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复合型聚合氯化铝除磷药剂

  • 水体富营养化会导致蓝藻水频繁暴发、水质恶化、鱼类大量死亡等,严重威胁水生态安全、经济发展和社会稳定,是当今世界面临的重大环境危机之一。我国湖泊的富营养化问题尤为突出,2006年在27个国控重点湖泊中,V类和劣V类水质的湖泊18个,2007年太湖蓝藻事件,致使无锡市500万人的饮用水和生活用水严重短缺。治理水体富营养化是我们面临的一个重大环境问题,富营养化治理的关键是控制氮、磷等营养物的输入,其中磷被认为是产生水体富营养化的最主要因素。因此,除磷在控制水体富营养化方面更有实际意义。
    人工湿地技术是富营养化水体污染控制的常用技术之一,人工湿地主要通过填料吸附、化学沉淀、微生物活动、植物吸收等途径对磷进行截留,其中填料在湿地除磷方面扮演重要角色。许多学者研宄了多种填料吸附净化磷的效果和机理,认为选择合适的人工湿地填料,是提高人工湿地除磷能力的关键措施。目前湿地填料主要是从众多现有材料如粗砂、钢渣、石灰石、沸石、页岩、褐铁矿等中选取磷吸附容量高的种类进行应用。除磷填料的需求较大,而目前市场上的填料存在吸附效率不高、成本高等问题,另外由于原材料成分的不稳定,使得吸附性能不稳定,影响处理出水效果。
    针对现有技术中的缺陷,一种新型聚合氯化铝除磷填料及其制备方法,利用聚合氯化铝(PAC)对磷的絮凝作用,将PAC、高标号水泥、建筑胶和水按一定的比例进行混合搅拌后压制成固体颗粒除磷填料。
    根据本发明的一个方面,提供一种新型聚合氯化铝除磷填料,所述填料的组成成分为:粉剂的聚氯化铝(PAC),高标号水泥,水和建筑胶;其中聚氯化铝(PAC)与水泥的重量比为90:5-60:35;余量为建筑胶和水,建筑胶和水重量比为1:4。配以建筑胶和水泥等辅料混合压制成的硬质颗粒材料,可广泛用于人工湿地、生物滤池等生物生态水处理设施。所述PAC是一种无机高分子混凝剂,它通过压缩双电层、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用,使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳,聚集、絮凝、混凝、沉淀,达到净化处理效果。粉剂的聚氯化铝(PAC)的Al2O3重量含量大于等于30%。建筑胶是可用于有各类混凝土预制构件的施工粘接剂,如107,108等型号,不可以使用多用途的万能胶。对于不同类型的污水,PAC的重量含量有一个最适量,过高或过低均会影响其除磷效果,适用于生活污水的除磷填料中PAC、水泥的重量比为75:20。高标号水泥,是指标号在525以上的硅酸盐水泥或普通水泥,这种水泥具有凝固时间短,强度高等特点。
    PAC具有粉末细、颗粒均匀、易溶于水、絮凝效果好、净化高效稳定、投加量少、成本低等特点。在水处理中的应用广泛,但一般情况下PAC多以水剂形式,或将固体粉末PAC加水稀释至所需浓度进行利用,矶花形成大、快、沉降速度快。在生物滤池等生物膜法水处理工艺中难以直接利用,通过本发明的实施,可将PAC固化成颗粒填料,直接装填于生物滤池中,以增加类似工艺的除磷性能。按照上述的填料配比,将所需材料进行混合搅拌后,在0.3-0.5MPa压力下,压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。采用PAC作为主料,配以高质量建筑胶和水泥等辅料,制成一定粒径的填料,由于原材料可控和配比稳定,所得产品颗粒的磷吸附性能高效且稳定;可广泛应用于强化处理人工湿地、生物滤池、土壤渗滤等填料系统的除磷效果,为富营养化水体污染控制提供一种新的材料和处理思路。
    与现有技术相比,具有如下的有益效果:除磷的机理主要依靠PAC与水中的磷形成化学沉淀物沉积下来,PAC的缓慢释放大大延长了其使用周期。所需原材料来源广泛、产品性状稳定;所研制的吸附填料,吸附效率高、成本较低且吸附性能稳定;制作工艺简单、易于大规模推广生产。
    通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,其它特征、目的和优点将会变得更明显:
    图1为实施例中除磷填料吸附性能试验装置原理图;
    图2为不同水力负荷条件下不同填料处理景观水除磷效果比较图;
    图3为不同水力负荷条件下不同填料处理生活污水除磷效果比较图。
    下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
  • 实施例1
    新型除磷填料处理富营养化景观水的效果
    将聚氯化铝(PAC)、高标号水泥、建筑胶和水按下表的比例(重量比)进行混合搅拌后,在0.3-0.5MPa压力下,压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
    三种填料产品所用原料配比表(重量比)
    细分 填料A 填料B 填料C
    聚氯化铝(PAC) 90% 75% 60%
    高标水泥 5% 20% 35%
    4% 4% 4%
    建筑胶 1% 1% 1%
    试验装置结构如图1所示,包括:高位水箱(有效容积25L)、填充除磷填料的柱子(填料高度为50cm,直径为9cm);进水软管,控制流量的弹簧夹。水力负荷是影响工艺效果的一个重要因素,本案例考察不同填料在不同水力负荷下对磷的去除效果,分别设计了三种水力负荷,0.5m3/m2d^-1,1.0m3/m2d^-1,2.0m3/m2d^-1,对应的水的流量分别为:3.25L/d,6.5L/d和13L/d。
