專利名稱：基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水污染防治技術(shù)領(lǐng)域中一種除磷脫氮復(fù)合水處理材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
水體富營樣化是世界性問題，大量研究成果和事實(shí)表明，氮、磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng) 化的主要因素。同時(shí)，磷也是生命體不可或缺的營養(yǎng)元素，是一種難以再生、日益枯竭的資 源。 目前污水中氮、磷的去除方法主要有生物法和化學(xué)法。生物法工藝復(fù)雜，且出水穩(wěn) 定性較差；化學(xué)法雖處理效果好，但應(yīng)用的脫氮、除磷藥劑多為石灰、鋁鹽、鐵鹽、亞鐵鹽及 鎂鹽等工業(yè)產(chǎn)品， 由于藥劑費(fèi)用較高、污泥量較大，造成了該法在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的瓶頸。 鋼渣、煤渣、粉煤灰等廢渣是冶金、電力等行業(yè)排放的固體廢棄物。這些廢棄物的
大量堆置不僅浪費(fèi)土地資源，且容易造成環(huán)境污染。目前我國鋼渣的年排放量達(dá)1600萬噸
以上，粉煤灰的年排放量約為IIOO萬噸，但其循環(huán)利用率僅為10%左右。這些廢渣主要被
用作筑路材料、回填材料、制磚材料等低附加值的利用模式。鋼渣、煤渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣
顆粒不僅具有巨大的比表面積，而且含有大量的Ca、Al、Fe等金屬氧化物，對水體中的磷具
有較強(qiáng)的吸附與反應(yīng)能力。 沸石是一種天然的，含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸礦物，具有吸附性、離子交
換性、催化和耐酸耐熱等性能，因而被廣泛用作吸附劑、離子交換劑和催化劑。 目前，國內(nèi)外對脫氮材料和除磷材料均有廣泛的研究，但大部分僅局限于單一材
料，單一用途，涉及到利用工業(yè)廢料，加入適宜、適量沸石顆粒及沸石粉并輔以粘結(jié)劑等添
加劑，復(fù)配出適合污水處理工藝使用的同時(shí)具備脫氮除磷功能的復(fù)配材料尚未見報(bào)道。 已有的研究表明，開發(fā)出對氮、磷吸附能力強(qiáng)、具有一定強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性、水流
阻力小、密度小、孔隙率大、經(jīng)濟(jì)效益好的高效脫氮除磷材料，并應(yīng)用到各種污、廢水的除磷
脫氮工藝中，將污水中的磷和氨氮富集并分離出來，是保證污水除磷脫氮效果、實(shí)現(xiàn)磷資源
再循環(huán)利用及環(huán)境友好的重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明旨在針對現(xiàn)污、廢水處理中存在的問題，提供一種同時(shí)具備脫氮 除磷功能的復(fù)合材料及其制備方法，該新型復(fù)合材料與現(xiàn)有污、廢水處理材料相比不僅能 夠保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化，還能取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
技術(shù)方案本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 本發(fā)明的除磷脫氮復(fù)合材料主要由鋼渣、粉煤灰、沸石粉、粘結(jié)劑、沸石顆粒組成， 其質(zhì)量比如下 粉煤灰2% _4%、鋼渣0. 3% -0. 7%、沸石粉0. 3% -0. 7%、粘結(jié)劑:1% _3 % 、 余量為沸石顆粒。
3
所述的除磷脫氮復(fù)合材料，各組分質(zhì)量比為 沸石顆粒94. 35 %、粉煤灰2.82%、鋼渣0.47%、沸石粉0.47%、粘結(jié)劑 1. 89%。 所述的除磷脫氮復(fù)合材料，粘結(jié)劑為水泥。 所述的除磷脫氮復(fù)合材料，鋼渣為70-90目。 上述除磷脫氮復(fù)合材料可用下述方法制備 a.對沸石顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理將沸石顆粒洗凈浸泡； b.用粘結(jié)劑進(jìn)行初期裹漿確定沸石顆粒和粘結(jié)劑的配比，將粘結(jié)劑均勻裹附在 沸石顆粒上； c.將鋼渣、粉煤灰、沸石粉和粘結(jié)劑按照配比均勻混合加水裹附在沸石顆粒上；
