專(zhuān)利名稱(chēng)：一種除磷粉煤灰陶粒及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水污染控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型高效高強(qiáng)度除磷粉煤灰陶粒及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
水處理陶粒是目前在污水處理中越來(lái)越被廣泛應(yīng)用一類(lèi)環(huán)境功能材料，目前主要在曝氣生物濾池，人工濕地及水處理濾壩等廢水處理工程中作為填料使用，是上述廢水處理工程的核心材料。陶粒的外觀(guān)特征大部分呈圓形或橢圓形球體，用作水污染治理的陶粒其粒徑一般為5 20_，具有表面粗糙、高強(qiáng)度、輕質(zhì)和內(nèi)外表面多孔的基本特點(diǎn)，可承受長(zhǎng)期高負(fù)荷的水力沖擊，并可為微生物在其表面附著成膜創(chuàng)造良好條件。隨著水處理陶粒研究的日益深入，越來(lái)越重視在陶粒的制備過(guò)程中賦予其更多的特性，尤其是對(duì)特定污染物的去除特性，如脫氮除磷、重金屬吸附、有機(jī)污染物脫除功能等，陶粒的研究開(kāi)發(fā)逐漸呈現(xiàn)高效、多功能化的趨勢(shì)特點(diǎn)。傳統(tǒng)陶粒的制造材料大多數(shù)是天然的，大部分以粘土和頁(yè)巖燒結(jié)而成，目前廣泛用于水污染治理的陶粒中大部分仍為此類(lèi)陶粒。但隨著天然資源的日益枯竭，以固體廢棄物作為原料制造水處理陶粒成為目前技術(shù)發(fā)展的主要方向。可用于生產(chǎn)陶粒的固體廢棄物包括粉煤灰、鋼渣、礦渣、爐渣、河道淤泥、污水處理廠(chǎng)淤泥和生活垃圾焚燒爐渣等。其中， 由于粉煤灰的主要成分與粘土成分相似，材料易得，且相對(duì)較為安全，目前被認(rèn)為是制備水處理陶粒的最佳替代材料。目前粉煤灰在我國(guó)的產(chǎn)量穩(wěn)定，年產(chǎn)量約4億噸，利用粉煤灰制造水處理陶粒可同時(shí)解決粉煤灰的處置出路問(wèn)題，是“變廢為寶”一大舉措。粉煤灰陶粒除具有一般水處理陶粒的特性之外，由于其主要成分粉煤灰中含有較多的Al3+、Ca2+、Mg2+、Fe2+和Fe3+等金屬離子，可在水處理過(guò)程中對(duì)磷元素有明顯的去除效果。除此之外，由于粉煤灰陶粒的空隙較傳統(tǒng)陶粒要豐富，其對(duì)污染物的吸附作用會(huì)更加明顯。據(jù)現(xiàn)有的研究表明，粉煤灰陶粒主要可通過(guò)化學(xué)沉淀作用、化學(xué)吸附作用、微孔吸附作用及附著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濃度。用作水污染處理的粉煤灰陶粒通常應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)高強(qiáng)度，可承受長(zhǎng)時(shí)間的水力沖擊；孔容大，孔隙豐富，有利于微生物掛膜，其有利于其對(duì)污染物的吸附；以具有自主去除某類(lèi)污染物的能力為佳，實(shí)現(xiàn)陶粒的多功能用途。傳統(tǒng)陶粒本身一般不具備對(duì)污染物的去除能力，用作廢水處理工程填料時(shí)主要是作為微生物附著的載體使用。目前國(guó)內(nèi)污水處理出水標(biāo)準(zhǔn)提升，對(duì)廢水的脫氮除磷要求越來(lái)越普遍，僅使用傳統(tǒng)陶粒對(duì)強(qiáng)化廢水污染物去除效果提升有限。為達(dá)到更高的處理出水水質(zhì)要求，對(duì)現(xiàn)有廢水處理工程填料進(jìn)行改進(jìn)就顯得尤為重要。研究開(kāi)發(fā)多功能陶粒可為曝氣生物濾池、人工濕地及水處理濾壩等廢水處理工程提供關(guān)鍵性的技術(shù)支持，是指導(dǎo)今后我國(guó)升級(jí)改造現(xiàn)有廢水處理工程，提升廢水處理脫氮除磷能力的重要基礎(chǔ)性研究
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種除磷粉煤灰陶粒；該陶粒具有高效高強(qiáng)度的特點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的在于提供上述除磷粉煤灰陶粒的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供上述除磷粉煤灰陶粒的應(yīng)用。該除磷粉煤灰陶粒可直接應(yīng)用到水污染凈化工程，如曝氣生物濾池，人工濕地及水處理濾壩等，主要用于強(qiáng)化常規(guī)廢水處理工程的深度處理，有效降低最終處理出水的磷元素濃度。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種除磷粉煤灰陶粒，所述除磷粉煤灰陶粒由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的組分組成粉煤灰50 %，膨潤(rùn)土 35 %，熟石灰10 %，自來(lái)水5 %。所述粉煤灰的細(xì)度為150 200目。