一种用于人工湿地水处理的填料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于人工湿地水处理的填料及其制备方法，目的在于提供一种能够同时实现缓释氧、强化脱氮除磷的人工湿地新型填料及其制备方法。一种用于人工湿地水处理的填料，所述填料为负载稀土氮磷吸附剂和缓释氧材料、粒径为5-15mm的火山渣颗粒。本发明专利技术能提高人工湿地的污水净化能力，该方法具有工艺简单、原料充足、成本低廉等特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，目的在于提供一种能够同时实现缓释氧、强化脱氮除磷的人工湿地新型填料及其制备方法。一种用于人工湿地水处理的填料，所述填料为负载稀土氮磷吸附剂和缓释氧材料、粒径为5-15mm的火山渣颗粒。本专利技术能提高人工湿地的污水净化能力，该方法具有工艺简单、原料充足、成本低廉等特点。【专利说明】
本专利技术属于环保
，具体涉及一种可以同步缓释氧、强化脱氮除磷的人工 湿地新型填料，适用于村镇或旅游景区的生活污水、受污染地表水、面源污水、污水处理厂 尾水以及浓度较高氨氮废水的处理。
技术介绍
目前我国水环境状况日趋恶化，出现了湖泊富营养化、近岸海域赤潮、河流和水库 的有机污染等问题，威胁到居民的引水安全和人民群众的健康。人工湿地污水处理工艺由 于其具有水质净化效果好、基建运行费用低、能耗低、维护管理简单、抗冲击负荷能力强等 特点，而且能够为野生动物提供栖息地、提高生态景观的美学价值，所以在生活污水、工业 废水、农业面源污水、城市暴雨径流和富营养化水体等方面均得到了广泛的应用。但是，从 已有的工程实践来看，人工湿地尚存在一些问题和困难，其一是供氧不足。人工湿地系统中 进水携氧数量较低、大气复氧和植物根系释氧能力有限，特别是水平潜流型湿地，无法满足 大量污染物降解的需要。溶解氧不足将使许多生物不能进行正常的有氧呼吸，限制硝化反 应，影响磷的吸附和过量积累，因为污水中有机物的好氧降解和脱氮的硝化过程均需要充 足的氧，否则反应无法进行；其二是脱氮能力有限。在欧洲，长期运行的湿地氨氮去除率仅 为35%或50%。潜流人工湿地很难保证硝化反硝化所需的好氧/缺氧交替的环境及反硝化 所需碳源；其三是磷去除率随运行时间延长而下降的局限性。现行广泛采用的砾石基质对 磷的吸附饱和寿命较短，一般为2-3年。而且，长时间运行湿地的植物枯死后将吸收的磷重 新释放至湿地。以上限制因素成为人工湿地技术进一步推广和应用的瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够同时实现缓释氧、强化脱氮除磷的人工湿地新型 填料及其制备方法，以解决上述人工湿地技术存在的问题，提高其污水净化能力，该方法具 有工艺简单、原料充足、成本低廉等特点。 实现本专利技术目的的一个技术方案为：一种用于人工湿地水处理的填料，所述填料为负 载稀土氮磷吸附剂和缓释氧材料、粒径为5-15mm的火山渣颗粒。 作为本专利技术的进一步改进，所述稀土氮磷吸附剂为含有镧离子的吸附剂，所述缓 释氧材料为过氧化钙。 作为本专利技术的进一步改进，所述火山渣颗粒上的负载物还包括硬脂酸和聚乙二醇 4000混合物、石英砂和粉煤灰，石英砂和粉煤灰有助于填料的沉降。 作为本专利技术的进一步改进，所述火山渣颗粒上负载物的重量百分比例为：稀土氮 磷吸附剂40-45%、缓释氧材料30-35%、硬脂酸和聚乙二醇4000混合物5%、石英砂10-15%、 粉煤灰5-10%。 实现本专利技术的另一个专利技术目的的技术方案是：一种用于人工湿地水处理的填料的 制备方法，包括以下步骤： 步骤1 火山渣与活化剂混合均匀，常压高温焙烧一段时间，冷却至室温后，将其研磨 后加入水，调节硅铝比，室温条件下，放置在磁力搅拌器上，温度升至90°c加热2小时，再升 温到95°C加热2小时，过滤、洗涤至pH值为7,放入烘箱中80°C烘干4小时，得到氮吸附剂； 步骤2将镧离子浓度为0. 