本發(fā)明屬于面源污染控制領(lǐng)域，具體涉及利用赤泥復(fù)合材料對雨水徑流中磷進(jìn)行截留的方法。
背景技術(shù)：
赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中的廢渣。2013年我國赤泥產(chǎn)量為7300萬噸，利用率僅為4％，目前我國赤泥的累計堆存量已達(dá)3億多噸。赤泥中鐵和鋁的含量較高，鐵和鋁容易與磷發(fā)生結(jié)合，因此赤泥具有較高的磷吸附潛力，經(jīng)過研究已確定了其用于水中除磷的可行性，可以得到較高的磷去除效果。在水處理方面，作為水吸附劑處理點源污染的磷，對赤泥的消納量很少，難以解決赤泥堆存問題；如果能夠?qū)⒊嗄嘤糜诿嬖戳孜廴镜闹卫恚梢源罅坷贸嗄?，則有助于減少赤泥的貯存量。
磷被視為是水體的重要生源要素之一，是面源污染控制的重要污染物目標(biāo)，對雨水徑流中的磷進(jìn)行截留，對防治水體污染修復(fù)具有十分重要的意義。雨水徑流中的磷可以通過土壤的滲濾作用得到去除，種植植物也會對磷的去除具有促進(jìn)作用。目前由于海綿城市建設(shè)的需要，城市要不斷提高對雨水的滲透、凈化等方面的能力，草坪磚的使用可以有利于雨水的下滲，同時，植草格將植草區(qū)域變?yōu)榭沙兄乇砻?，適用于停車場、人行道和固坡護(hù)堤等眾多場地。植草格對雨水徑流中磷的處理主要靠土壤滲濾和植物吸收，雨水徑流中的磷大多都滲入地下水或表流到地表水或者城市下水道，若能強(qiáng)化植草格對磷的處理，則有助于減少流入上述水體及排水管道中的磷負(fù)荷。因此，將赤泥復(fù)合材料至于草坪磚的植草格中，可以結(jié)合土壤、植物和赤泥復(fù)合材料3方面進(jìn)行協(xié)同除磷，促進(jìn)磷的去除而減少雨水徑流中磷的污染。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：利用赤泥、硅灰石和底泥進(jìn)行赤泥復(fù)合材料的制備，然后將赤泥復(fù)合材料填充于草坪磚的植草格，對雨水徑流中磷進(jìn)行去除，以減少徑流中下滲入地下水和流入城市排水管道、地表水體的磷含量。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：
本發(fā)明提供的赤泥復(fù)合材料，由以下原料制成：赤泥60～75％，硅灰石10～20％，底泥10～20％，發(fā)泡劑5～10％，均為質(zhì)量百分比。
所述的赤泥復(fù)合材料，優(yōu)選為可以由以下原料替換制成：赤泥65％，硅灰石15％，底泥15％，發(fā)泡劑5％，均為質(zhì)量百分比，發(fā)泡劑采用碳酸氫鈉。
所述的發(fā)泡劑采用碳酸氫鈉。
本發(fā)明提供的上述的赤泥復(fù)合材料，其在去除雨水徑流中磷的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的上述的赤泥復(fù)合材料，其應(yīng)用時，可以將赤泥復(fù)合材料置于草坪磚的植草格之中，使雨水徑流中的磷經(jīng)赤泥復(fù)合材料截留，以減少對地表水體和地下水的磷污染，并減少進(jìn)入城市雨水管道中的磷負(fù)荷。
本發(fā)明提供的赤泥復(fù)合材料的制備方法，具體是：按質(zhì)量計，將赤泥60～75％、硅灰石10～20％和底泥10～20％混合后，加入發(fā)泡劑5～10％，按每g干物質(zhì)0.25mL的加水量進(jìn)行攪拌，之后進(jìn)行造粒，室溫下風(fēng)干24h，并通過焙燒制成，焙燒工藝為580～610℃下焙燒25～35min，然后980～1000℃下燒結(jié)25～35min。
