一種人工濕地填料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種人工濕地填料及其制備方法，屬于人工濕地填料制備技術(shù)領(lǐng)域。填料的原料包括以下重量份的組分：改性粉煤灰75?90份、膨潤土10?15份、石灰石20?25份和吸附劑5?8份；本發(fā)明專利技術(shù)通過對(duì)粉煤灰基進(jìn)行二次改性提高了粉煤灰基填料的脫氮脫磷效果，吸附劑采用2?羥丙基?β?環(huán)糊精改性的活性炭，并加入氯化鐵和氯化鑭，鐵離子和稀土鑭離子能夠與磷形成穩(wěn)定絡(luò)合物沉淀，從而將磷穩(wěn)固在填料中，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水中重金屬離子的吸附，賦予人工濕地填料優(yōu)異的重金屬去除效果。本發(fā)明專利技術(shù)的人工濕地填料具有優(yōu)異的脫氮脫磷效果，同時(shí)能夠吸附去除污水中的重金屬離子，且制備方法簡(jiǎn)單，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種人工濕地填料及其制備方法
本專利技術(shù)涉及人工濕地填料制備
，特別是涉及一種人工濕地填料及其制備方法。
技術(shù)介紹
目前，我國水環(huán)境狀況日趨惡化，出現(xiàn)了湖泊富營養(yǎng)化、近岸海域赤潮、河流和水庫的有機(jī)污染等問題，威脅到居民的飲水安全和人民群眾的健康。而我國現(xiàn)行的污水處理工藝投資高、能耗大、運(yùn)行管理要求高，大力開發(fā)高效、簡(jiǎn)易、低耗的污水處理工藝對(duì)于污水處理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。人工濕地是一種投資少、運(yùn)行費(fèi)用低的污水處理技術(shù)，具有巨大的資源潛力和環(huán)境功能，能夠維持區(qū)域生態(tài)平衡、調(diào)節(jié)氣候、凈化水質(zhì)等，近年來被廣泛運(yùn)用于農(nóng)村生活污水處理。人工濕地主要由基質(zhì)、植物和微生物等組成，基質(zhì)又稱填料，主要通過吸附、沉淀和置換作用，去除污水中的氮、磷、有機(jī)物等物質(zhì)，并同時(shí)為植物和微生物提供生長活動(dòng)場(chǎng)所，傳統(tǒng)填料在對(duì)人工濕地的污水凈化和處理含氮磷廢水等工藝環(huán)節(jié)起著決定性作用，但從已有的工程實(shí)踐來看，人工濕地填料脫氮脫磷能力依然不夠理想。并且，隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)污水的排放量也呈現(xiàn)日益增長的趨勢(shì)，導(dǎo)致大量重金屬污染物進(jìn)入水體環(huán)境，而現(xiàn)有的人工濕地處理工藝尚無法實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中重金屬的高效去除,人工濕地填料難以兼具脫氮脫磷與重金屬去除的雙重效果。與此同時(shí)，能源工業(yè)的發(fā)展還帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，給國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。而由于粉煤灰的形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)與活性炭相似，具有較大的比表面積，同時(shí)粉煤灰中存在大量Al、Fe等活性點(diǎn)，使之具有一定的吸附能力。國內(nèi)外眾多研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰可加到污水中除磷,如:用活性粉煤灰做磷吸附劑(專利號(hào)：200410099197.5)，是利用粉煤灰和稀硫酸混合后，在一定的溫度下活化一定時(shí)間后制備而成，處理廢水時(shí)，對(duì)CODcr和色度有一定去除效果，但除磷率僅為20％左右；許可等人用改性粉煤灰做為磷吸附劑(專利號(hào)：200810141600.4)，用濃硫酸進(jìn)行改性，然后在20-300O℃下熟化0.5至5小時(shí)，該吸附劑除磷效率較高，但酸性大且呈粉沫狀，不適用于人工濕地植物及微生物生長。基于人工填料的上述現(xiàn)狀，制備對(duì)氮、磷以及重金屬具有高去除率的人工濕地填料，對(duì)人工濕地處理意義重大。