專利名稱：利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦化垃圾材料再利用的方法，更具體的說是利用礦化垃圾固體廢棄物材料制備用于污水處理磷聚填料的方法。
背景技術(shù)：
水處理中填料是生物膜技術(shù)的核心之一，其性能對廢水處理過程中的效率、能耗、 穩(wěn)定性及可靠性均有直接影響。此外，粉煤灰、粘土、沸石和礦化垃圾等礦物填料還可通過物理吸附、化學(xué)沉淀等作用高效去除水體中的氮磷。前人廣泛研究了上述填料用于水處理磷的吸附，取得良好的運行效果。張美蘭等人利用天然沸石和硅酸鈣為介質(zhì)的過濾裝置處理含氮磷的污水處理廠出水，研究天然沸石和硅酸鈣材料對氨氮和磷酸鹽的吸附性能。通過靜態(tài)試驗，得出了天然沸石粉末對氨氮和硅酸鈣粉末的磷酸鹽吸附容量分別為5. 76 mgNH4+-N/(g 沸石)和60mg Ρ0/-Ρ /(g·沸石)[張美蘭，何圣兵，陳雪初，等.天然沸石和硅酸鈣濾床的脫氨除磷效能.水處理技術(shù)，2007, 33(11) :71-74.)
除天然形成填料之外，此外還有學(xué)者研究工業(yè)化產(chǎn)業(yè)中人為的廢棄物填料。閆春燕等人通過對粉煤灰進行改性處理來吸附含磷廢水中的磷，取得了良好的吸附效果。探討了吸附接觸時間、改性粉煤灰投加量、磷初始濃度、PH值和溫度等因素對除磷效果的影響。結(jié)果表明，對于50mg/L的含磷廢水，在室溫，pH值壙10范圍內(nèi)，當(dāng)水灰比為100 3時，吸附20min 后磷的去除率可達99%以上，凈化后的污水中磷含量達國家一級排放標準的要求[閆春燕， 伊文濤.改性粉煤灰處理含磷廢水的探索研究.非金屬礦，2009，32 (6): 61-64.]。但上述研究僅對污水去除效能進行了研究，而未能對涉及填料對氮磷的去除機制研究。宋立杰等研究認為城市垃圾焚燒爐渣對磷有較好的去除效果，在初始磷酸鹽濃度低于200 mg/L時，對磷的去除率幾近100%，在初始濃度為1000 mg/L時，去除率達6796，對除磷后的爐渣進行磷的形態(tài)分析表明，溶液中磷酸鹽首先被爐渣快速吸附。之后與爐渣中的Ca、Al、Fe等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的Ca_P、Al-P和等沉淀態(tài)磷[宋立杰，趙由才，朱南文.城市垃圾焚燒爐渣處理含磷廢水的實驗.有色冶金設(shè)計與研究， 2009，30 (6) 75-79·]。礦化垃圾經(jīng)生活垃圾填埋場封場數(shù)年后形成的外觀類似于腐殖質(zhì)，呈微顆粒狀， 質(zhì)地疏松，具有無數(shù)微孔隙的生物填料，其Ca、Al和狗等含量遠高于一般土壤[陶正望， 夏立江，王進安.礦化垃圾生物反應(yīng)床處理垃圾滲濾液的效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2009，25 (1) 213-216]。楊玉江等采用恒溫培養(yǎng)方法研究了礦化垃圾對磷的吸附和解吸特性.同時與三種不同水稻土的磷吸附特性進行對比實驗。結(jié)果表明礦化垃圾對廢水中磷的等溫吸附曲線與LangmuiiNFreundlich及1Termkin等溫吸附方程的擬合度均達到顯著水平。與水稻土相比，礦化垃圾磷吸附飽和容量大，超過達1000 mg kg—1[楊玉江，趙由才， 邊炳鑫.垃圾填埋場礦化垃圾對廢水中磷的吸附特性研究.蘇州科技學(xué)院學(xué)報(工程技術(shù)版).2004, 17 (3) 1-5]。為此，礦物填料對磷的去除途徑主要源于填料中Ca、Al和狗等礦物成分與憐生成沉淀物[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.]。與此同時，非天然填料諸如礦化垃圾、煤焚燒爐渣、城市垃圾焚燒爐渣處理污水工程中存在重金屬或有機污染物等其他毒性成分淋溶浸出的二次污染風(fēng)險。有鑒于此，部分學(xué)者通過高溫?zé)Y(jié)的技術(shù)途徑進行固化預(yù)處理，同時消納土壤、污水廠污泥以及河湖清淤底泥等其他組分。曹鳳云等以脫水污泥為主料，添加適量粉煤灰和粘土，制備生物膜載體填料是實驗研究的主要內(nèi)容。實驗表明，污泥使用量為70%、粉煤灰和粘土各15%時，燒成溫度為100(Tl 025°C、保溫時間為40 min，燒制的填料抗壓強度能達到25 mpa、吸水率17%;用于藥廠廢水處理測試，在常溫下的化學(xué)需氧量(C0D&)的平均去除率為74. 0%、懸浮物(SQ的去除率為54. 1%[曹鳳云，單舒曼，王巖，等.生物膜載體填料-污泥資源化研究.環(huán)境科學(xué)與管理，2009，34(10): 50-53.]。鄭威等人利用藥廠的污泥和普通粘土為主要原料，燒結(jié)制備水處理生物膜法應(yīng)用的流離球填料及其處理藥廠污水的效果，研究結(jié)果表明燒結(jié)溫度對C0D&去除率有很大影響，工藝參數(shù)優(yōu)化后對C0D&最高去除率為53%[鄭威，單舒曼，尹波，等.