一种用于脱氮除磷的轻质透水材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种用于脱氮除磷的轻质透水材料及其制备方法和应用，属于环境功能材料技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种用于脱氮除磷的轻质透水材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于环境功能材料
，具体涉及一种用于脱氮除磷的轻质透水材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展，氮
、
磷等污染物的无序排放增加，使得水环境污染越来越严重
。
水体中氮
、
磷等污染物的不断积累，会加重水体的富营养化程度，对水环境和水生态系统构成了较大的威胁
。
随着目前技术研究的不断深入，生物降解技术颇受关注
。
生物法，顾名思义就是利用植物
、
微生物的吸收
、
降解可以有效降解水体中的氮
、
磷，但植物在吸收降解后若不及时收割清理，吸收的氮
、
磷会重新释放，对水体造成二次污染
。
因此，微生物降解技术，无论在污水处理厂脱氮除磷还是天然水体氮
、
磷的去除应用都较为广泛
。
[0003]但是，微生物降解技术在天然水体应用过程中有一定的局限性，其需要有附着载体
。
目前，工程应用较多的载体主要为塑料材质制成的球体或生物绳，其缺点是附着面积小且工程应用范围窄，不适宜当下主要氮
、
磷污染场景，如农田退水治理
。
此外，其脱氮效果有限，除磷效果差
。
[0004]因此，在工程应用中，具备脱氮除磷且易于微生物附着的多孔材料一直是丞待解决的技术难题
。

技术实现思路

[0005]1.
要解决的问题
[0006]本申请针对现有技术中存在的传统透水材料水质净化能力，主要是氮
、
磷处理能力不能满足水环境要求的问题，提供了一种用于脱氮除磷的轻质透水材料及其制备方法和应用，该用于脱氮除磷的轻质透水材料是通过采用预制泡沫和多批次喷洒胶凝材料包裹成型法形成的内部含有大量连通微孔的轻质透水材料，大量不规则的微孔通道结合材料自身粘连形成的渗水特性，可以大幅提升透水材料吸附
、
蓄水和透水能力；通过强化除磷成分的添加，特殊的发泡制备工艺以及材料渗水特性可以使材料直接或间接地释放钙
、
铁离子，大幅提升轻质透水材料对磷的去除能力，此外镧的加入提高材料配位吸附能力，提升材料对磷的去除能力；同时，轻质透水材料内部形成的大量连通微孔可以为水体微生物提供较大的附着空间，其三维立体连通结构在垂直界面上形成的不同氧含量空间结构，可以形成立体微生物群落结构，从而有效去除水体中氮等污染物，提高了轻质透水材料的水质净化能力
。
[0007]2.
技术方案
[0008]为了解决上述问题，本申请所采用的技术方案如下：
[0009]本申请提供了一种用于脱氮除磷的轻质透水材料，该轻质透水材料包括轻质缓释骨架结构和透水微孔；透水微孔分布于轻质缓释骨架结构内部，轻质缓释骨架结构内部包含开孔结构，具有渗水作用；轻质缓释骨架结构由水泥
、
强化除磷材料
、
增强材料混合成的
干粉砂浆与预制泡沫通过分批次搅拌方式制备成多孔轻质砂浆，再经过成型而成
。
[0010]进一步地，上述干粉砂浆中的水泥
、
强化除磷材料
、
增强材料的质量百分数分别为水泥
50
％～
70
％，强化除磷材料
30
％～
47
％，增强材料0％～3％
。
[0011]进一步地，上述强化除磷材料中包括以下质量分数物质：钙盐
15
～
50
％
、
铁盐5～
15
％
、
镧盐5～
10
％
、
高岭土
10
～
60
％
、
硅藻土
10
～
60
％
。
[0012]进一步地，上述增强材料包括无机纤维和
/
或合成纤维，所述无机纤维材料，可选用玻璃纤维，其长度为3～
10mm。
[0013]本申请还提供了上述一种用于脱氮除磷的轻质透水材料的制备方法，包括：将水泥
、
