专利名称：一种人工湿地球形陶粒基质及其制备方法
一种人工湿地球形陶粒基质及其制备方法技术领域
本发明属于水污染控制工程污水处理技术领域，具体涉及一种人工湿地球形陶粒基质及其制备方法。
背景技术：
人工湿地是一种高效的生态水质净化技术，具有较强的氮、磷处理能力，并能长期运行，其工艺先进、技术可靠、高效节能、简便易行、投资省、运行费用低，生态环境效益显著，可实现污水资源化。适合于市政污水、工农业废水的处理和受污染水体的修复，处理后的水可直接回用或排入景观水体、水库、河流或湖泊中。基于以上优点，人工湿地技术越来越受到重视，在各国已经得到普遍的推广应用。
基质是人工湿地的重要组成部分，为植物和微生物提供生长介质、为污水渗流提供良好的水力条件的同时，也能通过过滤、吸附和沉淀作用等作用直接去除污染物。其种类、性质和制备方法是人工湿地处理技术的核心。然而，现有的湿地基质普遍存在对氮、磷的去除能力相对较低，堵塞问题严重，难以维持人工湿地处理系统的持久连续运行的缺陷。 因此，研究一种对氮、磷的去除能力高、改善堵塞问题的人工湿地基质有着重要的现实意义。发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种人工湿地球形陶粒基质及其制备方法。本发明的方法操作简单方便，经运行实践表明，所制备的陶粒基质能高效去除污水中的COD、氨氮和总磷等污染物，无基质堵塞问题出现，污水经处理后能达到《城镇污水处理厂污水排放标准》一级A标准。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术解决方案
一种用于人工湿地的球形陶粒基质，其特征在于，制得的基质采用如下质量比的原料制备而成高岭土 污泥=0. 60 0. 70 1。
所述基质粒径为8 IOmm和15 18mm。
上述的人工湿地陶粒基质的制备方法，具体包括如下步骤
1)污泥处理处理掉给水厂的终端混凝污泥中的杂质，并使该污泥呈糊状，将污泥在105°C下烘干；
2)制作陶粒将高岭土混入处理后的污泥，每千克污泥中混入0. 60 0. 70kg高岭土，均勻混合后，调节混合后的污泥含水率至60 65%，用该混合后的污泥制作粒径为 15 18mm和25 ^mm的球形陶粒；
3)烧结将制作好的陶粒在200°C条件下预热lh，在600 700°C温度条件下烧结 120 150min，得到球形陶粒基质。
所述球形陶粒基质的粒径为8 IOmm和15 18mm两种。
与现有技术相比，本发明具有以下优点
(1)原料之一取自给水厂的终端混凝污泥，在减轻给水厂污泥处理压力，节约经济成本的同时，进行城镇污水的强化处理，真正意义上实现了 “以废治废”，具有良好的环境效益和社会效益；给水厂的终端污泥为混凝污泥，混凝污泥经烧制后留下众多微型孔道，对氨氮、磷等污染物有很强的吸附去除能力；同时，混凝污泥中有大量铝、铁等金属元素，可将污水中的磷酸盐沉淀去除。
(2)球形基质比表面积大，有利于各类微生物的附着生长，能够有效去除水中的有机物和总氮。
(3)基质是具有大量孔道结构的球形材料，在增加固-液两相接触面积的同时，为人工湿地处理系统提供了良好的水力条件，可有效的防止基质堵塞。
(4)污染物溶出少，由于基质的取材于给水厂的终端混凝污泥，污泥中含有大量的有机物和重金属，经过高温下的煅烧，有机物被大量燃烧去除，同时经过改变泥的结构实现重金属的固化，仅有少量有机物和重金属的溶出。
图1是本发明的方法烧制前后基质的形貌特征，其中，图1(a)为基质烧制前的形貌，图1(b)为烧制后基质的形貌。
图2是处理出水中COD浓度随时间的变化的示意图。
图3是处理出水中TP随运行时间的变化的示意图。
图4是处理出水中氨氮浓度随运行时间的变化的示意图。
图5是处理出水中总氮浓度随运行时间的变化的示意图。
以下结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步解释说明。
具体实施方式
在人工湿地基质的制备方法研究中，发明人进行了如下的试验过程，从而确定基质制备方法中的较优控制参数。
