[发明专利]一种除磷粉煤灰陶粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，特别涉及一种新型高效高强度除磷粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。

背景技术

水处理陶粒是目前在污水处理中越来越被广泛应用一类环境功能材料，目前主要在曝气生物滤池，人工湿地及水处理滤坝等废水处理工程中作为填料使用，是上述废水处理工程的核心材料。陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，用作水污染治理的陶粒其粒径一般为5～20mm，具有表面粗糙、高强度、轻质和内外表面多孔的基本特点，可承受长期高负荷的水力冲击，并可为微生物在其表面附着成膜创造良好条件。随着水处理陶粒研究的日益深入，越来越重视在陶粒的制备过程中赋予其更多的特性，尤其是对特定污染物的去除特性，如脱氮除磷、重金属吸附、有机污染物脱除功能等，陶粒的研究开发逐渐呈现高效、多功能化的趋势特点。

传统陶粒的制造材料大多数是天然的，大部分以粘土和页岩烧结而成，目前广泛用于水污染治理的陶粒中大部分仍为此类陶粒。但随着天然资源的日益枯竭，以固体废弃物作为原料制造水处理陶粒成为目前技术发展的主要方向。可用于生产陶粒的固体废弃物包括：粉煤灰、钢渣、矿渣、炉渣、河道淤泥、污水处理厂淤泥和生活垃圾焚烧炉渣等。其中，由于粉煤灰的主要成分与粘土成分相似，材料易得，且相对较为安全，目前被认为是制备水处理陶粒的最佳替代材料。目前粉煤灰在我国的产量稳定，年产量约4亿吨，利用粉煤灰制造水处理陶粒可同时解决粉煤灰的处置出路问题，是“变废为宝”一大举措。

粉煤灰陶粒除具有一般水处理陶粒的特性之外，由于其主要成分粉煤灰中含有较多的Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺等金属离子，可在水处理过程中对磷元素有明显的去除效果。除此之外，由于粉煤灰陶粒的空隙较传统陶粒要丰富，其对污染物的吸附作用会更加明显。据现有的研究表明，粉煤灰陶粒主要可通过化学沉淀作用、化学吸附作用、微孔吸附作用及附着微生物的作用去除水中的污染物，尤其可有效降低水中磷元素的浓度。

用作水污染处理的粉煤灰陶粒通常应具备以下几个特点：高强度，可承受长时间的水力冲击；孔容大，孔隙丰富，有利于微生物挂膜，其有利于其对污染物的吸附；以具有自主去除某类污染物的能力为佳，实现陶粒的多功能用途。

传统陶粒本身一般不具备对污染物的去除能力，用作废水处理工程填料时主要是作为微生物附着的载体使用。目前国内污水处理出水标准提升，对废水的脱氮除磷要求越来越普遍，仅使用传统陶粒对强化废水污染物去除效果提升有限。为达到更高的处理出水水质要求，对现有废水处理工程填料进行改进就显得尤为重要。研究开发多功能陶粒可为曝气生物滤池、人工湿地及水处理滤坝等废水处理工程提供关键性的技术支持，是指导今后我国升级改造现有废水处理工程，提升废水处理脱氮除磷能力的重要基础性研究。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种除磷粉煤灰陶粒；该陶粒具有高效高强度的特点。

本发明的另一目的在于提供上述除磷粉煤灰陶粒的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述除磷粉煤灰陶粒的应用。该除磷粉煤灰陶粒可直接应用到水污染净化工程，如曝气生物滤池，人工湿地及水处理滤坝等，主要用于强化常规废水处理工程的深度处理，有效降低最终处理出水的磷元素浓度。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种除磷粉煤灰陶粒，所述除磷粉煤灰陶粒由以下按质量百分比计的组分组成：粉煤灰50％，膨润土35％，熟石灰10％，自来水5％。

所述粉煤灰的细度为150～200目。

上述的一种除磷粉煤灰陶粒的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)混和：将粉煤灰、膨润土和熟石灰按上述配比称量，混合搅拌均匀，得到混合原料；

(2)造粒：将混合原料分次加入圆盘造粒机，每次加入1.0～1.5kg混合原料，同时喷洒雾化后的自来水，每次喷洒50～70ml，进行造粒，直至造粒直径达到5～7mm，得到粉煤灰陶粒；

(3)干化：在自然条件下将粉煤灰陶粒干化12h；

(4)烧结：以速率10～15℃/min缓慢升温至380～450℃，暂停升温并放入平铺于托盘上的干化后的粉煤灰陶粒，保温预热30～35min，然后继续升温，升温速率为10～15℃/min，升温至950～1000℃后恒温烧结30min，降温至室温，得到除磷粉煤灰陶粒。