公布日：2023.01.31
申请日：2022.10.12
分类号：C02F3/32(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I
摘要
本发明涉及一种利用净水污泥制备的人工湿地基质及其方法，属于污泥再利用技术领域。本发明以给水厂的净水污泥作为原来，先对其煅烧和酸浸预处理，再和膨润土复配烧结制成基质基体，再收集蓝藻破碎处理后，添加氯化铁压滤得到蓝藻压滤液，最终将蓝藻压滤液和基质基体复配最终制得人工湿地基质，制得湿地基质吸附性和渗透性极佳，应用前景广阔。
权利要求书
1.一种利用净水污泥制备的人工湿地基质，其特征在于：包括基质基体和蓝藻压滤液；所述蓝藻压滤液通过氢氧化钠调节pH至6.8～7.2；所述基质基体是由给水厂的净水污泥经煅烧和酸浸预处理后和膨润土复配烧结制成的。
2.根据权利要求1所述的一种利用净水污泥制备的人工湿地基质，其特征在于：所述给水厂的净水污泥粒径为30～90μm，硅元素含量为24～26％，铁元素质量含量为20～30％，铝元素质量含量为2～5％，钙元素含量为0.5～1.0％。
3.根据权利要求1所述的一种利用净水污泥制备的人工湿地基质，其特征在于：所述蓝藻压滤液是由蓝藻破碎处理后，添加氯化铁压滤制得的。
4.如权利要求1所述的一种利用净水污泥制备的人工湿地基质的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：用氢氧化钠调节压滤液的pH至6.8～7.2，再将调节pH后的压滤液和基质基体按质量比为10:1混合后装入超声振荡仪中，以30～40kHz的频率超声振荡浸渍2～3h后过滤分离得到滤饼，真空冻干后即得人工湿地基质。
5.根据权利要求4所述的一种利用净水污泥制备的人工湿地基质的制备方法，其特征在于：所述压滤液的制备步骤为：取蓝藻放入破壁机中破碎处理后得到蓝藻泥，用水调节蓝藻泥含水率至90％放入反应釜中，以200～300r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中加入蓝藻泥干重质量25％的氯化铁，升高反应釜温度至80℃后，移入压滤装置中，以0.2Mpa的压力压滤得到压滤液。
6.根据权利要求4所述的一种利用净水污泥制备的人工湿地基质的制备方法，其特征在于：所述基质基体的制备步骤为：按质量比为3:2将预处理净水污泥和膨润土混合后装入高温煅烧炉中，先以5℃/min的升温速率升温至550℃，煅烧10min后再升温至900～1150℃，保温煅烧30～40min后得到基质基体。
7.根据权利要求6所述的一种利用净水污泥制备的人工湿地基质的制备方法，其特征在于：所述预处理净水污泥的制备步骤为：取给水厂的净水污泥烘干后放入马弗炉中，在400～450℃下煅烧1～2h，将煅烧后的净水污泥和浓度为2.5mol/L的盐酸按固液比为1:1混合浸渍3～4h后过滤分离得到滤渣，烘干后即得预处理净水污泥。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种利用净水污泥制备的人工湿地基质及其方法。
本发明的一种利用净水污泥制备的人工湿地基质，包括基质基体和蓝藻压滤液；
所述蓝藻压滤液通过氢氧化钠调节pH至6.8～7.2；
所述基质基体是由给水厂的净水污泥经煅烧和酸浸预处理后和膨润土复配烧结制成的。
进一步的，所述给水厂的净水污泥粒径为30～90μm，硅元素含量为24～26％，铁元素质量含量为20～30％，铝元素质量含量为2～5％，钙元素含量为0.5～1.0％。
进一步的，所述蓝藻压滤液是由蓝藻破碎处理后，添加氯化铁压滤制得的。
一种利用净水污泥制备的人工湿地基质的制备方法，具体制备步骤为：
