一种基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料及其制备方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种基于废混凝土和硅藻土的多孔 除磷滤料及其制备方法。


背景技术：

2.磷的存在是造成水体富营养化的主要原因之一。城市面源污水、农业面源 污水称之为低污染水，低污染水仍属于污水范畴，对受纳的河、湖等自然水体 的影响仍较大。对这类污水进行深度处理，采用简单有效、运行成本低的工艺 进一步提高磷的去除能力，但同时也是一个治理的难点。
3.水体中磷的去除主要有化学除磷、生物除磷和吸附除磷几种方式，其中吸 附除磷是利用吸附剂提供的大比表面积、通过磷在吸附剂表面的附着吸附、离 子交换或表面沉淀的过程，实现磷的分离，具有经济、有效、操作简单、污泥 量少的优点，但也存在吸附容量有限、饱和后需更换的缺点。目前，常见的除 磷滤料包括天然材料。高岭土、硅藻土、粉煤灰等粉状材料易堵塞、易流失， 水流通过性较差；沸石、火山石、炉渣、陶粒、活性炭等材料易饱和、吸附容 量有限。一些新的材料也逐渐运用于水处理吸附材料，如石墨烯等，但这些材 料造价高，难以广泛推广。另外，废混凝土作为主要的建筑废料之一，其处理 麻烦，如何资源化利用也是急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，提供一种基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷 滤料及其制备方法，能够大幅提高面源污水、污水处理厂尾水等低污染水体中 磷的去除率，保持出水水质稳定，而且易于工业化生产，成本低，同时将废混 凝土作为水处理滤料的一种原料，起到建筑废料资源化利用的目的。
5.本发明为实现技术目的采用如下技术方案：
6.一种基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料，所述多孔除磷滤料是基于废 混凝土和硅藻土除去水中磷酸盐的介质；
7.按照重量计包括以下组分：
8.硅藻土15％-20％、废混凝土15％-20％、石灰石10％-15％、氢氧化铁粉末25％、 多孔剂1％-2％、火山石10％、活性炭10％。
9.优选的，所述多孔除磷滤料是直径为1-3cm的圆柱体颗粒，且多孔除磷滤 料的多孔性为min.55％。
10.优选的，所述基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料密度为640kg/m3，比 表面积≥58
×
104cm2/g。
11.优选的，所述基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料中矿物质成分：三价 铁离子含量占总重量的比例高达25％。
12.优选的，所述多孔除磷滤料中的多孔剂为铝粉，铝粉在碱性环境下与水碱 反应产
生氢气，在石灰石与水反应过后加入废混凝土和硅藻土的粉末后加入多 孔剂，进行发泡。
13.优选的，所述基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料的空隙率≥52％。
14.一种基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料的制备方法，包括一下步骤：
15.s1，准备材料，材料包括废混凝土、硅藻土、石灰石、氢氧化铁粉末、多 孔剂、火山石、活性炭、水；
16.s2，分别将废混凝土和硅藻土导入粉碎机，对废混凝土和硅藻土进行粉碎 过筛去除杂质；
17.s3，将石灰石进行粉碎，粉碎过后与水按照配比进行混合反应，混合反应 的同时进行搅拌；
18.s4，待石灰石与水反应过后加入废混凝土和硅藻土的粉末，进行搅拌并均 匀的加入多孔剂；
19.s5，持续搅拌30min后，撒入氢氧化铁粉末，搅拌均匀后，在表面添加活 性炭以及火山石；
20.s6，添加完成后导入模具，进行烘干，烘干后进行脱模，对脱模过后的滤 材进行养护，养护的同时进行质检。
21.本发明具备以下有益效果：
22.1、本发明是一种能从水中去除磷酸盐的高效介质材料，应用于生活污水、 河道水体、农业面源污水等。在水力负荷1m3/m2·
d、进水总磷浓度1mg/l条 件下，平均去除率≥85％，多孔滤料具有较高的比表面积，硅藻土表面存在大 量硅羟基和氢键，使滤料具有表面活性和较好的吸附性，并且可以通过离子置 换后再利用，节约成本的同时，效果显著；
23.2、本发明在制备过程中，通过石灰石与水的反应融合增加了滤材的硬度， 提高实用性，利用废混凝土和硅藻土构成了大量的三维网状孔，孔的形态不规 则，孔隙的内表面凹凸不平，具有很高的比表面，可为生物膜的附着和生长提 供足够的空间，利用氢氧化铁对磷酸盐进行反应置换，再利用活性炭以及火山 石对水中的磷酸盐以及其他有害物质进行吸附，增大吸附能力；
24.本发明在制备过程中，由于滤材中含有丰富的fe(oh)3，fe(oh)3中可以很 容易吸附磷酸盐，具有非常高的吸附容量，并且吸附磷酸盐过后的滤材具有一 定的恢复能力，高效吸附能力是ph在6-7之间。当环境ph达到特定值停止吸 附，并且释放所有吸附的磷酸盐阴离子，所以将更换下来的滤材通过加入高碱 性的液体进行反应将磷置换出来，使得滤材具有一定的恢复能力，可循环利用。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对 实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下 面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
26.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内 容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条 件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调 整，在不影响本发明所能产生的
功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明 所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
27.图1为本发明流程图。
具体实施方式
