一種除磷填料X-Phos基質及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種除磷填料X?Phos基質及其制備方法，可應用于水處理材料制備領域。該填料的主要制備原料為：CaO2、凹凸棒粘土、膠黏劑和水余量。制備方法為：將上述各種原材料分別進行特定步驟的預處理，然后按照特定比例均勻混合，并加水攪拌；將攪拌好的漿料制成直徑、高度一定的圓柱體顆粒；成型后于一定溫度下風干。本發(fā)明原材料易獲得，成品除磷效果高效穩(wěn)定，可用于人工濕地、生物濾池、尾水凈化等系統(tǒng)的深度除磷。
【專利說明】
_種除鱗填料X-Phos基質及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及水污染控制工程領域，具體地，涉及一種用于水體除磷填料X-PhOS基 質及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 由水體富營養(yǎng)化而引起的水華或赤潮會導致水質下降，水生生態(tài)系統(tǒng)受到嚴重破 壞，進而會威脅經濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和人類健康。水體富營養(yǎng)化主要是因為水體中氮、磷等 營養(yǎng)物質較多造成的，而其中磷被認為是控制富營養(yǎng)化的關鍵，因此研究除磷填料的應用 對水體富營養(yǎng)化的控制具有重大意義。目前對非工業(yè)廢水即污染程度相對較低的污水，生 物濾池、人工濕地等技術較為常用，在此類技術中，填料的選擇是核心問題之一，直接影響 氮磷的去除效果。目前在已應用于污水處理的填料中，多數(shù)存在除磷機理單一，效率低等問 題，對深度除磷、見效快的基質報道較少。
[0003] 王長波等人用Fe、活性炭和一些催化元素為原料發(fā)明一種既能降低水體中磷含量 又能同步去除水體中色度的填料（申請?zhí)?01310315294.2)，達到了同步脫色除磷的目的， 但制作過程較為復雜，對溫度要求較高，催化元素中含有多種金屬元素，易引起二次污染。 劉超翔等將建筑廢棄水泥磚破碎，制成小顆粒作為除磷吸附劑（申請?zhí)?01310420535.X)， 使建筑廢料資源化利用，但其除磷原理主要為物理吸附，吸附飽和后在一定條件下可能會 向水體中釋放磷。劉志軍等發(fā)明了 一種可再生改性頁巖陶粒除磷填料（申請?zhí)?201510190580 .X)，具備重復使用能力，但制備過程中對pH要求較高，且填料飽和吸附量相 對較低，為20~25mg/g。李旭東等以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、鋁粉和水為原料按一定配比 制備出一種污水強化除磷填料（申請?zhí)?01410005588.X)，但除磷機理同樣以物理吸附為 主，待吸附飽和后便失去除磷功能，為了解決此問題，李旭東等對填料進行了改進，發(fā)明出 一種新型聚合氯化鋁除磷填料（申請?zhí)?01410784847.3)，使磷吸附功能高效穩(wěn)定，但原料 中聚氯化鋁的重量比重過多，達60%~90%，易造成水體中Al含量過多。
[0004]
【申請人】前期研究表明天然凹凸棒粘土內部多孔道，比表面積大，具有良好的吸附 性能，將其在700°C以上熱處理后會表現(xiàn)出高效的磷吸附功能。Ca 2+會與水體中的磷反應生 成沉淀，其中羥基磷酸鈣最為穩(wěn)定，所以當水體中含有Ca和P成分時，最終多會以羥基磷酸 鈣形態(tài)存在。羥基磷酸鈣是一種新型無機高分子材料，人體中鈣元素主要以羥基磷酸鈣晶 體的形式存在，當其在水體中存在時不會對環(huán)境對人類健康造成危害影響，可視為一種生 態(tài)友好型物質。所以當某種填料中含有凹凸棒粘土和Ca時，既可以保證除磷的高效率又不 會對生態(tài)環(huán)境造成任何不利影響。