(1)选择原料和制作陶粒
申请人经研究发现，给水厂的终端混凝污泥经烧制后会形成众多微型孔道，这种结构对污染物有很强的吸附去除能力。同时，终端混凝污泥中存在大量铝、铁等混凝剂残留，对污水中的磷酸盐有着良好的沉淀去除性能；因此，选择给水厂的终端混凝污泥作为基质的原料。本实验的污泥取自西安市曲江水厂的终端污泥，该水厂的混凝沉淀工艺加入的药剂为聚合氯化铝(PAC)，污泥脱水前投加调理药剂阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)。
烧制过程中陶粒会大量失水而体积变小，湿度过高易导致成品陶粒出现龟裂，湿度过低则不易制作。实验发现，在原料配比、烧结时间、烧结温度等条件一定的情况下，糊状污泥的湿度为60 65%时便于陶粒制作成型。初始粒径为15 18mm和25 ^mm时，制备得到的成品陶粒粒径分别为8 IOmm和15 18mm(见图1)。因此，控制烧制前陶粒的湿度为60 65%，初始粒径为15 18mm和25 沘讓。
(2)原料配比
高岭土具有一定的黏性，与污泥混合烧结可使成品陶粒易于成型；经发明人试验研究发现，高岭土比例过高时，虽然使得成品陶粒虽具更好的强度，但成品陶粒的球体密实，孔道较少，不利于水处理中增加固-液两相接触面积为人工湿地处理单元提供良好的水力条件和微生物的附着，也不利于对污泥进行大量的处理。在陶粒粒径、烧结时间、烧结温度均一定的情况下，不同的原料质量比得到的成品基质的强度见表1，取成品基质进行静态浸泡溶出试验，溶出结果如表2所示。从表1和表2可见，当高岭土与干污泥的质量比为 0.60 0.70 1时，成品陶粒基质具有良好的强度，且在该金属离子和有机物的溶出量较小，从而确定高岭土与污泥的质量比为0.60 0.70 1。
表1高岭土 /污泥配比对成品基质强度的影响
权利要求
1.一种用于人工湿地的球形陶粒基质，其特征在于，制得的基质采用如下质量比的原料制备而成高岭土 污泥=0. 60 0. 70 1。
2.权利要求1所述的基质，其特征在于，所述基质粒径为8 IOmm和15 18mm。
3.权利要求1所述的人工湿地陶粒基质的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤1)污泥处理处理掉给水厂的终端混凝污泥中的杂质，并使该污泥呈糊状，将污泥在 105°C下烘干；2)制作陶粒将高岭土混入处理后的污泥，每千克污泥中混入0.60 0. 70kg高岭土， 均勻混合后，调节混合后的污泥含水率至60 65%，用该混合后的污泥制作粒径为15 18mm和25 ^mm的球形陶粒；3)烧结将制作好的陶粒在200°C条件下预热lh，然后在600 700°C温度条件下烧结 120 150min，得到球形陶粒基质。
4.如权利要求3所述人工湿地陶粒基质的制备方法，其特征在于，所述球形陶粒基质的粒径为8 IOmm和15 18mm两种。
全文摘要
本发明公开了一种人工湿地陶粒基质的制备方法，包括如下步骤将给水厂的终端混凝污泥中的杂质和颗粒处理掉使之呈糊状；制作陶粒将高岭土混入处理后的污泥，每千克干污泥中混入0.60～0.70kg高岭土，均匀混合后，调节污泥含水率为60～65％，用该污泥制作粒径为15～18mm和25～28mm的球形陶粒；烧结将制作好的陶粒在200℃条件下预热1h，600～700℃温度条件下烧结120～150min，得到粒径为8～10mm和15～18mm的球形陶粒基质成品。经实验证明，该方法制备的基质能高效去除污水中的COD、氨氮和总磷等污染物，无基质堵塞问题出现，污水经处理后能达到《城镇污水处理厂污水排放标准》一级A标准，适用各类生活污水、工农业废水和受污染地表水的处理。
文档编号C02F3/32GK102503368SQ201110313868
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者刘海楠, 卜龙利, 周礼川, 王文东, 王洪平 申请人:西安建筑科技大学