一种除磷填料X-Phos基质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种除磷填料X‑Phos基质及其制备方法，可应用于水处理材料制备领域。该填料的主要制备原料为：CaO2、凹凸棒粘土、胶黏剂和水余量。制备方法为：将上述各种原材料分别进行特定步骤的预处理，然后按照特定比例均匀混合，并加水搅拌；将搅拌好的浆料制成直径、高度一定的圆柱体颗粒；成型后于一定温度下风干。本发明专利技术原材料易获得，成品除磷效果高效稳定，可用于人工湿地、生物滤池、尾水净化等系统的深度除磷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水污染控制工程领域，具体地，涉及一种用于水体除磷填料X-Phos基质及其制备方法。
技术介绍
由水体富营养化而引起的水华或赤潮会导致水质下降，水生生态系统受到严重破坏，进而会威胁经济发展、社会稳定和人类健康。水体富营养化主要是因为水体中氮、磷等营养物质较多造成的，而其中磷被认为是控制富营养化的关键，因此研究除磷填料的应用对水体富营养化的控制具有重大意义。目前对非工业废水即污染程度相对较低的污水，生物滤池、人工湿地等技术较为常用，在此类技术中，填料的选择是核心问题之一，直接影响氮磷的去除效果。目前在已应用于污水处理的填料中，多数存在除磷机理单一，效率低等问题，对深度除磷、见效快的基质报道较少。王长波等人用Fe、活性炭和一些催化元素为原料专利技术一种既能降低水体中磷含量又能同步去除水体中色度的填料（申请号201310315294.2），达到了同步脱色除磷的目的，但制作过程较为复杂，对温度要求较高，催化元素中含有多种金属元素，易引起二次污染。刘超翔等将建筑废弃水泥砖破碎，制成小颗粒作为除磷吸附剂（申请号201310420535.X），使建筑废料资源化利用，但其除磷原理主要为物理吸附，吸附饱和后在一定条件下可能会向水体中释放磷。刘志军等专利技术了一种可再生改性页岩陶粒除磷填料（申请号201510190580.X），具备重复使用能力，但制备过程中对pH要求较高，且填料饱和吸附量相对较低，为20~25mg/g。李旭东等以粉煤灰、石膏、磷石膏、水泥、铝粉和水为原料按一定配比制备出一种污水强化除磷填料（申请号201410005588.X），但除磷机理同样以物理吸附为主，待吸附饱和后便失去除磷功能，为了解决此问题，李旭东等对填料进行了改进，专利技术出一种新型聚合氯化铝除磷填料（申请号201410784847.3），使磷吸附功能高效稳定，但原料中聚氯化铝的重量比重过多，达60%~90%，易造成水体中Al含量过多。申请人前期研究表明天然凹凸棒粘土内部多孔道，比表面积大，具有良好的吸附性能，将其在700℃以上热处理后会表现出高效的磷吸附功能。Ca2+会与水体中的磷反应生成沉淀，其中羟基磷酸钙最为稳定，所以当水体中含有Ca和P成分时，最终多会以羟基磷酸钙形态存在。羟基磷酸钙是一种新型无机高分子材料，人体中钙元素主要以羟基磷酸钙晶体的形式存在，当其在水体中存在时不会对环境对人类健康造成危害影响，可视为一种生态友好型物质。所以当某种填料中含有凹凸棒粘土和Ca时，既可以保证除磷的高效率又不会对生态环境造成任何不利影响。
技术实现思路
为达到深度除磷的效果，本专利技术的目的是提供一种除磷填料X-Phos基质及其制备方法，X定义为“去除”，Phos代表磷酸盐，利用CaO2、凹凸棒粘土、胶黏剂和水余量按一定比例进行混合搅拌压制成圆柱状颗粒，可作为除磷填料。主要原料：CaO2粉末（CaO2含量50%~60%）、凹凸棒粘土、胶黏剂、水。填料重量组成成分为：CaO2粉末50%~55%，天然凹凸棒粘土5%~10%，改性凹凸棒粘土30%~35%，胶黏剂3%~6%，水3%~6%。填料最后成型时为圆柱体，底面直径为5~50mm，高度为5~50mm。最大磷吸附容量为200mg/g。所述胶黏剂为硅酸钠、聚乙烯醇胶黏剂中的一种或两种。除了上述主要原料，在填料制作过程中还可以加入少量MgO2、活性炭、粉煤灰等物质。MgO2、活性炭或者粉煤灰的含量均为1%。使用方法：本专利技术是针对磷的深度处理，所以使用时要与其他种类填料配合使用，以达到对水质综合净化效果。使用量宜为总填料用量的1%。具体制作步骤：（1）CaO2粉末与凹凸棒粘土过200目筛网。