    填料A,B,C中PAC的含量是逐渐下降的(从90%下降至65%),理论上讲,随着PAC含量的增加磷去除率应相应增加。图3为不同水力负荷条件下各填料处理景观水中磷的效果比较图,由图2可知,在三种水力负荷条件下,填料B对磷的去除效果均最好,其次为填料 A,填料C最差。这说明PAC的含量有一个最适量,过高或过低均会影响其除磷效果。含量过低,PAC不足,沉淀反应进行不充分; PAC含量过高,水泥等辅料的量就会偏少,填料会硬度不够而易结块,使得填料与水的接触面积减少,难以全部发挥作用。试验过程发现填料A柱由于水泥含量过少,多数填料颗粒经一段时间运行后混合在一起形成黄色的胶状物,导致柱内水流不畅,甚至产生堵塞而使系统无法正常运行的现象。本实施例中,75%的PAC是最佳含量。
    本实施例中,进水总磷浓度为0.3-0.45mg/L(平均值0.38mg/L)情况下,填料B在水力负荷1.0m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为79.23%,出水中总磷平均浓度为0.08mg/L,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)II类水标准。去除率最差的水力负荷是2.0m3/m2d^-1,其次为水力负荷0.5mg/L。填料A与填料C具有相同规律,但出水平均总磷浓度分别为0.15mg/L和 0.19mg/L,可达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。对三种填料而言,最佳水力负荷均为1.0m3/m2d^-1。实施例2
    新型除磷填料处理生活污水的效果
    将聚氯化铝(PAC)、高标号水泥、建筑胶和水按(重量比)表1的比例进行混合搅拌后压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
    试验装置结构如图1所示,包括:高位水箱(有效容积25L)、填充除磷填料的柱子(填料高度为50cm,直径为9cm);进水软管,控制流量的弹簧夹。水力负荷是影响工艺效果的一个重要因素,本案例考察不同填料在不同水力负荷下对磷的去除效果,分别设计了三种水力负荷,0.5m3/m2d^-1,1.0m3/m2d^-1,2.0m3/m2d^-1对应的水的流量分别为:3.25L/d,6.5L/d和13L/d。
    图3为不同水力负荷条件下各填料处理生活污水中磷的效果比较图,由图可知,在二种水力负荷条件下,填料B对磷的去除效果均最好,其次为填料C,再次为填料A。但在0.5m3/m2d^-1水力条件下,三者对磷的去除率区别不大,填料A、B、C对磷的去除率分别为:94.58%、95.29%和94.78%。与处理低浓度磷含量的景观水相比,各填料的磷处理效果均大幅度提高,这说明本发明新型除磷填料更适合于处理高磷含量污水。高浓度生活污水磷去除结果表明,75%的PAC是仍为较佳含量。
    本实施例中,进水总磷浓度为2.8-3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下,填料B在水力负荷0.5m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为95.29%,出水中总磷平均浓度为0.17mg/L,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。随着水力负荷的增加,系统磷去除效果变差,效果最差的水力负荷是2.0m3/m2d^-1。填料A与填料C具有相同规律,但出水平均总磷浓度分别为0.44mg/L和0.48mg/L,超出了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准,但可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)一级A标准。对三种填料而言,最佳水力负荷均为0.5m3/m2d^-1。
    实施例3
    新研制填料与普通的火山岩填料处理生活污水效果对比
    聚氯化铝(PAC)、高标号水泥、建筑胶和水按(重量比)表1的中填料B的比例进行混合搅拌后压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒,晾干,获得填料成品。
    进水总磷浓度为2.8-3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下,新研制的填料B在水力负荷0.5m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为95.29%,出水中总磷平均浓度为0.17mg/L,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。进水总磷浓度为2.8-3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下,采用普通火山岩填料处理,在水力负荷0.5m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好,平均去除率为 84.48%,出水中总磷平均浓度为0.45mg/L,超过了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准。
    本发明新研制的填料B在同样水力负荷条件下,明显比普通火山岩填料除磷的处理效果更好。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影 响本发明的实质内容。
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