d.造粒成型。 所述的制備除磷脫氮復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟d所述成型時(shí)采用免燒免 蒸自然養(yǎng)護(hù)法，步驟如下 用造粒機(jī)成型成不同粒徑的球體，室溫大于5t:時(shí)，對成型的球體覆蓋24h，覆蓋 物可用麻袋、草簾；成型6 8h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)期約為2 3天，養(yǎng)護(hù)期間不得踩踏 球體。 有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的除磷脫氮復(fù)合材料及其制備方法具有以下 優(yōu)點(diǎn) 根據(jù)除磷特性，因地制宜地利用若干種工業(yè)廢渣及天然礦物質(zhì)為主要原料，加入 適宜、適量沸石顆粒及沸石粉，并輔以粘結(jié)劑等添加劑，開發(fā)復(fù)配出了便于應(yīng)用的、具有一 定強(qiáng)度、孔隙率及合適PH值的適合污水處理工藝使用的同時(shí)具備除磷脫氮功能的一體化 材料。吸附飽和后的材料因具有較高的氮、磷含量，可直接作為肥料或土壤改良材料，以此 實(shí)現(xiàn)磷資源的再循環(huán)利用。通過該材料的使用，可以使污、廢水排放之氮、磷濃度達(dá)到國家 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) —級(A)標(biāo)準(zhǔn)，減輕水體富營養(yǎng)化狀 況，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。 此外，通過對該新型除磷脫氮一體化材料的開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用及最終處置，可實(shí)現(xiàn) 工業(yè)廢棄物的再利用及資源化，并追加了廢物利用的附加值，降低了磷資源的回收成本。
本發(fā)明不僅能夠保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化，還能取得良好的社會(huì)效益和經(jīng) 濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式
以實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)為例說明具體的實(shí)施方式。 (1)沸石顆粒(質(zhì)量比): 比例上限95.85% 比例下限92.89% 比例最佳點(diǎn)94.35% (2)粉煤灰(質(zhì)量比) 比例上限3. 72% 比例下限1.92%
比例最佳點(diǎn)2. 83%
(3)鋼渣(質(zhì)量比):
比例上限O. 62%
比例下限O. 32%
比例最佳點(diǎn)O. 47%
(4)沸石粉(質(zhì)量比)
比例上限O. 62%
比例下限O. 32%
比例最佳點(diǎn)O. 47%
(5)粘結(jié)劑(質(zhì)量比)
比例上限2. 17%
比例下限1.60%
比例最佳點(diǎn)1.89% 下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容 原材料經(jīng)機(jī)械破碎后用分樣篩篩分出不同粒徑的廢渣顆粒作為復(fù)配基材，將沸石 顆粒洗凈浸泡，確定沸石顆粒和粘結(jié)劑的配比，將粘結(jié)劑均勻裹附在沸石顆粒上，將鋼渣、 粉煤灰、沸石粉和粘結(jié)劑按照配比均勻混合加水裹附在沸石顆粒上，用造粒機(jī)成型成不同 粒徑的球體，室溫大于5°C時(shí)，對成型的球體覆蓋24h，覆蓋物可用麻袋、草簾等；成型6 8h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)；灑水以保持球體濕潤為準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)與攪拌用水相同，養(yǎng)護(hù)期約為 2 3天，養(yǎng)護(hù)期間不得踩踏球體。 以試驗(yàn)室小批量生產(chǎn)為例來說明具體的實(shí)施方式。
試驗(yàn)裝置轉(zhuǎn)筒造粒機(jī)，
實(shí)施例1.最佳配比實(shí)施方式， 復(fù)合材料總質(zhì)量212g，其中0. 35cm±0. 05cm沸石顆粒200g，鋼渣lg，粉煤灰6g， 沸石粉lg，粘結(jié)劑4g，水10mL。 將沸石顆粒洗凈浸泡，將粘結(jié)劑2g和洗凈浸泡后的沸石顆粒投入滾筒造粒機(jī)中， 混合均勻，15分鐘左右完成初期裹漿。 將粉煤灰、鋼渣、沸石粉和粘結(jié)劑2g投入滾筒造粒機(jī)中混合均勻。加入初期裹漿 后的沸石顆粒，混合均勻。分批少量地添加10ml水到混合均勻的膠凝材料中，30分鐘左右 造粒成型，室溫大于5°C時(shí)，用麻袋對成型的球體覆蓋24h，成型6h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)；灑水以 保持球體濕潤，養(yǎng)護(hù)期約為2天。 實(shí)施例2.復(fù)合材料總質(zhì)量161. 5g，其中0. 35±0. 05cm沸石顆粒150g，鋼渣lg，粉 煤灰6g，沸石粉lg，粘結(jié)劑3. 5g，水10mL。 將沸石顆粒洗凈浸泡，將粘結(jié)劑1. 5g和洗凈浸泡后的沸石顆粒投入滾筒造粒機(jī) 中，混合均勻，15分鐘左右完成初期裹漿。 將粉煤灰、鋼渣、沸石粉和粘結(jié)劑2g投入滾筒造粒機(jī)中混合均勻。加入初期裹漿 后的沸石顆粒，混合均勻。分批少量地添加10ml水到混合均勻的膠凝材料中，30分鐘左右 造粒成型，室溫大于5t:時(shí)，用草簾對成型的球體覆蓋24h，成型8h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)；澆水以 保持球體濕潤，養(yǎng)護(hù)期約為3天。