用氢氧化钠调节压滤液的pH至6.8～7.2，再将调节pH后的压滤液和基质基体按质量比为10:1混合后装入超声振荡仪中，以30～40kHz的频率超声振荡浸渍2～3h后过滤分离得到滤饼，真空冻干后即得人工湿地基质。本发明将蓝藻破壁处理后形成蓝藻泥，并用热压滤法对蓝藻泥进行深度脱水，添加氯化铁以促进蓝藻细胞之间的絮凝，是的蓝藻泥脱水产生的滤液中存在大量三价铁离子，而三价铁离子可以通过电荷中和和后续的基质基体絮凝附着，提高对磷的吸附去除效果，而对蓝藻泥的加热会使蓝藻细胞外荚膜多糖溶解，形成富含细胞外荚膜多糖、流变性粘液和蛋白质的压滤液；接着利用氢氧化钠调节压滤液的pH至特定范围，保持压滤液中的细胞外荚膜多糖、流变性粘液和蛋白质含量处于高值，铁离子含量也处于高值，随后通过超声振荡浸渍使得压滤液负载在基质基体表面和内部空隙中，由于压滤液中的这些胞外多聚物结构松散，具有流动性，它们负载在基质基体表面后可以提高基质基体之间的距离，提高其作为湿地基质的渗透性，此外这些胞外多聚物具有絮凝螯合作用，对湿地水质中的污染物的吸附去除效果。
进一步的，所述压滤液的制备步骤为：
取蓝藻放入破壁机中破碎处理后得到蓝藻泥，用水调节蓝藻泥含水率至90％放入反应釜中，以200～300r/min的转速进行搅拌，在搅拌的过程中加入蓝藻泥干重质量25％的氯化铁，升高反应釜温度至80℃后，移入压滤装置中，以0.2Mpa的压力压滤得到压滤液。
进一步的，所述基质基体的制备步骤为：
按质量比为3:2将预处理净水污泥和膨润土混合后装入高温煅烧炉中，先以5℃/min的升温速率升温至550℃，煅烧10min后再升温至900～1150℃，保温煅烧30～40min后得到基质基体。本发明使用的净水污泥中主要组成元素为Si、Al、Fe，因此对湿地水质中的磷污染物具有较强的吸附能力，其主要无机成分以二氧化硅、氧化铝和氧化铁为主，符合陶粒的制备原料要求；净水污泥的粒径很小，可塑性强，无需干燥后研磨，节省制作成本；另外，净水污泥中有机物含量较高，而且含有一定比例的水分，在高温灼烧过程中有机物挥发，能够起到造孔作用，提高基质基体孔隙率和比表面积，进而提高基质基体的吸附性和渗透性能，同时以膨润土作为辅料，膨润土具有较好的胶结能力，可以用作粘合剂，提高最终烧结得到基质基体的强度；
进一步的，所述预处理净水污泥的制备步骤为：
取给水厂的净水污泥烘干后放入马弗炉中，在400～450℃下煅烧1～2h，将煅烧后的净水污泥和浓度为2.5mol/L的盐酸按固液比为1:1混合浸渍3～4h后过滤分离得到滤渣，烘干后即得预处理净水污泥。本发明通过高温煅烧和浸酸处理，将净水污泥中的腐殖酸类物质和一些干扰金属离子以及碳组分去除，提高净水污泥颗粒的孔隙孔径，从而提高了净水污泥的吸附和渗透性能；
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明首先通过高温煅烧和浸酸处理，将净水污泥中的腐殖酸类物质和一些干扰金属离子以及碳组分去除，提高净水污泥颗粒的孔隙孔径，从而提高了净水污泥的吸附和渗透性能；
(2)本发明使用的净水污泥中主要组成元素为Si、Al、Fe，因此对湿地水质中的磷污染物具有较强的吸附能力，其主要无机成分以二氧化硅、氧化铝和氧化铁为主，符合陶粒的制备原料要求；净水污泥的粒径很小，可塑性强，无需干燥后研磨，节省制作成本；另外，净水污泥中有机物含量较高，而且含有一定比例的水分，在高温灼烧过程中有机物挥发，能够起到造孔作用，提高基质基体孔隙率和比表面积，进而提高基质基体的吸附性和渗透性能，同时以膨润土作为辅料，膨润土具有较好的胶结能力，可以用作粘合剂，提高最终烧结得到基质基体的强度；
(3)本发明将蓝藻破壁处理后形成蓝藻泥，并用热压滤法对蓝藻泥进行深度脱水，添加氯化铁以促进蓝藻细胞之间的絮凝，是的蓝藻泥脱水产生的滤液中存在大量三价铁离子，而三价铁离子可以通过电荷中和和后续的基质基体絮凝附着，提高对磷的吸附去除效果，而对蓝藻泥的加热会使蓝藻细胞外荚膜多糖溶解，形成富含细胞外荚膜多糖、流变性粘液和蛋白质的压滤液；接着利用氢氧化钠调节压滤液的pH至特定范围，保持压滤液中的细胞外荚膜多糖、流变性粘液和蛋白质含量处于高值，铁离子含量也处于高值，随后通过超声振荡浸渍使得压滤液负载在基质基体表面和内部空隙中，由于压滤液中的这些胞外多聚物结构松散，具有流动性，它们负载在基质基体表面后可以提高基质基体之间的距离，提高其作为湿地基质的渗透性，此外这些胞外多聚物具有絮凝螯合作用，对湿地水质中的污染物的吸附去除效果。
（发明人：许怡;张杰;孙乃明;睢强俊）