强化除磷材料
、
增强材料进行充分搅拌混合，得到混合均匀的干粉砂浆；
[0014]将发泡剂稀释
30
～
50
倍，在气液比为
95
％～
100
％条件下制备成泡沫；
[0015]将干粉砂浆与泡沫通过分批次搅拌方式制备成多孔轻质砂浆；
[0016]多孔轻质砂浆经过成型模块制备成轻质透水材料
。
[0017]进一步地，上述水泥
、
强化除磷材料
、
增强材料进行充分搅拌混合的搅拌速度为
30
～
100r/min
，搅拌的时间为
30
～
60s。
[0018]进一步地，上述发泡剂可选择植物蛋白类发泡剂或合成类蛋白发泡剂
。
[0019]进一步地，上述将干粉砂浆与泡沫通过分批次搅拌方式制备成多孔轻质砂浆包括：向预制泡沫中分批次均匀喷洒干粉砂浆，并匀速搅拌，搅拌速度为
100
～
300r/min
，直至砂浆与泡沫充分融合，得到多孔轻质砂浆
。
[0020]进一步地，上述分批次均匀喷洒干粉砂浆的批次为6～
13
次
。
[0021]进一步地，上述干粉砂浆与泡沫的配比为每百克干粉砂浆所需的泡沫体积为
0.4
～
0.6L。
[0022]进一步地，上述成型模块包括将多孔轻质砂浆根据不同工程需要制备成不同尺寸和形状的模块，或进行大面积铺装，成型期间需进行一定周期的养护
。
[0023]进一步地，上述养护方式为多孔轻质砂浆进入模具后进行2～3天的初凝周期，脱模后，进行保湿养护7天
。
[0024]进一步地，上述保湿养护包括覆盖保湿膜养护，并定期喷洒清水，在后续养护中维持空气湿度在
70
％以上，总养护时间为
25
～
30
天
。
在材料初凝周期过程中，应控制用于材料养护喷洒用水，以免降低材料成型后的强度和成孔效果
。
[0025]本申请还提供了上述一种用于脱氮除磷的轻质透水材料在水体净化过程中的应用，可以有效去除水体中的氮
、
磷等污染物
。
[0026]进一步地，上述应用包括轻质透水材料作为生态浮床
、
生态浮岛的基质材料，河流沟渠的护坡材料，海绵城市建设中的污染物拦截材料，生态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于脱氮除磷的轻质透水材料，其特征在于，所述轻质透水材料包括轻质缓释骨架结构和透水微孔；透水微孔分布于轻质缓释骨架结构内部，轻质缓释骨架结构内部包含开孔结构，具有渗水作用；轻质缓释骨架结构由水泥
、
强化除磷材料
、
增强材料混合成的干粉砂浆与预制泡沫通过分批次搅拌方式制备成多孔轻质砂浆，再经过成型而成
。2.
根据权利要求1所述的一种用于脱氮除磷的轻质透水材料，其特征在于，所述干粉砂浆中的水泥
、
强化除磷材料
、
增强材料的质量百分数分别为水泥
50
％～
70
％，强化除磷材料
30
％～
47
％，增强材料0％～3％；所述强化除磷材料中包括以下质量分数物质：钙盐
15
～
50
％
、
铁盐5～
15
％
、
镧盐5～
10
％
、
高岭土
10
～
60
％
、
硅藻土
10
～
60
％；所述增强材料包括无机纤维和
/
或合成纤维
。3.
权利要求1或2所述的一种用于脱氮除磷的轻质透水材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将水泥
、
强化除磷材料
、
增强材料进行充分搅拌混合，得到混合均匀的干粉砂浆；将发泡剂稀释
30
～
50
倍，在气液比为
95
％～
100
％条件下制备成泡沫；将干粉砂浆与泡沫通过分批次搅拌方式制备成多孔轻质砂浆；多孔轻质砂浆经过成型模块制备成轻质透水材料
。4.
根据权利要求3所述的一种用于脱氮除磷的轻质透水材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王万忠，孔明，韩天伦，高媛赟，许雪婷，张涛，仝天衡，陈翔，
申请(专利权)人：生态环境部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：