實(shí)施例3.復(fù)合材料總質(zhì)量313g，其中0. 35 ±0. 05cm沸石顆粒300g，鋼渣lg，粉煤 灰6g，沸石粉lg，粘結(jié)劑5g，水10mL。 將沸石顆粒洗凈浸泡，將粘結(jié)劑3g和洗凈浸泡后的沸石顆粒投入滾筒造粒機(jī)中， 混會(huì)均勻，15分鐘左右完成初期裹漿。 將粉煤灰、鋼渣、沸石粉和粘結(jié)劑2g投入滾筒造粒機(jī)中混合均勻。加入初期裹漿 后的沸石顆粒，混合均勻。分批少量地添加10ml水到混合均勻的膠凝材料中，30分鐘左右 造粒成型。 最佳配比實(shí)施后效果靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明，25t:時(shí)，脫氮除磷一體化材料對氨氮 的理論飽和吸附量為5. 77mg/g，對磷酸鹽的理論飽和吸附量為3. 35mg/g。初始氨氮濃度 為15mg/L、磷酸鹽濃度為5mg/L、投加量為20g/L，反應(yīng)60個(gè)小時(shí)后的剩余氨氮濃度降到 4. 32mg/L( < 5mg/L)，磷酸鹽濃度降到0. 457mg/L( < 0. 5mg/L)，達(dá)到國家《城鎮(zhèn)污水處理 廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) —級(A)標(biāo)準(zhǔn)；吸附劑對氨氮的平衡吸附量為0. 54mg/ g，吸附速率為0. 031g/(mg h)，對磷酸鹽的平衡吸附量為0. 13mg/g，吸附速率為0. 2g/ (mg h)。
權(quán)利要求
一種基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料，其特征在于該材料主要由鋼渣、粉煤灰、沸石粉、粘結(jié)劑、沸石顆粒按下述質(zhì)量比組成粉煤灰2％-4％、鋼渣0.3％-0.7％、沸石粉0.3％-0.7％、粘結(jié)劑1％-3％、余量為沸石顆粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料，其特征在于所述除磷脫氮復(fù)合材料各組分質(zhì)量比為沸石顆粒94. 35%、粉煤灰2. 82%、鋼渣0. 47%、沸石粉0. 47%、粘結(jié)劑1.89%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料，其特征在于所述粘結(jié)劑為水泥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料，其特征在于所 述鋼渣的顆粒為70-90目。
5. —種如權(quán)利要求1所述的基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料的制備方法，其特 征在于該制備步驟如下a. 對沸石顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理將沸石顆粒洗凈浸泡；b. 用粘結(jié)劑進(jìn)行初期裹漿確定沸石顆粒和粘結(jié)劑的配比，將粘結(jié)劑均勻裹附在沸石 顆粒上；c. 將鋼渣、粉煤灰、沸石粉和粘結(jié)劑按照配比均勻混合加水裹附在沸石顆粒上；d. 造粒成型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料的制備方法，其特征 在于步驟d所述造粒成型，采用免燒免蒸自然養(yǎng)護(hù)法，步驟如下用造粒機(jī)成型成不同粒徑的球體，室溫大于5°C時(shí)，對成型的球體覆蓋24h，成型6 8h 后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)期約為2 3天，養(yǎng)護(hù)期間不得踩踏球體。
全文摘要
基于裹漿法制備的除磷脫氮一體化材料主要由鋼渣、粉煤灰、沸石粉、粘結(jié)劑、沸石顆粒按下述質(zhì)量比組成粉煤灰2％-4％、鋼渣0.3％-0.7％、沸石粉0.3％-0.7％、粘結(jié)劑1％-3％、余量為沸石顆粒。本發(fā)明旨在針對現(xiàn)污、廢水處理中存在的問題，提供一種同時(shí)具備脫氮除磷功能的復(fù)合材料及其制備方法，該新型復(fù)合材料與現(xiàn)有污、廢水處理材料相比不僅能夠保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化，還能取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C02F1/28GK101693186SQ20091018486
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者劉焱, 卓運(yùn)紅, 周軍, 張維, 朱丹, 王世和 申請人:東南大學(xué);