上述的一種除磷粉煤灰陶粒的制備方法，包括以下操作步驟(I)混和將粉煤灰、膨潤(rùn)土和熟石灰按上述配比稱(chēng)量，混合攪拌均勻，得到混合原料；(2)造粒將混合原料分次加入圓盤(pán)造粒機(jī),每次加入I. O I. 5kg混合原料，同時(shí)噴灑霧化后的自來(lái)水，每次噴灑50 70ml，進(jìn)行造粒，直至造粒直徑達(dá)到5 7mm，得到粉煤灰陶粒；(3)干化在自然條件下將粉煤灰陶粒干化12h ；(4)燒結(jié)以速率10 15°C /min緩慢升溫至380 450°C，暫停升溫并放入平鋪于托盤(pán)上的干化后的粉煤灰陶粒，保溫預(yù)熱30 35min，然后繼續(xù)升溫，升溫速率為10 15°C /min，升溫至950 1000°C后恒溫?zé)Y(jié)30min，降溫至室溫，得到除磷粉煤灰陶粒。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述步驟(2)中造粒時(shí)圓盤(pán)造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為30 45rpm ； 所述將混合原料分次加入圓盤(pán)造粒機(jī)的時(shí)間間隔為5 IOmin,即加入I. O I. 5kg混合原料同時(shí)噴灑水后，間隔5 IOmin進(jìn)行下一次加料及加水。上述的除磷粉煤灰陶粒在制備廢水處理工程填料中的應(yīng)用。本發(fā)明的原理是本發(fā)明在傳統(tǒng)粉煤灰陶粒的制備基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，以燃煤電廠(chǎng)粉煤灰及膨潤(rùn)土為主要原料，通過(guò)對(duì)粉煤灰陶粒的燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間及預(yù)熱時(shí)間等進(jìn)行調(diào)整、確定，制備出高強(qiáng)度粉煤灰陶粒，該陶粒在處理IOmg · L-I的含磷廢水時(shí)可獲得高達(dá) 99. 83%的磷酸鹽去除率。本發(fā)明除磷粉煤灰陶粒可應(yīng)用于曝氣生物濾池、人工濕地及水處理濾壩等廢水處理工程中作為填料使用，可大大提升其對(duì)廢水中磷元素的去除能力，解決目前該類(lèi)廢水處理工程對(duì)磷元素去除效果不佳，常需通過(guò)投藥等手段去除磷元素從而導(dǎo)致污泥量大，后續(xù)處理復(fù)雜等問(wèn)題，為當(dāng)前廢水經(jīng)常規(guī)二級(jí)處理后出水的深度除磷提供處理效果好、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、二次污染小的新型技術(shù)。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(I)本粉煤灰陶粒針對(duì)曝氣生物濾池、人工濕地及水處理濾壩等廢水處理工程的填料特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，著重解決應(yīng)用此類(lèi)填料的廢水處理工程除磷效果差、加藥后污泥量大等問(wèn)題；(2)利用電廠(chǎng)固體廢棄物粉煤灰作為主要原料，既大大減少了粘土及頁(yè)巖等天然礦物的使用，又為固體廢棄物的妥善解決提供了出路問(wèn)題；(3)產(chǎn)品具有良好的除磷效果；(4)與市面上現(xiàn)有的粉煤灰陶粒相比，其堆積密度為877kg ·πΓ3，表觀(guān)密度為1509kg ·πΓ3，空隙率為41.9%，筒壓強(qiáng)度6. 94MPa， 鹽酸可溶率為2. 3 %，具有明顯的實(shí)用性及優(yōu)勢(shì)。


圖I為除磷粉煤灰陶粒的制備步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I :圖I為除磷粉煤灰陶粒的制備步驟流程圖，按該流程制備除磷粉煤灰陶粒的具體過(guò)程如下(I)混和按細(xì)度為200目的粉煤灰(廣東省佛山市南海電廠(chǎng))為50%，膨潤(rùn)土 (廣州鑫鑫化工經(jīng)營(yíng)部提供)為35%，熟石灰為10%，自來(lái)水為5%的質(zhì)量百分比配比分別稱(chēng)取原料后，混合攪拌均勻，得到混合原料。(2)造粒將混合原料分次加入圓盤(pán)造粒機(jī)(萍鄉(xiāng)金豐實(shí)業(yè)有限公司)，造粒時(shí)圓盤(pán)造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為30rpm,每次加入I. O I. 5kg混合原料，同時(shí)用噴霧器噴灑霧化后的自來(lái)水(每次噴灑50ml)并造粒，間隔5 IOmin后再進(jìn)行下一次加料及加水，直至造粒直徑達(dá)到5 7mm為止，得到粉煤灰陶粒。(3)干化造粒完成后，自然條件下將粉煤灰陶粒進(jìn)行干化12h ；(4)燒結(jié)先設(shè)定高溫馬弗爐的升溫程序，以速率15°C /min緩慢升溫，待升溫至 450°C時(shí)，暫停升溫并放入平鋪于平板高溫托盤(pán)的干化后的粉煤灰陶粒，保溫預(yù)熱35min，完成預(yù)熱過(guò)程后繼續(xù)升溫，升溫速率仍保持在15°C /min，升溫至950°C后停止升溫，保持在 950°C條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為30min ;燒結(jié)完成后，自然降溫至室溫后取出，得到除磷粉煤灰陶粒。