28.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由 本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的 实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
29.本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的 用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关 系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
30.实施例一
31.请参阅图1，一种基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料，所述多孔除磷 滤料是基于废混凝土和硅藻土除去水中磷酸盐的介质；
32.按照重量计包括以下组分：
33.硅藻土15％-20％、废混凝土15％-20％、石灰石10％-15％、氢氧化铁粉末25％、 多孔剂1％-2％、火山石10％、活性炭10％。
34.多孔除磷滤料是直径为1-3cm的圆柱体颗粒，且多孔除磷滤料的多孔性为 min.50％。
35.基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料密度为640kg/m3，比表面积≥58
ꢀ×
104cm2/g。
36.所述基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料中矿物质成分：三价铁离子含 量占总重量的比例高达25％。
37.多孔除磷滤料中的多孔剂为铝粉，铝粉在碱性环境下与水碱反应产生氢 气，在石灰石与水反应过程中加入废混凝土和硅藻土的粉末后加入多孔剂，进 行发泡。
38.基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料，具有一定的在ph6-7之间吸附能 力最强，且ph＞10停止吸附，且可将磷酸基置换出来，使得滤材具有一定的 恢复能力。
39.一种基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料的制备方法，包括一下步骤：
40.s1，准备材料，材料包括废混凝土、硅藻土、石灰石、氢氧化铁粉末、多 孔剂、火山石、活性炭、水；
41.s2，分别将废混凝土和硅藻土导入粉碎机，对废混凝土和硅藻土进行粉碎 过筛去除杂质；
42.s3，将石灰石进行粉碎，粉碎过后与水按照配比进行混合反应，混合反应 的同时进行搅拌；
43.s4，待石灰石与水反应过后加入废混凝土以及硅藻土的粉末，进行搅拌并 均匀的加入多孔剂；
44.s5，持续搅拌30min后，撒入氢氧化铁粉末，搅拌均匀后，在表面添加活 性炭以及火山石；
45.s6，添加完成后导入模具，进行烘干，烘干后进行脱模，对脱模过后的滤 材进行养
护，养护的同时进行质检。
46.多孔滤料和传统炉渣、陶粒滤料物理特性的比较
[0047][0048]
根据上表物理特性检测结果，基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料比表 面积是《水处理用人工陶粒滤料》(cj/t299-2008)标准的123倍，是炉渣颗 粒的6倍；空隙率是上述标准的1.3倍，是炉渣颗粒的1.1倍；表观密度是炉 渣颗粒的38％。该基于废混凝土和硅藻土的多孔滤料具有表观密度小、比表面 积大、空隙率高、粒内孔隙率高的特点，该滤料内部微孔非常发达，构成了大 量的三维网状孔，孔的形态不规则，孔隙的内表面凹凸不平，具有很高的比表 面，可为生物膜的附着和生长提供足够的空间。滤料表面带有正电荷，对带负 电荷的磷有很好的吸附效果。
[0049]
基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料主要成分中硅藻土含量300mg/g、 ca含量122mg/g、al含量48mg/g、fe含量8.4mg/g、mg含量1.2mg/g。硅藻 土比表面积高，表面存在大量硅羟基和氢键，使硅藻土具有表面活性和吸附性； 污水中的磷酸盐可以与ca、al、fe、mg等金属元素结合生成不溶性的沉淀物， 通过滤料表面金属离子得离子交换吸附作用得到置换，从而起到除磷的作用。 多孔除磷滤料具有非常高的吸附容量，磷吸附容量可达40mg/g。并且吸附磷 酸盐过后的滤材具有一定的恢复能力，当吸附饱和后，可进行置换，释放所有 吸附的磷酸盐阴离子。即将更换下来的滤材通过加入ph＞12的液体进行反应 将磷置换出来，一般在ph＝13的情况下简单浸泡1小时来洗脱磷酸盐，使得滤 材具有一定的恢复性，应用于生活污水、河道水体、农业面源污水等。在水力 负荷1m3/m2·
d、进水总磷浓度1mg/l条件下，平均去除率≥85％。
[0050]
实施例二
[0051]
请参阅图1，一种基于废混凝土和硅藻土的多孔除磷滤料，所述 多孔除磷滤料是基于砖和硅藻土除去水中磷酸盐的介质；
[0052]
按照重量计包括以下组分：
[0053]
硅藻土20～30％；硅土45～55％；水泥8～11％；石灰6～10％；石膏 2～4％；铝粉1.5～2％。
[0054]
其制备方法包括以下步骤：
[0055]
s1将废混凝土和硅藻土粉碎；
[0056]
s2将硅藻土粉末、废混凝土粉末、水泥、石灰、石膏和铝粉按照配比混 合均匀，加水搅拌后倒入模具；
[0057]
s3脱模后，在常温状态下自然养护3～5天；
[0058]
s4养护完成，经破碎机破碎成直径1～3cm的颗粒状，即得到该滤料。
[0059]
相比较而言，实施例1比实施例2中多加入了氢氧化铁、火山石、以及活 性炭，利用活性炭以及火山石提高了原有的滤材吸附能力，对水体中的其他有 害物质也可进行强力
吸附；
[0060]
fe(oh)3 3hcl＝fecl3 3h2o；
[0061]
由此可得出实施例1优于实施例2。
[0062]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述， 但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是 显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均 属于本发明要求保护的范围。