5%的溶液pH值逐渐调节为10,按照固液质量比l:50g/ml， 投加步骤1制备的氮吸附剂，浸渍16小时以上，过滤后滤饼于110°C烘干，并焙烧、研磨筛分 得到氮磷吸附剂；筛分后的120目粒径火山渣颗粒为最佳氮磷吸附剂； 步骤3 石灰石在常压高温条件下焙烧，冷却后加水反应，烘干去结晶水，投入过氧化 氢中浸泡，得到释氧材料； 步骤4 将一定量硬脂酸和聚乙二醇4000溶于四氯化碳中，水浴加热使其完全溶解， 然后将步骤2制备的氮磷吸附剂和步骤3中制备的释氧材料，以及石英砂(增大材料密度， 有利于成型材料沉降)、粉煤灰(缓冲作用）按比例投加，其氮磷吸附剂40-45%、缓释氧材料 30-35%、硬脂酸和聚乙二醇4000混合物5%、石英砂10-15%、粉煤灰5-10%。充分搅拌后转移 至成型设备，压制成不同形状后进行鼓风干燥并回收四氯化碳，最终获得同步缓释氧、强化 脱氮除磷的人工湿地填料。 所述的步骤1中，活化剂是指NaOH，碱和火山渣的质量比为1.0-1. 5 ;焙烧温度 500-900°C，时间为1-2小时；硅铝比调整至5-8。 所述的步骤2中，焙烧温度为450-500°C，时间为1小时。 所述的步骤3中，焙烧温度为800-1200°C，时间为1小时；烘干温度为105°C，时间 为1小时。 所述的步骤4中，硬脂酸和聚乙二醇的比例为1:1，该混合物在四氯化碳中的比例 为0. 5%-1. 5%，在最终产物中的比例为5% ;水浴温度40-50°C。投加至四氯化碳溶液中的材 料组分及各组分的重量百分比例为氮磷吸附剂40-45%、缓释氧材料30-35%、硬脂酸和聚乙 二醇4000混合物5%、石英砂10-15%、粉煤灰5-10%。 有益效果 本专利技术通过同步缓释氧、强化脱氮除磷的新型填料作为人工湿地的基质，提高了对污 水中有机物、氮和磷的去除能力，提高出水水质，其具体的优点包括： (1)提供充足的氧量。填料遇污水可长期缓慢地释放氧，保证湿地内部维持充足的氧含 量，供给微生物进行有机物降解和硝化反应，促进污染物去除。 (2)大大提高磷吸附能力。本专利技术的新型填料中含有镧元素，对阴离子正磷有很强 的吸附特性，同时镧可与正磷酸盐生成磷酸镧沉淀，将磷锁入其内部结构中。 (3)由于本专利技术新型填料中采用火山渣作为基体，其选择性吸附和阳离子交换作 用可大大增强脱氮能力。本专利技术的填料内部存在很多内表面很大的孔穴和孔道，而且孔穴 中分布有阳离子，同时部分骨架氧也具有负电荷，当内部的孔道或孔穴一旦有空缺时，就会 表现出对气体和液体的强烈吸引力。特别对极性较大的氨态氮具有很强的选择性吸附作 用。另外，所述的方法中，火山渣的硅与添加的铝形成铝硅酸盐格架，与其结合的阳离子很 容易和氨离子进行离子交换。 (4)本专利技术的新型填料也可以去除废水中的铬、锰、锌、铜等重金属离子，废水中的 重金属离子与其发生化学反应生成氧化物和氢氧化物沉淀，从而达到去除目的。 (5)硬脂酸是一种饱和脂肪酸，在常温下是一种难溶于水的蜡状固体，无毒，易生 物降解，可以降低新型填料的释氧速率。 (6)本专利技术运行效果稳定，受环境影响程度小。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术与常规填料对氮吸附能力的对比曲线； 图2为本专利技术材料与常规填料对磷吸附能力的对比曲线； 图3为本专利技术材料释氧浓度随时间的变化。 【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术做具体说明。 实施例1 一种用于人工湿地水处理的填料的制备方法，包括下列步骤： (1)火山渣与氢氧化钠混合均匀，碱灰质量比为1.0,将混合物放入马弗炉中500°C条 件下焙烧2小时，随后冷却至室温后，将其研磨后加入水，硅铝比调节到5,室温条件下，放 置在磁力搅拌器上，温度升至90°C加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于人工湿地水处理的填料，其特征是，所述填料为负载稀土氮磷吸附剂和缓释氧材料、粒径为5‑15mm的火山渣颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董婵，彭波，王鑫华，高奔，马慧，韩迪，仓理，胡虹，陆新华，
申请(专利权)人：南京化工职业技术学院，山东省鲁南工程技术研究院，济宁市南四湖人工湿地管理处，
类型：发明
国别省市：江苏;32