本发明涉及一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法及其应用，属于水处理
技术领域：
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背景技术：
：生物滞留池或生态滤池作为一个重要的源头控制城市雨水径流的措施，对控制雨水径流污染、削减雨水径流体积和控制雨水径流峰值具有很好的效果，对污染物的去除主要通过植物、微生物、土壤和填料的生物、化学及物理作用。生物滞留池的填料层取材范围很广，从砂到碎石和土壤混合物、生物炭、木屑、页岩、沸石，以及其它商业产品。但是由于土壤或填料中的本底值和植物根系的影响，生物滞留池对氮、磷的去除效果波动较大，甚至出现出水氮、磷浓度高于进水的情况。且针对日益凸显的城市雨水问题，对于控制雨水的生物滞留池或生态滤池的设置数量越来越多，填料的需求也在日益增大。常用的改良填料主要为吸附用生物炭和混凝污泥大多为粉末状，在雨水淋洗作用下易在多孔介质中转移，限制了其在水相中的应用。因此，提供一种原料来源广泛、成本低廉、吸附过滤效果好且性质稳定的用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的是十分必要的。技术实现要素：本发明的为了解决上述技术问题，提供一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法及其应用。一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，该方法的具体操作步骤如下：(1)将混凝污泥、膨润土和植物基生物质进行预处理后混合，加水搅拌均匀后进行造粒和烘干处理，获得复合颗粒坯；所述的混凝污泥、膨润土和植物基生物质的质量比为(4-8)：(1-4)：(0.5-2)；(2)将复合颗粒坯在400℃-600℃限氧条件下进行热解处理，得到颗粒填料。进一步地，混凝污泥为净水厂混凝污泥或污水深度处理混凝污泥。进一步地，混凝污泥的混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁或聚合氯化铝铁中的一种或两种以任意比例混合。进一步地，植物基生物质为玉米秸秆、小麦秸秆、玉米芯中一种或两种以上任意比例混合。进一步地，步骤(1)中预处理的具体操作过程为：将混凝污泥、膨润土和植物基生物质在60℃-100℃条件下烘干，然后分别将混凝污泥、膨润土和植物基生物质进行研磨并过100目筛，得到粉末状的混凝污泥、膨润土和植物基生物质原料。进一步地，步骤(1)中造粒处理的具体操作过程为：采用滚动造粒或者压力造粒的方式制备直径5mm-6mm的颗粒；所述的烘干处理条件为：烘干温度为90℃-105℃，烘干时间是1h-3h。进一步地，采用滚动造粒的方式制备颗粒时，混凝污泥、膨润土和植物基生物质的质量比为3:2:1；采用压力造粒的方式制备颗粒时，混凝污泥、膨润土和植物基生物质的质量比6:3:1。进一步地，步骤(2)的具体操作过程为：将复合颗粒坯置于管式炉或热解炉内进行热解，向炉内持续通入氮气维持限氧环境，以5-10℃/min的速率升温400℃-600℃，保温热解1h-3h，然后在持续通入氮气的条件下自然冷却至25±2℃，得到颗粒填料。更进一步地，以10℃/min的速率升温至400℃，保温热解2h，通入氮气的速率为100ml/min。上述混凝污泥基颗粒填料用于生物滞留滤池中进行水处理的方法，将颗粒填料用于生物滞留滤池中换土层的下层，完成填充后的生物滞留滤池的填充层剖面由上至下依次为：覆盖层、换土层、颗粒填料层、粗砂层和砾石承托层；所述的颗粒填料层由颗粒填料和细砂按照质量比为1:1混合组成，所述的颗粒填料层的填充高度为8cm-10cm；所述的细砂的平均粒径为0.80±0.20mm，sio2含量大于96％。本发明具有以下有益效果：本发明将粉末状混凝污泥、植物基生物质和膨润土混合造粒后，在无氧条件下进行热解处理，获得颗粒填料，该填料填充在生物滞留池后，其抗堵塞性能优于粉末混凝污泥，在不同降雨条件下对污染物有良好的去除效果，且其理化特性、淋溶特性、污染物的吸附效能达到使用要求。本发明制备颗粒填料使用产量大、成本低廉的生物质和粘结剂，且在中低温条件下进行处理，具有工艺简单，成本低廉的优点。