對(duì)所得除磷粉煤灰陶粒與市面上現(xiàn)有較具代表性的水處理陶粒商品(江西省萍鄉(xiāng)市飛云陶瓷實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)的水處理陶粒，為普通水處理陶粒)的性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試， 測(cè)試方法參照《中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T299-2008水處理用人工陶粒濾料》 中相關(guān)測(cè)試方法，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I。可見(jiàn)，兩者的堆積密度、表觀(guān)密度、空隙率及鹽酸可溶率均較接近，但本發(fā)明的除磷粉煤灰陶粒的筒壓強(qiáng)度達(dá)到了 6. 94MPa，明顯要高于水處理陶粒商品，而水處理過(guò)程中要求陶粒有一定的強(qiáng)度，可抗水力沖刷及磨蝕等，故筒壓強(qiáng)度相對(duì)越高越好。表I實(shí)施例I制備的除磷粉煤灰陶粒與水處理陶粒商品的性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種除磷粉煤灰陶粒，其特征在于所述除磷粉煤灰陶粒由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的組分組成粉煤灰50 %，膨潤(rùn)土 35 %，熟石灰10 %，自來(lái)水5 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種除磷粉煤灰陶粒，其特征在于所述粉煤灰的細(xì)度為 150 200 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種除磷粉煤灰陶粒的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟(1)混和將粉煤灰、膨潤(rùn)土和熟石灰按上述配比稱(chēng)量，混合攪拌均勻，得到混合原料；(2)造粒將混合原料分次加入圓盤(pán)造粒機(jī),每次加入I.O I. 5kg混合原料，同時(shí)噴灑霧化后的自來(lái)水，每次噴灑50 70ml，進(jìn)行造粒，直至造粒直徑達(dá)到5 7mm，得到粉煤灰陶粒；(3)干化在自然條件下將粉煤灰陶粒干化12h；(4)燒結(jié)以速率10 15°C/min緩慢升溫至380 450°C，暫停升溫并放入平鋪于托盤(pán)上的干化后的粉煤灰陶粒，保溫預(yù)熱30 35min，然后繼續(xù)升溫，升溫速率為10 15°C / min,升溫至950 1000°C后恒溫?zé)Y(jié)30min,降溫至室溫,得到除磷粉煤灰陶粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的除磷粉煤灰陶粒的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中造粒時(shí)圓盤(pán)造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為30 45rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的除磷粉煤灰陶粒的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中將混合原料分次加入圓盤(pán)造粒機(jī)的時(shí)間間隔為5 lOmin。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的除磷粉煤灰陶粒在制備廢水處理工程填料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于水污染控制技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種除磷粉煤灰陶粒及其制備方法和應(yīng)用。該除磷粉煤灰陶粒由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的組分組成粉煤灰50％，膨潤(rùn)土35％，熟石灰10％，自來(lái)水5％。制備方法包括步驟(1)原料混和；(2)造粒；(3)干化；(4)高溫馬弗爐燒結(jié)。本發(fā)明利用電廠(chǎng)固體廢棄物粉煤灰作為主要原料，大大減少了粘土及頁(yè)巖等天然礦物的使用，又為固體廢棄物的妥善解決提供了出路；所得除磷粉煤灰陶粒具有良好的除磷效果，其堆積密度為877kg/m3，表觀(guān)密度為1509kg/m3，空隙率為41.9％，筒壓強(qiáng)度6.94MPa，鹽酸可溶率為2.3％，具有明顯的實(shí)用性及性能優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C04B33/13GK102584177SQ201210035190
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者龐志華, 羅沛聰, 羅雋, 諶建宇, 駱其金 申請(qǐng)人:環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所