同時(shí)，在構(gòu)建人工濕地時(shí)，因地制宜地利用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)材料或工業(yè)廢料作為濕地填料，如粉煤灰，還可降低人工濕地的成本，為工業(yè)廢料再利用提供有效途徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種人工濕地填料及其制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，使人工濕地填料具有優(yōu)異的脫氮脫磷以及重金屬去除效果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了如下方案：本專利技術(shù)提供一種人工濕地填料，原料包括以下重量份的組分：改性粉煤灰75-90份、膨潤土10-15份、石灰石20-25份和吸附劑5-8份；改性粉煤灰的制備包括以下步驟：a.將粉煤灰加入稀硫酸中浸泡，清洗、干燥得預(yù)處理粉煤灰；b.在95-105℃反應(yīng)條件下，將預(yù)處理后的粉煤灰與混合改性劑攪拌反應(yīng)、烘干，得改性粉煤灰；所述混合改性劑由木質(zhì)素磺酸鹽和(2-羧乙基)二甲基溴化锍組成；吸附劑的制備包括以下步驟：c.將2-羥丙基-β-環(huán)糊精和活性炭按照質(zhì)量比為(50-60):1溶解于甲醇制成溶液，室溫下震蕩反應(yīng)，干燥至恒重，得吸附劑初品；d.將吸附劑初品與氯化鐵和氯化鑭充分混合，然后在103-108℃溫度下加熱1.5-2.5h，冷卻至室溫，即得吸附劑。進(jìn)一步地，所述木質(zhì)素磺酸鹽和(2-羧乙基)二甲基溴化锍的質(zhì)量比為1:1.2-1.5。進(jìn)一步地，所述混合改性劑的添加量為預(yù)處理粉煤灰質(zhì)量的1-1.6％。進(jìn)一步地，所述氯化鐵和氯化鑭的總添加量為吸附劑初品質(zhì)量的0.5-1.2％，鐵離子和鑭離子的摩爾比為1:0.06-0.12。進(jìn)一步地，步驟a中浸泡時(shí)間為15-17h。進(jìn)一步地，步驟b中攪拌反應(yīng)的時(shí)間為8-15min。進(jìn)一步地，步驟c中溶解后的溶液濃度為1-8wt％，震蕩反應(yīng)的時(shí)間為12-15h，干燥溫度為30-35℃。本專利技術(shù)還提供一種上述人工濕地填料的制備方法，包括以下步驟：將改性粉煤灰、膨潤土、石灰石以及吸附劑攪拌混合均勻，壓制成型、烘干，即得人工濕地填料。本專利技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：本專利技術(shù)對(duì)粉煤灰進(jìn)行兩次改性處理，首先利用硫酸對(duì)粉煤灰進(jìn)行初步酸改性活化，之后采用改性劑進(jìn)行二次改性，經(jīng)兩次改性后的粉煤灰吸附能力顯著提高，改性劑中木質(zhì)素磺酸鈉含有的極性基團(tuán)對(duì)氮磷吸附效果好，(2-羧乙基)二甲基溴化锍的加入對(duì)粉煤灰基濕地填料脫氮具有增效作用。本專利技術(shù)的吸附劑采用2-羥丙基-β-環(huán)糊精改性的活性炭，并加入了氯化鐵和氯化鑭，鐵離子和稀土鑭離子能夠與磷形成穩(wěn)定絡(luò)合物沉淀，從而將磷穩(wěn)固在填料中，同時(shí)2-羥丙基-β-環(huán)糊精改性活性炭還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水中重金屬離子的吸附，賦予人工濕地填料優(yōu)異的重金屬去除效果。本專利技術(shù)的人工濕地填料具有優(yōu)異的脫氮脫磷效果，同時(shí)能夠吸附去除污水中的重金屬離子，且制備方法簡(jiǎn)單，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。具體實(shí)施方式現(xiàn)詳細(xì)說明本專利技術(shù)的多種示例性實(shí)施方式，該詳細(xì)說明不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本專利技術(shù)的限制，而應(yīng)理解為是對(duì)本專利技術(shù)的某些方面、特性和實(shí)施方案的更詳細(xì)的描述。應(yīng)理解本專利技術(shù)中所述的術(shù)語僅僅是為描述特別的實(shí)施方式，并非用于限制本專利技術(shù)。另外，對(duì)于本專利技術(shù)中的數(shù)值范圍，應(yīng)理解為還具體公開了該范圍的上限和下限之間的每個(gè)中間值。在任何陳述值或陳述范圍內(nèi)的中間值以及任何其他陳述值或在所述范圍內(nèi)的中間值之間的每個(gè)較小的范圍也包括在本專利技術(shù)內(nèi)。這些較小范圍的上限和下限可獨(dú)立地包括或排除在范圍內(nèi)。