公布日：2023.01.31
申請(qǐng)日：2022.10.12
分類(lèi)號(hào)：C02F3/32(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I
摘要
本發(fā)明涉及一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)及其方法，屬于污泥再利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以給水廠的凈水污泥作為原來(lái)，先對(duì)其煅燒和酸浸預(yù)處理，再和膨潤(rùn)土復(fù)配燒結(jié)制成基質(zhì)基體，再收集藍(lán)藻破碎處理后，添加氯化鐵壓濾得到藍(lán)藻壓濾液，最終將藍(lán)藻壓濾液和基質(zhì)基體復(fù)配最終制得人工濕地基質(zhì)，制得濕地基質(zhì)吸附性和滲透性極佳，應(yīng)用前景廣闊。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)，其特征在于：包括基質(zhì)基體和藍(lán)藻壓濾液；所述藍(lán)藻壓濾液通過(guò)氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6.8～7.2；所述基質(zhì)基體是由給水廠的凈水污泥經(jīng)煅燒和酸浸預(yù)處理后和膨潤(rùn)土復(fù)配燒結(jié)制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)，其特征在于：所述給水廠的凈水污泥粒徑為30～90μm，硅元素含量為24～26％，鐵元素質(zhì)量含量為20～30％，鋁元素質(zhì)量含量為2～5％，鈣元素含量為0.5～1.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)，其特征在于：所述藍(lán)藻壓濾液是由藍(lán)藻破碎處理后，添加氯化鐵壓濾制得的。
4.如權(quán)利要求1所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：用氫氧化鈉調(diào)節(jié)壓濾液的pH至6.8～7.2，再將調(diào)節(jié)pH后的壓濾液和基質(zhì)基體按質(zhì)量比為10:1混合后裝入超聲振蕩儀中，以30～40kHz的頻率超聲振蕩浸漬2～3h后過(guò)濾分離得到濾餅，真空凍干后即得人工濕地基質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述壓濾液的制備步驟為：取藍(lán)藻放入破壁機(jī)中破碎處理后得到藍(lán)藻泥，用水調(diào)節(jié)藍(lán)藻泥含水率至90％放入反應(yīng)釜中，以200～300r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，在攪拌的過(guò)程中加入藍(lán)藻泥干重質(zhì)量25％的氯化鐵，升高反應(yīng)釜溫度至80℃后，移入壓濾裝置中，以0.2Mpa的壓力壓濾得到壓濾液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述基質(zhì)基體的制備步驟為：按質(zhì)量比為3:2將預(yù)處理凈水污泥和膨潤(rùn)土混合后裝入高溫煅燒爐中，先以5℃/min的升溫速率升溫至550℃，煅燒10min后再升溫至900～1150℃，保溫煅燒30～40min后得到基質(zhì)基體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)的制備方法，其特征在于：所述預(yù)處理凈水污泥的制備步驟為：取給水廠的凈水污泥烘干后放入馬弗爐中，在400～450℃下煅燒1～2h，將煅燒后的凈水污泥和濃度為2.5mol/L的鹽酸按固液比為1:1混合浸漬3～4h后過(guò)濾分離得到濾渣，烘干后即得預(yù)處理凈水污泥。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)及其方法。
本發(fā)明的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)，包括基質(zhì)基體和藍(lán)藻壓濾液；
所述藍(lán)藻壓濾液通過(guò)氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6.8～7.2；
所述基質(zhì)基體是由給水廠的凈水污泥經(jīng)煅燒和酸浸預(yù)處理后和膨潤(rùn)土復(fù)配燒結(jié)制成的。
進(jìn)一步的，所述給水廠的凈水污泥粒徑為30～90μm，硅元素含量為24～26％，鐵元素質(zhì)量含量為20～30％，鋁元素質(zhì)量含量為2～5％，鈣元素含量為0.5～1.0％。
進(jìn)一步的，所述藍(lán)藻壓濾液是由藍(lán)藻破碎處理后，添加氯化鐵壓濾制得的。
一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質(zhì)的制備方法，具體制備步驟為：