【發(fā)明內容】

[0005] 為達到深度除磷的效果，本發(fā)明的目的是提供一種除磷填料X-Phos基質及其制備 方法，X定義為"去除"，Phos代表磷酸鹽，利用Ca0 2、凹凸棒粘土、膠黏劑和水余量按一定比 例進行混合攪拌壓制成圓柱狀顆粒，可作為除磷填料。主要原料:CaO 2粉末(CaO2含量50%~ 60%)、凹凸棒粘土、膠黏劑、水。填料重量組成成分為:CaO2粉末50%~55%，天然凹凸棒粘土 5% ~10%，改性凹凸棒粘土 30%~35%，膠黏劑3%~6%，水3%~6%。填料最后成型時為圓柱體，底面直 徑為5~50mm，高度為5~50mm。最大磷吸附容量為200mg/g。
[0006] 所述膠黏劑為硅酸鈉、聚乙烯醇膠黏劑中的一種或兩種。
[0007] 除了上述主要原料，在填料制作過程中還可以加入少量Mg〇2、活性炭、粉煤灰等物 質。Mg02、活性炭或者粉煤灰的含量均為1%。
[0008] 使用方法:本發(fā)明是針對磷的深度處理，所以使用時要與其他種類填料配合使用， 以達到對水質綜合凈化效果。使用量宜為總填料用量的1%。
[0009] 具體制作步驟： (I)CaO2粉末與凹凸棒粘土過200目篩網(wǎng)。
[0010] (2)將部分凹凸棒粘土進行800 °C高溫改性處理。
[0011] (3)常溫下，將各個組成物質按一定比例進行混合攪拌。
[0012] (4)將攪拌好的漿料壓制成圓柱體顆粒于一定溫度下風干。
[0013] 除磷機理:天然凹凸棒粘土具有良好的吸附性和遇水膨脹性，700 °C以上熱處理后 磷吸附性能會進一步增強;CaO2粉末遇水會反應生成Ca+，會與磷酸根反應生成沉淀;天然凹 凸棒粘土遇水膨脹會增大Ca〇2與水的接觸面積，在天然凹凸棒粘土和改性凹凸棒粘土的共 同吸附作用下，磷酸根會不斷地與Ca +反應生成羥基磷酸鈣沉淀，凹凸棒的功能是"招商"， CaO2的功能是"扎根"，達到深度除磷的效果。
[0014] 優(yōu)點： (1)所用原材料均為環(huán)境友好型材料，不會引起二次污染。
[0015] (2)在物理吸附和化學反應兩種途徑的綜合作用下進行除磷，確保除磷的高效率。
[0016] (3)填料成產成本低、周期短、機械化程度高，可承受水流長時間沖擊，方便工程應 用。
[0017] (4)Ca02與水反應可生成02,除磷的同時可增加水中溶解氧含量。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:實驗室靜態(tài)模擬實驗I 在實驗室配置磷酸二氫鉀溶液使其TP為1.2mg/L，選用圓柱體填料，直徑5mm，高IOmm， 填料制備步驟同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末50%，天然凹凸棒粘土8%，改性凹凸棒粘 土 31%，硅酸鈉1%，聚乙烯醇膠黏劑3%，水4%，Mg02 1%，活性炭1%，粉煤灰1%。取IL磷酸二氫鉀 溶液，投加兩顆填料，8h后取水樣進行檢測，結果見表1。
[0019] 衷I 7tC質比較 實施例2:實驗室靜態(tài)模擬實驗Π
在實驗室配置磷酸二氫鉀溶液使其TP為1.2mg/L，選用圓柱體填料，直徑10mm，高20mm， 填料制備步驟同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末50%，天然凹凸棒粘土6%，改性凹凸棒粘 土 30%，活性炭5%，硅酸鈉1%，聚乙烯醇膠黏劑4%，水4%。取5L磷酸二氫鉀溶液，投加兩顆填 料，12h后取水樣進行檢測，結果見表2。 實施例3:實驗室基質除磷實驗I