上述方法中，所述赤泥、硅灰石和底泥均過100目篩，混合均勻。
上述方法中，所述赤泥復(fù)合材料為球形，粒徑為8～15mm，可以用肥料造粒的機(jī)械進(jìn)行制備。
本發(fā)明提供的上述方法制備的赤泥復(fù)合材料，其在去除雨水徑流中磷的應(yīng)用。
本發(fā)明制備的赤泥復(fù)合材料，其在去除雨水徑流中磷的應(yīng)用時，是將赤泥復(fù)合材料置于草坪磚的植草格之中，使雨水徑流中的磷經(jīng)赤泥復(fù)合材料截留，以減少對地表水體和地下水的磷污染，并減少進(jìn)入城市雨水管道中的磷負(fù)荷。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點：
1.赤泥為氧化鋁產(chǎn)生過程中的廢物，湖泊底泥也是疏浚過程中產(chǎn)生的廢物，硅灰石是一種天然的礦粉，因此原料的成本低。
2.硅灰石的添加，可以增加赤泥復(fù)合材料的牢固度。
3.底泥含有較多的有機(jī)質(zhì)，在焙燒過程中有機(jī)質(zhì)揮發(fā)，可以使赤泥復(fù)合材料形成多孔的結(jié)構(gòu)，從而增加復(fù)合材料的磷吸附能力。
4.草坪磚在城市許多場所廣泛使用，赤泥復(fù)合材料的使用可以促進(jìn)草坪磚的除磷能力，減少進(jìn)入排水管道、地表水體和地下水中的磷負(fù)荷。
附圖說明
圖1為赤泥復(fù)合填料制作流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供的方法是一種利用赤泥復(fù)合材料置于草坪磚的植草格以截留雨水磷的方法，該方法的實施步驟如下：
1.為保證赤泥復(fù)合材料具有良好的燒結(jié)和膨脹性能，其主要原料組成為赤泥、硅灰石、底泥和發(fā)泡劑，其含量質(zhì)量比例分別為60～75％、10～20％、10～20％和5～10％；優(yōu)選為其含量質(zhì)量比例分別為65％、15％、15％和5％，這個優(yōu)選比例符合SiO2-Al2O3-溶劑三元法原料化學(xué)成分Riley三角形。發(fā)泡劑采用碳酸氫鈉。
2.原材料過100目篩，加入碳酸氫鈉混合均勻，加水進(jìn)行攪拌，之后用顆粒成型機(jī)進(jìn)行造粒，合適的粒徑可以使赤泥復(fù)合材料具有較大的比表面積，同時具有較好的強(qiáng)度，造粒的粒徑范圍為8～15mm。
3.造粒后的赤泥復(fù)合材料，室溫下風(fēng)干24h，600℃下焙燒30min，1000℃下燒結(jié)30min。原料中的吸附水在100℃揮發(fā)；超過500℃時，赤泥原料將逐漸失去水化水和結(jié)構(gòu)骨架中的結(jié)合水；碳酸鹽礦物從700℃開始分解反應(yīng)并產(chǎn)生CO2等氣體，從而有助于增加復(fù)合材料的孔隙度，同時原料中的有機(jī)質(zhì)也在高溫下發(fā)生灰化，從而進(jìn)一步增加赤泥復(fù)合材料中的空孔位，使具有良好的磷吸附性能。
4.將赤泥復(fù)合材料置于草坪磚的植草格之中，使雨水徑流中的磷經(jīng)赤泥復(fù)合材料截留，從而降低下滲流或表流中的磷含量。
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不限定本發(fā)明。
實施例1：
將廣西平果鋁業(yè)有限公司的赤泥、湖北大冶的硅灰石礦粉和經(jīng)風(fēng)干預(yù)處理的武漢南湖的底泥，研磨過100目篩，與碳酸氫鈉按照65:15:15:5的質(zhì)量比例進(jìn)行混合，然后加入水?dāng)嚢璩珊隣?，制成直徑?～12mm的球形顆粒，室溫下風(fēng)干24h，用馬弗爐于600℃下焙燒30min，1000℃下燒結(jié)30min。
