凝剂应用后脱水污泥按照重量百分含量矿化垃圾60 80%、Al盐混凝剂应用后脱水污泥20 40%进行配置；
(3)制样和高温烧结将步骤(2)配置的原料制成粒径5 50 mm的填料，自然风干后，烧结，烧结温度60(Γ1400 ，烧结保温时间5飞0 min，而后得到磷聚填料。步骤(1)中矿化垃圾中Ca和!^e的氧化物分别以CaO和!^e2O3 (计质量含量不低于 10%和6%。Al盐混凝剂应用后脱水污泥中铝的氧化物以Al2O3计质量含量不低于8%。步骤 (1)中矿化垃圾经孔径为5(T200 mm的滚筒筛筛分。3、有益效果
针对现有矿化垃圾应用于水处理技术过程中可能存在的重金属及痕量有机污染物浸出的风险，本发明提供了利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法，利用矿化垃圾和Al 盐混凝剂应用后脱水污泥作为原料，通过优化组合高温烧结形成球形填料，利用填料中Ca、 Al和狗含量高的特征，提升对污水中的P吸附能力，形成填料磷的吸附最大能力为人工湿地填料沸石的6 8倍。实现固体废弃物制作填料的资源化利用的同时，延长了人工湿地的使用寿命，节省了矿产资源。
图1为实施例1所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等温线图； 图2为实施例2所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等温线图3为实施例3所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等温线图； 图4为实施例4所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等温线图。
具体实施例方式现结合实施例和附图进一步说明本发明
选择矿化垃圾、Al盐混凝剂应用后脱水污泥(城市生活污水处理中加入Al盐混凝剂后形成的污泥沉淀，该沉淀脱水后所形成的物质，其中含水量按重量含量为60、0%)作为原料，按照重量含量60 80%矿化垃圾，20 40%的Al盐混凝剂应用后脱水污泥进行配置， 混合成球后制成粒径5 50 mm的填料，自然风干后，利用马弗炉经过温度60(Tl40(rC进行高温烧结，其烧结保温时间控制在5飞0 min，从而得到磷聚填料。实施例1 基本步骤同上所述，只是将矿化垃圾和污水厂污泥按照重量75%和25% 的比例混合，填料造粒粒径15 20 mm，烧结温度1000°C和保温时间30min的工况下合成，合成填料的抗压强度为。表1-1 各项物理性能测试平均参数
权利要求
1.利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法，其步骤为(1)原料选择和预处理选用生活垃圾填埋场填埋封10年以上的矿化垃圾和Al盐混凝剂应用后脱水污泥，将原料通过筛子进行筛选；(2)原料的配比混合将矿化垃圾、Al盐混凝剂应用后脱水污泥按照重量百分含量矿化垃圾60 80%、Al盐混凝剂应用后脱水污泥20 40%进行配置；(3)制样和高温烧结将步骤(2)配置的原料制成粒径5 50mm的填料，自然风干后，进行烧结，烧结温度60(Γ1400 ，烧结保温时间5飞0 min，而后得到磷聚填料。
2.根据权利要求1所述的利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法，其特征在于步骤(1)中矿化垃圾Ca和!^e的氧化物分别以CaO和狗203 (计质量含量不低于10%和6%。
3.根据权利要求1或2所述的利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法，其特征在于Al盐混凝剂应用后脱水污泥中铝的氧化物以Al2O3计质量含量不低于8%。
4.根据权利要求1或2所述的利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法，其特征在于步骤(1)中矿化垃圾经孔径为5(T200 mm的滚筒筛筛分。
全文摘要
本发明公开了利用矿化垃圾材料烧结制备磷聚填料的方法，属于水处理材料制备领域。本发明方法步骤为选用生活垃圾填埋场填埋封10年以上的矿化垃圾和Al盐混凝剂应用后脱水污泥，将原料通过筛子进行筛选；将矿化垃圾、Al盐混凝剂应用后脱水污泥按照重量百分含量矿化垃圾60～80%、Al盐混凝剂应用后脱水污泥20～40%进行配置；将配置的原料制成粒径5~50mm的填料，自然风干后，烧结，烧结温度600~1400℃，烧结保温时间5~60min，而后得到磷聚填料。本发明利用填料中Ca、Al和Fe含量高的特征，提升对污水中的P吸附能力，吸附最大能力为人工湿地填料沸石的6～8倍。实现固体废弃物制作填料的资源化利用的同时，延长了人工湿地的使用寿命，节省了矿产资源。
文档编号C02F3/32GK102241435SQ20111013882
公开日2011年11月16日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者张后虎, 张毅, 梁斌, 焦少俊, 王伟 申请人:环境保护部南京环境科学研究所