用氫氧化鈉調(diào)節(jié)壓濾液的pH至6.8～7.2，再將調(diào)節(jié)pH后的壓濾液和基質(zhì)基體按質(zhì)量比為10:1混合后裝入超聲振蕩儀中，以30～40kHz的頻率超聲振蕩浸漬2～3h后過(guò)濾分離得到濾餅，真空凍干后即得人工濕地基質(zhì)。本發(fā)明將藍(lán)藻破壁處理后形成藍(lán)藻泥，并用熱壓濾法對(duì)藍(lán)藻泥進(jìn)行深度脫水，添加氯化鐵以促進(jìn)藍(lán)藻細(xì)胞之間的絮凝，是的藍(lán)藻泥脫水產(chǎn)生的濾液中存在大量三價(jià)鐵離子，而三價(jià)鐵離子可以通過(guò)電荷中和和后續(xù)的基質(zhì)基體絮凝附著，提高對(duì)磷的吸附去除效果，而對(duì)藍(lán)藻泥的加熱會(huì)使藍(lán)藻細(xì)胞外莢膜多糖溶解，形成富含細(xì)胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質(zhì)的壓濾液；接著利用氫氧化鈉調(diào)節(jié)壓濾液的pH至特定范圍，保持壓濾液中的細(xì)胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質(zhì)含量處于高值，鐵離子含量也處于高值，隨后通過(guò)超聲振蕩浸漬使得壓濾液負(fù)載在基質(zhì)基體表面和內(nèi)部空隙中，由于壓濾液中的這些胞外多聚物結(jié)構(gòu)松散，具有流動(dòng)性，它們負(fù)載在基質(zhì)基體表面后可以提高基質(zhì)基體之間的距離，提高其作為濕地基質(zhì)的滲透性，此外這些胞外多聚物具有絮凝螯合作用，對(duì)濕地水質(zhì)中的污染物的吸附去除效果。
進(jìn)一步的，所述壓濾液的制備步驟為：
取藍(lán)藻放入破壁機(jī)中破碎處理后得到藍(lán)藻泥，用水調(diào)節(jié)藍(lán)藻泥含水率至90％放入反應(yīng)釜中，以200～300r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，在攪拌的過(guò)程中加入藍(lán)藻泥干重質(zhì)量25％的氯化鐵，升高反應(yīng)釜溫度至80℃后，移入壓濾裝置中，以0.2Mpa的壓力壓濾得到壓濾液。
進(jìn)一步的，所述基質(zhì)基體的制備步驟為：
按質(zhì)量比為3:2將預(yù)處理凈水污泥和膨潤(rùn)土混合后裝入高溫煅燒爐中，先以5℃/min的升溫速率升溫至550℃，煅燒10min后再升溫至900～1150℃，保溫煅燒30～40min后得到基質(zhì)基體。本發(fā)明使用的凈水污泥中主要組成元素為Si、Al、Fe，因此對(duì)濕地水質(zhì)中的磷污染物具有較強(qiáng)的吸附能力，其主要無(wú)機(jī)成分以二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵為主，符合陶粒的制備原料要求；凈水污泥的粒徑很小，可塑性強(qiáng)，無(wú)需干燥后研磨，節(jié)省制作成本；另外，凈水污泥中有機(jī)物含量較高，而且含有一定比例的水分，在高溫灼燒過(guò)程中有機(jī)物揮發(fā)，能夠起到造孔作用，提高基質(zhì)基體孔隙率和比表面積，進(jìn)而提高基質(zhì)基體的吸附性和滲透性能，同時(shí)以膨潤(rùn)土作為輔料，膨潤(rùn)土具有較好的膠結(jié)能力，可以用作粘合劑，提高最終燒結(jié)得到基質(zhì)基體的強(qiáng)度；
進(jìn)一步的，所述預(yù)處理凈水污泥的制備步驟為：
取給水廠的凈水污泥烘干后放入馬弗爐中，在400～450℃下煅燒1～2h，將煅燒后的凈水污泥和濃度為2.5mol/L的鹽酸按固液比為1:1混合浸漬3～4h后過(guò)濾分離得到濾渣，烘干后即得預(yù)處理凈水污泥。本發(fā)明通過(guò)高溫煅燒和浸酸處理，將凈水污泥中的腐殖酸類(lèi)物質(zhì)和一些干擾金屬離子以及碳組分去除，提高凈水污泥顆粒的孔隙孔徑，從而提高了凈水污泥的吸附和滲透性能；
借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明首先通過(guò)高溫煅燒和浸酸處理，將凈水污泥中的腐殖酸類(lèi)物質(zhì)和一些干擾金屬離子以及碳組分去除，提高凈水污泥顆粒的孔隙孔徑，從而提高了凈水污泥的吸附和滲透性能；
(2)本發(fā)明使用的凈水污泥中主要組成元素為Si、Al、Fe，因此對(duì)濕地水質(zhì)中的磷污染物具有較強(qiáng)的吸附能力，其主要無(wú)機(jī)成分以二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵為主，符合陶粒的制備原料要求；凈水污泥的粒徑很小，可塑性強(qiáng)，無(wú)需干燥后研磨，節(jié)省制作成本；另外，凈水污泥中有機(jī)物含量較高，而且含有一定比例的水分，在高溫灼燒過(guò)程中有機(jī)物揮發(fā)，能夠起到造孔作用，提高基質(zhì)基體孔隙率和比表面積，進(jìn)而提高基質(zhì)基體的吸附性和滲透性能，同時(shí)以膨潤(rùn)土作為輔料，膨潤(rùn)土具有較好的膠結(jié)能力，可以用作粘合劑，提高最終燒結(jié)得到基質(zhì)基體的強(qiáng)度；
(3)本發(fā)明將藍(lán)藻破壁處理后形成藍(lán)藻泥，并用熱壓濾法對(duì)藍(lán)藻泥進(jìn)行深度脫水，添加氯化鐵以促進(jìn)藍(lán)藻細(xì)胞之間的絮凝，是的藍(lán)藻泥脫水產(chǎn)生的濾液中存在大量三價(jià)鐵離子，而三價(jià)鐵離子可以通過(guò)電荷中和和后續(xù)的基質(zhì)基體絮凝附著，提高對(duì)磷的吸附去除效果，而對(duì)藍(lán)藻泥的加熱會(huì)使藍(lán)藻細(xì)胞外莢膜多糖溶解，形成富含細(xì)胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質(zhì)的壓濾液；接著利用氫氧化鈉調(diào)節(jié)壓濾液的pH至特定范圍，保持壓濾液中的細(xì)胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質(zhì)含量處于高值，鐵離子含量也處于高值，隨后通過(guò)超聲振蕩浸漬使得壓濾液負(fù)載在基質(zhì)基體表面和內(nèi)部空隙中，由于壓濾液中的這些胞外多聚物結(jié)構(gòu)松散，具有流動(dòng)性，它們負(fù)載在基質(zhì)基體表面后可以提高基質(zhì)基體之間的距離，提高其作為濕地基質(zhì)的滲透性，此外這些胞外多聚物具有絮凝螯合作用，對(duì)濕地水質(zhì)中的污染物的吸附去除效果。
（發(fā)明人：許怡;張杰;孫乃明;睢強(qiáng)俊）