藥廠污泥制備水處理用多孔流離球填料.化學(xué)工程師.2007，147(12): 49-52.]。馬興元以自行設(shè)計的反應(yīng)器作為生態(tài)濾床的基礎(chǔ)， 采用輕質(zhì)燒結(jié)的陶粒作為生態(tài)濾床的濾料，對其進行掛膜。在整個掛膜過程中，溫度控制在中溫條件下，進水PH值控制在7左右，水力停留時間為Mh，進水方式為連續(xù)進水，并根據(jù)需要對曝氣量進行凋節(jié)。研究結(jié)果表明，在中溫條件下采用活性污泥作為接種污泥，以輕質(zhì)陶粒為濾料的生態(tài)濾床在15d內(nèi)掛膜成功；且隨著進水污染負荷的提高，其去除率也逐漸提高，其中CODcr的去除率最后穩(wěn)定在95%左右，NH3-N的去除率穩(wěn)定在85%左右，TP的去除率在掛膜后期達到了 80%以上[馬興元，牛艷芳，呂凌云，等.輕質(zhì)陶粒濾料生態(tài)濾床的掛膜與啟動研究.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2009，18(6) :2118-2121]。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明要解決的技術(shù)問題
針對現(xiàn)有礦化垃圾應(yīng)用于水處理技術(shù)過程中可能存在的重金屬及痕量有機污染物浸出的風(fēng)險，本發(fā)明提供了利用礦化垃圾固體廢棄物材料制備磷聚填料的方法，利用礦化垃圾和Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥作為主要骨料，將固體廢棄物合成水處理填料，通過本發(fā)明制備得到的球形填料，可以提升對污水中的P吸附能力。2、技術(shù)方案
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)發(fā)明目的
發(fā)明原理原料預(yù)處理一配比一混合一制樣一高溫?zé)Y(jié)一性能測試。制備填料實驗中， 影響填料性能的因素主要有污泥/礦化垃圾用量、燒結(jié)溫度、保溫時間和填料粒徑。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法，其步驟為
(1)原料選擇和預(yù)處理選用生活垃圾填埋場填埋封10年以上的礦化垃圾和Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥，將原料通過篩子進行篩選；
(2)原料的配比混合將礦化垃圾、Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥按照重量百分含量礦化垃圾60 80%、Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥20 40%進行配置；
(3)制樣和高溫?zé)Y(jié)將步驟(2)配置的原料制成粒徑5 50 mm的填料，自然風(fēng)干后，燒結(jié)，燒結(jié)溫度60(Γ1400 ，燒結(jié)保溫時間5飛0 min，而后得到磷聚填料。步驟(1)中礦化垃圾中Ca和!^e的氧化物分別以CaO和!^e2O3 (計質(zhì)量含量不低于 10%和6%。Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥中鋁的氧化物以Al2O3計質(zhì)量含量不低于8%。步驟 (1)中礦化垃圾經(jīng)孔徑為5(T200 mm的滾筒篩篩分。3、有益效果
針對現(xiàn)有礦化垃圾應(yīng)用于水處理技術(shù)過程中可能存在的重金屬及痕量有機污染物浸出的風(fēng)險，本發(fā)明提供了利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法，利用礦化垃圾和Al 鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥作為原料，通過優(yōu)化組合高溫?zé)Y(jié)形成球形填料，利用填料中Ca、 Al和狗含量高的特征，提升對污水中的P吸附能力，形成填料磷的吸附最大能力為人工濕地填料沸石的6 8倍。實現(xiàn)固體廢棄物制作填料的資源化利用的同時，延長了人工濕地的使用壽命，節(jié)省了礦產(chǎn)資源。


圖1為實施例1所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等溫線圖； 圖2為實施例2所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等溫線圖3為實施例3所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等溫線圖； 圖4為實施例4所合成填料、沸石和火山灰的Langmuir吸附等溫線圖。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合實施例和附圖進一步說明本發(fā)明