除非另有說明，否則本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本專利技術(shù)所述領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)人員通常理解的相同含義。雖然本專利技術(shù)僅描述了優(yōu)選的方法和材料，但是在本專利技術(shù)的實(shí)施或測(cè)試中也可以使用與本文所述相似或等同的任何方法和材料。本說明書中提到的所有文獻(xiàn)通過引用并入，用以公開和描述與所述文獻(xiàn)相關(guān)的方法和/或材料。在與任何并入的文獻(xiàn)沖突時(shí)，以本說明書的內(nèi)容為準(zhǔn)。在不背離本專利技術(shù)的范圍或精神的情況下，可對(duì)本專利技術(shù)說明書的具體實(shí)施方式做多種改進(jìn)和變化，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。由本專利技術(shù)的說明書得到的其他實(shí)施方式對(duì)技術(shù)人員而言是顯而易見的。本專利技術(shù)說明書和實(shí)施例僅是示例性的。關(guān)于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限于。本專利技術(shù)中所述的“份”如無特別說明，均按質(zhì)量份計(jì)。實(shí)施例1一種人工濕地填料，原料包括以下重量份的組分：改性粉煤灰75份、膨潤土15份、石灰石25份和吸附劑8份。制備方法如下：(1)改性粉煤灰的制備：a.將粉煤灰加入硫酸溶液(質(zhì)量濃度10％)中浸泡17h，清洗、干燥得預(yù)處理粉煤灰；b.在混料機(jī)中，將預(yù)處理后的粉煤灰加熱至100℃，300r/min轉(zhuǎn)速下加入混合改性劑攪拌8min，攪拌完成后烘干，得到改性粉煤灰。其中，混合改性劑是由木質(zhì)素磺酸鹽本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種人工濕地填料，其特征在于，原料包括以下重量份的組分：/n改性粉煤灰75-90份、膨潤土10-15份、石灰石20-25份和吸附劑5-8份；/n改性粉煤灰的制備包括以下步驟：/na.將粉煤灰加入稀硫酸中浸泡，清洗、干燥得預(yù)處理粉煤灰；/nb.在95-105℃反應(yīng)條件下，將預(yù)處理后的粉煤灰與混合改性劑攪拌反應(yīng)、烘干，得改性粉煤灰；/n所述混合改性劑由木質(zhì)素磺酸鹽和(2-羧乙基)二甲基溴化锍組成；/n吸附劑的制備包括以下步驟：/nc.將2-羥丙基-β-環(huán)糊精和活性炭按照質(zhì)量比為(50-60):1溶解于甲醇制成溶液，室溫下震蕩反應(yīng)，干燥至恒重，得吸附劑初品；/nd.將吸附劑初品與氯化鐵和氯化鑭充分混合，然后在103-108℃溫度下加熱1.5-2.5h，冷卻至室溫，即得吸附劑。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種人工濕地填料，其特征在于，原料包括以下重量份的組分：
改性粉煤灰75-90份、膨潤土10-15份、石灰石20-25份和吸附劑5-8份；
改性粉煤灰的制備包括以下步驟：
a.將粉煤灰加入稀硫酸中浸泡，清洗、干燥得預(yù)處理粉煤灰；
b.在95-105℃反應(yīng)條件下，將預(yù)處理后的粉煤灰與混合改性劑攪拌反應(yīng)、烘干，得改性粉煤灰；
所述混合改性劑由木質(zhì)素磺酸鹽和(2-羧乙基)二甲基溴化锍組成；
吸附劑的制備包括以下步驟：
c.將2-羥丙基-β-環(huán)糊精和活性炭按照質(zhì)量比為(50-60):1溶解于甲醇制成溶液，室溫下震蕩反應(yīng)，干燥至恒重，得吸附劑初品；
d.將吸附劑初品與氯化鐵和氯化鑭充分混合，然后在103-108℃溫度下加熱1.5-2.5h，冷卻至室溫，即得吸附劑。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工濕地填料，其特征在于，所述木質(zhì)素磺酸鹽和(2-羧乙基)二甲基溴化锍的質(zhì)量比為1:1.2-1.5。

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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡春明，王亮，劉暢，劉平，尤立，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，中國水利水電科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11