并且本发明使用的混凝污泥主要来自水处理沉淀池的排泥水和滤池的反冲洗废水，其中含有不定形铁、铝的化合物并具有较为发达的微孔结构和较大的比表面积，使其具有较多的吸附位点，对水中的磷和其他阴离子有很强的吸附能力。此外，植物基生物质热解后形成生物炭，有丰富的表面官能团和大的表面积，使其对水中多种无机和有机污染物都具有良好的去除效果，尤其是较强的阳离子交换能力，可以高效去除氨氮，且该填料为工业和农业废物再利用，其化学结构稳定，重金属的浸出毒性风险很低。附图说明图1为实施例制备的填料颗粒的实物图。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。实施例1：1)将净水厂混凝污泥、膨润土和玉米芯用电热恒温鼓风干燥箱在60℃烘干，并将所有原料利用研磨机研磨成粉末并过100目筛，得到粉末状原料，粒径<0.15mm；其中混凝污泥来自地表水净水厂，采用聚合氯化铝(pac)进行混凝处理；膨润土为化工厂常规产品，对纯度没有严格要求。2)将经过步骤1)处理后的混凝污泥、膨润土和玉米芯粉末按质量比为3:2:1的配比均匀混合，加入适量的水进行搅拌均匀，形成具有粘性的混合物；3)将步骤2)制备得到的具有粘性的混合物采用滚动造粒的方式制备成直径为5-6mm的颗粒，获得复合颗粒坯；4)将步骤3)制备得到的复合颗粒坯进行干燥处理，干燥处理时的烘干温度为105℃，烘干时间是2h；5)将经过干燥处理后的颗粒置于管式炉中进行热解，热解过程中以100ml/min速率持续通入氮气维持缺氧环境，以10℃/min速率升温至400℃，保温热解2h；6)在持续通入氮气的条件下冷却至25±2℃，得到颗粒填料，如图1所示，颗粒填料强度为0.29mpa。效果例1：对实施例1获得的颗粒填料采用标准毒性浸出方法(tclp)进行重金属浸出浓度检测，并与我国地表水环境质量标准(gb3838-2002)进行对比，结果如表1-1所示，表1-1(单位：mgl-1)重金属cunipbcrzncdal颗粒填料0.0160.012n.d.*0.0040.159n.d.1.08gb3838-20021.00.020.10.12.00.01n.r.***未检出；**未规定由上表可知，本方法制备的颗粒填料重金属的浸出毒性风险很低，符合相关标准，能够保证生态安全。效果例2：对实施例1获得的颗粒填料进行静态吸附实验，实验结果如下：该颗粒填料对磷的吸附能力为8.63mg-pg-1，对重金属代表性物质铅的吸附能力为18.47mgg-1。其中，清水中磷的解吸量为0.72mg-pg-1，铅的解吸量为0.34mgg-1。效果例3：分别在较清洁雨水和受污染雨水两种条件下，对实施例1获得的颗粒填料、混凝污泥粉末(实施例1中制备颗粒填料的原料净水厂混凝污泥)和细砂(平均粒径为0.80±0.20mm，sio2含量大于96％)进行对污染物的去除效果和渗透性能的测试。实验所用的生物滞留池模拟反应柱高度为20.00cm，内径为5.00cm，柱内水流方向自上而下，底部设有出水口，模拟反应柱的滤速为0.15m/h。模拟柱对污染物的平均去除率如表1-2和表1-3所示，表1-2三种填料柱对分别对较清洁雨水和受污染雨水的重金属的平均去除率表1-3三种填料柱对受污染雨水中的常规污染物和pahs的平均去除率由上述结果可知，混凝污泥颗粒柱对重金属离子、多环芳烃(pahs)和磷酸盐的平均去除率均高于85％，出水水质满足地表水ⅲ类水体的标准，且雨水中的多环芳烃和tss等污染物可以促进重金属离子的去除；在降雨末期，较清洁雨水冲刷下，颗粒填料的污染物解吸率小于5％，无二次污染风险。将颗粒填料用于试验柱填充实验时，其渗透系数高于砂填充和混凝污泥粉末填充，初始值达到114mmh-1，符合生物滞留池填料渗透系数在100～300mmh-1的推荐范围内。且经过54天运行时间后，渗透系数没有下降，表明新型颗粒填料在抗堵塞方面有明显的优势。实施例2：本实施例与实施例1不同处为：混凝污泥、膨润土和玉米秸秆粉末按质量比为6:3:1的配比，通过压力造粒的方式制备颗粒填料，其余操作步骤与实施例1相同。本实施例获得的颗粒填料的强度为0.43mpa，无生态毒性风险。该颗粒填料对磷的静态吸附能力为11.49mg-pg-1，对重金属代表性物质铅的静态吸附量为11.87mgg-1。当前第1页1 2 3