在武漢6月份降雨時，取雨水徑流進(jìn)行赤泥復(fù)合材料去除磷的研究。結(jié)果表明，在雨水徑流磷為1.9mg L-1的條件下，赤泥復(fù)合材料可以達(dá)到以下效果：10、40、80、100、120、180、210和240min的反應(yīng)時間內(nèi)，赤泥復(fù)合材料對雨水徑流中磷的去除率為5.9％、17.0％、18.9％、25.8％、32.5％、33.7％、46.2％和51.1％。初始雨水徑流pH為7.16，經(jīng)240min吸附后，雨水徑流的pH為7.09，赤泥對雨水徑流pH沒有不利影響。
將赤泥、底泥和碳酸氫鈉按照80:15:5的質(zhì)量比例，同樣依據(jù)上述制備過程獲得不加硅灰石的赤泥復(fù)合材料，對含硅灰石和不含硅灰石的赤泥復(fù)合材料進(jìn)行水浸實驗持續(xù)28天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不含硅灰石的赤泥復(fù)合材料經(jīng)水浸后脫落量為0.033g/kg，而含硅灰石的赤泥復(fù)合材料經(jīng)水浸后脫落量為0.005g/kg，可見硅灰石的添加可以增強(qiáng)赤泥復(fù)合材料的牢固度。
實施例2：
將廣西平果鋁業(yè)有限公司的赤泥、湖北大冶的硅灰石礦粉和經(jīng)風(fēng)干預(yù)處理的武漢南湖的底泥，南湖底泥的有機(jī)質(zhì)含量為29.8g/kg，研磨過100目篩，硅灰石和碳酸氫鈉的比例保持不變，分別為15％和5％，赤泥和底泥的質(zhì)量比例設(shè)為4種：60:20、65:15、70:10、75:5和80:0，后續(xù)制備方法同實施例1。結(jié)果表明，4種赤泥含量不同的復(fù)合材料中，對磷吸附量最大的為65％赤泥添加量的復(fù)合材料，其吸附量為22.3mg/kg，其它3種赤泥復(fù)合材料按磷吸附量大小排序依次為：60％、70％和75％質(zhì)量比例的赤泥復(fù)合材料，最大吸附量分別為20.1、18.9和15.4mg/kg。通過比表面積測定可知，5％、10％、15％和20％的底泥添加量比不添加底泥的赤泥復(fù)合材料，比表面積分別增加了6.8％、18.5％、27.9％和29.6％，主要是由于底泥中有機(jī)質(zhì)在高溫下的灰化促進(jìn)了赤泥復(fù)合材料的比表面積。
實施例3：
設(shè)置20cm高、直徑為15cm填充土柱，土柱底部設(shè)有出水管。土壤來自武漢市獅子山，按實施例1中的方法制備成赤泥復(fù)合材料，加20顆置于土柱層的表面，采用KNO3、(NH4)2SO4、KH2PO4和葡萄糖進(jìn)行模擬地表徑流水質(zhì)的配制，其中磷的濃度為2.0mg/L。同時以不加赤泥復(fù)合材料的土柱作為對照。
用蠕動泵進(jìn)行徑流進(jìn)水，進(jìn)水水量為對比2h、6h、12h和24h的磷去除效果可以發(fā)現(xiàn)，添加赤泥復(fù)合材料的土柱徑流出水中磷的平均濃度為0.74mg/L，去除率為63.0％，而未添加赤泥復(fù)合材料的對照土柱徑流出水中磷的平均濃度為1.19mg/L，去除率為40.5％。
該實施例的填充土柱模擬了草坪磚植草格的赤泥復(fù)合材料截留徑流磷的情況，因此可以反映出赤泥復(fù)合材料的應(yīng)用，能夠有效提高下滲水中磷的去除率，從而減少對地下水等水體的磷負(fù)荷輸入量。