選擇礦化垃圾、Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥(城市生活污水處理中加入Al鹽混凝劑后形成的污泥沉淀，該沉淀脫水后所形成的物質(zhì)，其中含水量按重量含量為60、0%)作為原料，按照重量含量60 80%礦化垃圾，20 40%的Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥進行配置， 混合成球后制成粒徑5 50 mm的填料，自然風(fēng)干后，利用馬弗爐經(jīng)過溫度60(Tl40(rC進行高溫?zé)Y(jié)，其燒結(jié)保溫時間控制在5飛0 min，從而得到磷聚填料。實施例1 基本步驟同上所述，只是將礦化垃圾和污水廠污泥按照重量75%和25% 的比例混合，填料造粒粒徑15 20 mm，燒結(jié)溫度1000°C和保溫時間30min的工況下合成，合成填料的抗壓強度為。表1-1 各項物理性能測試平均參數(shù)
權(quán)利要求
1.利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法，其步驟為(1)原料選擇和預(yù)處理選用生活垃圾填埋場填埋封10年以上的礦化垃圾和Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥，將原料通過篩子進行篩選；(2)原料的配比混合將礦化垃圾、Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥按照重量百分含量礦化垃圾60 80%、Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥20 40%進行配置；(3)制樣和高溫?zé)Y(jié)將步驟(2)配置的原料制成粒徑5 50mm的填料，自然風(fēng)干后，進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度60(Γ1400 ，燒結(jié)保溫時間5飛0 min，而后得到磷聚填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法，其特征在于步驟(1)中礦化垃圾Ca和!^e的氧化物分別以CaO和狗203 (計質(zhì)量含量不低于10%和6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法，其特征在于Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥中鋁的氧化物以Al2O3計質(zhì)量含量不低于8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法，其特征在于步驟(1)中礦化垃圾經(jīng)孔徑為5(T200 mm的滾筒篩篩分。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用礦化垃圾材料燒結(jié)制備磷聚填料的方法，屬于水處理材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明方法步驟為選用生活垃圾填埋場填埋封10年以上的礦化垃圾和Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥，將原料通過篩子進行篩選；將礦化垃圾、Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥按照重量百分含量礦化垃圾60～80%、Al鹽混凝劑應(yīng)用后脫水污泥20～40%進行配置；將配置的原料制成粒徑5~50mm的填料，自然風(fēng)干后，燒結(jié)，燒結(jié)溫度600~1400℃，燒結(jié)保溫時間5~60min，而后得到磷聚填料。本發(fā)明利用填料中Ca、Al和Fe含量高的特征，提升對污水中的P吸附能力，吸附最大能力為人工濕地填料沸石的6～8倍。實現(xiàn)固體廢棄物制作填料的資源化利用的同時，延長了人工濕地的使用壽命，節(jié)省了礦產(chǎn)資源。
文檔編號C02F3/32GK102241435SQ20111013882
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者張后虎, 張毅, 梁斌, 焦少俊, 王偉 申請人:環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所