技术特征：
1.一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，该方法的具体操作步骤如下：
(1)将混凝污泥、膨润土和植物基生物质进行预处理后混合，加水搅拌均匀后进行造粒和烘干处理，获得复合颗粒坯；
所述的混凝污泥、膨润土和植物基生物质的质量比为(4-8)：(1-4)：(0.5-2)；
(2)将复合颗粒坯在400℃-600℃限氧条件下进行热解处理，得到颗粒填料。
2.根据权利要求1所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，所述的混凝污泥为净水厂混凝污泥或污水深度处理混凝污泥。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，所述的混凝污泥的混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁或聚合氯化铝铁中的一种或两种混合。
4.根据权利要求1所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，所述的植物基生物质为玉米秸秆、小麦秸秆、玉米芯中一种或两种以上任意比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中预处理的具体操作过程为：将混凝污泥、膨润土和植物基生物质在60℃-100℃条件下烘干，然后分别将混凝污泥、膨润土和植物基生物质进行研磨并过100目筛，得到粉末状的混凝污泥、膨润土和植物基生物质原料。
6.根据权利要求1所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中造粒处理的具体操作过程为：采用滚动造粒或者压力造粒的方式制备直径5mm-6mm的颗粒；所述的烘干处理条件为：烘干温度为90℃-105℃，烘干时间是1h-3h。
7.根据权利要求6所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，采用滚动造粒的方式制备颗粒时，混凝污泥、膨润土和植物基生物质的质量比为3:2:1；采用压力造粒的方式制备颗粒时，混凝污泥、膨润土和植物基生物质的质量比6:3:1。
8.根据权利要求1所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)的具体操作过程为：将复合颗粒坯置于管式炉或热解炉内进行热解，向炉内持续通入氮气维持限氧环境，以5-10℃/min的速率升温400℃-600℃，保温热解1h-3h，然后在持续通入氮气的条件下自然冷却至25±2℃，得到颗粒填料。
9.根据权利要求7所述的一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法，其特征在于，以10℃/min的速率升温至400℃，保温热解2h，通入氮气的速率为100ml/min。
10.权利要求1所述的颗粒填料用于生物滞留滤池中进行水处理，其特征在于，将颗粒填料用于生物滞留滤池中换土层的下层，完成填充后的生物滞留滤池的填充层剖面由上至下依次为：覆盖层、换土层、颗粒填料层、粗砂层和砾石承托层；所述的颗粒填料层由颗粒填料和细砂按照质量比为1:1混合组成，所述的颗粒填料层的填充高度为8cm-10cm；所述的细砂的平均粒径为0.80±0.20mm，sio2含量大于96％。
技术总结
本发明公开了一种用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法及其应用，属于水处理技术领域。本发明提供一种原料来源广泛、成本低廉、吸附过滤效果好且性质稳定的用于水处理的混凝污泥基颗粒填料的制备方法。本发明以来自地表水净水厂或污水深度处理的混凝污泥粉末、膨润土和植物基生物质为原料混合造粒后，在无氧条件下热解制备获得颗粒填料。该填料填充在生物滞留池或生态滤池后，其抗堵塞性能优于粉末混凝污泥，在不同降雨条件下对污染物有良好的去除效果，且其理化特性、淋溶特性、污染物的吸附效能达到使用要求。此外，本发明制备颗粒填料使用产量大、成本低廉的生物质和粘结剂，且在中低温条件下进行处理，具有工艺简单，成本低廉的优点。
技术开发人、权利持有人：王秀蘅;王梦悦