在實驗室配置磷酸二氫鉀溶液使其TP為1.2mg/L，選用圓柱體填料，直徑10mm，高50mm， 填料制備步驟同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末52%，天然凹凸棒粘土6%，改性凹凸棒粘 土 32%，硅酸鈉2%，聚乙烯醇膠黏劑2%，水6%。
[0021]使用內徑10cm，高20cm的有機玻璃柱作為反應容器，在反應器內放填料20g，保持 進水量50L/d，三天后取水樣進行檢測，結果見表3。
實施例4:實驗室基質除磷實驗Π 在實驗室配置磷酸二氫鉀溶液使其TP為1.2mg/L，選用圓柱體填料，直徑20mm，高20mm， 填料制備步驟同上述，原料成分重量配比：Ca〇2粉末51%，天然凹凸棒粘土 10%，改性凹凸棒 粘土31 %，粉煤灰1 %，硅酸鈉2%，聚乙烯醇膠黏劑1 %，水4%。
[0023]使用內徑10cm，高20cm的有機玻璃柱作為反應容器，在反應器內放填料30g，保持 進水量8〇L/d，三天后取水樣進行檢測，結果見表4。 實施例5:人工濕地模擬實驗
選用圓柱體填料，直徑50mm，高5mm，填料原料成分配比：Ca〇2粉末52%，天然凹凸棒粘土 5%，改性凹凸棒粘土 35%，硅酸鈉2%，聚乙烯醇膠黏劑3%，水3%。將制得填料用于模擬人工濕 地對生活污水的凈化，用量為總填料重量的1%。濕地運行穩(wěn)定后取水樣進行監(jiān)測，結果見表 5〇
[0025] 耒5講m水水席
實施例6:人工濕地工程應用 選用圓柱體填料，直徑40mm，高30mm，填料原料成分配比：Ca〇2粉末55%，天然凹凸棒粘 土 7%，改性凹凸棒粘土 30%，硅酸鈉1%，聚乙烯醇膠黏劑2%，水4%，活性炭1%。將制得填料用于 某處人工濕地示范工程中，該人工濕地應用于對劣V類河水的凈化，用量為總填料重量的 1%。濕地運行穩(wěn)定后取水樣進行監(jiān)測，結果見表6。
[0026] 表6進出水水質
【主權項】
1. 一種除磷填料X-Phos基質，其特征在于，所述除磷填料X-Phos基質主要由以下物質 構成:Ca02粉末、凹凸棒粘土、膠黏劑、水。2. 根據(jù)權利要求1所述的除磷填料X-Phos基質，其特征在于，所述除磷填料X-Phos基質 成分組成為:Ca02粉末50%~55%，天然凹凸棒粘土 5%~10%，改性凹凸棒粘土 30%~35%，膠黏劑 3%~6%，水3%~6%。3. 根據(jù)權利要求2所述的除磷填料X-Phos基質，其特征在于，所述改性凹凸棒粘土由天 然凹凸棒粘土進行800°C高溫改性制備而成。4. 根據(jù)權利要求1所述的除磷填料X-Phos基質，其特征在于，該除磷填料X-Phos基質為 圓柱體，底面直徑為5~50mm，高度為5~50mm，最大磷吸附容量為200mg/g。5. 根據(jù)權利要求1所述的除磷填料X-Phos基質，其特征在于，所述的Ca〇2粉末中Ca〇2含 量50%~60%。6. 根據(jù)權利要求1所述的除磷填料X-Phos基質，其特征在于，所述膠黏劑為硅酸鈉、聚 乙烯醇膠黏劑中的一種或兩種。7. 根據(jù)權利要求1所述的除磷填料X-Phos基質，其特征在于，所述基質還含有Mg02、活性 炭或者粉煤灰中的一種或幾種。8. 根據(jù)權利要求1所述的除磷填料X-Phos基質，其特征在于，Mg〇2、活性炭或者粉煤灰的 含量均為1%。9. 權利要求1所述的除磷填料X - P h 〇 s基質的制備方法，其特征在于，具體包括以下步 驟： 1. Ca02粉末與凹凸棒粘土過200目篩網(wǎng)； 2) 將天然凹凸棒粘土進行800 °C高溫改性處理制備改性凹凸棒粘土； 3) 常溫下，將各個組成物質按比例進行混合攪拌； 4) 將攪拌好的漿料壓制成圓柱體顆粒后風干。
【文檔編號】C02F1/52GK105858787SQ201610269334
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】柯凡, 李文朝, 周峰, 潘繼征, 何延召, 范帆
【申請人】中國科學院南京地理與湖泊研究所