（2）将部分凹凸棒粘土进行800℃高温改性处理。（3）常温下，将各个组成物质按一定比例进行混合搅拌。（4）将搅拌好的浆料压制成圆柱体颗粒于一定温度下风干。除磷机理：天然凹凸棒粘土具有良好的吸附性和遇水膨胀性，700℃以上热处理后磷吸附性能会进一步增强；CaO2粉末遇水会反应生成Ca+，会与磷酸根反应生成沉淀；天然凹凸棒粘土遇水膨胀会增大CaO2与水的接触面积，在天然凹凸棒粘土和改性凹凸棒粘土的共同吸附作用下，磷酸根会不断地与Ca+反应生成羟基磷酸钙沉淀，凹凸棒的功能是“招商”，CaO2的功能是“扎根”，达到深度除磷的效果。优点：（1）所用原材料均为环境友好型材料，不会引起二次污染。（2）在物理吸附和化学反应两种途径的综合作用下进行除磷，确保除磷的高效率。（3）填料成产成本低、周期短、机械化程度高，可承受水流长时间冲击，方便工程应用。（4）CaO2与水反应可生成O2，除磷的同时可增加水中溶解氧含量。具体实施方式实施例1：实验室静态模拟实验Ⅰ在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径5mm，高10mm，填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：CaO2粉末50%，天然凹凸棒粘土8%，改性凹凸棒粘土31%，硅酸钠1%，聚乙烯醇胶黏剂3%，水4%，MgO2 1%，活性炭1%，粉煤灰1%。取1L磷酸二氢钾溶液，投加两颗填料，8h后取水样进行检测，结果见表1。表1 水质比较pHTP初始水质6.81.24mg/L8h后水质10.50.21mg/L实施例2：实验室静态模拟实验Ⅱ在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径10mm，高20mm，填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：CaO2粉末50%，天然凹凸棒粘土6%，改性凹凸棒粘土30%，活性炭5%，硅酸钠1%，聚乙烯醇胶黏剂4%，水4%。取5L磷酸二氢钾溶液，投加两颗填料，12h后取水样进行检测，结果见表2。表2水质比较pHTP初始水质6.91.22mg/L8h后水质9.80.20mg/L实施例3：实验室基质除磷实验Ⅰ在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径10mm，高50mm，填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：CaO2粉末52%，天然凹凸棒粘土6%，改性凹凸棒粘土32%，硅酸钠2%，聚乙烯醇胶黏剂2%，水6%。使用内径10cm，高20cm的有机玻璃柱作为反应容器，在反应器内放填料20g，保持进水量50L/d，三天后取水样进行检测，结果见表3。表3水质比较pHTP进水水质6.81.22mg/L出水水质10.00.26mg/L实施例4：实验室基质除磷实验Ⅱ在实验室配置磷酸二氢钾溶液使其TP为1.2mg/L，选用圆柱体填料，直径20mm，高20mm，填料制备步骤同上述，原料成分重量配比：CaO2粉末51%，天然凹凸棒粘土10%，改性凹凸棒粘土31%，粉煤灰1%，硅酸钠2%，聚乙烯醇胶黏剂1%，水4%。使用内径10cm，高20cm的有机玻璃柱作为反应容器，在反应器内放填料30g，保持进水量80L/d，三天后取水样进行检测，结果见表4。表4水质比较pHTP进水水质6.81.18mg/L出水水质10.30.23mg/L实施例5：人工湿地模拟实验选用圆柱体填料，直径50mm，高5mm，填料原料成分配比：CaO2粉末52%，天然凹凸棒粘土5%，改性凹凸棒粘土35%，硅酸钠2%，聚乙烯醇胶黏剂3%，水3%。将制得填料用于模拟人工湿地对生活污水的净化，用量为总填料重量的1%。湿地运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种除磷填料X‑Phos基质，其特征在于，所述除磷填料X‑Phos基质主要由以下物质构成：CaO2粉末、凹凸棒粘土、胶黏剂、水。

【技术特征摘要】
1.一种除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述除磷填料X-Phos基质主要由以下物质构成：CaO2粉末、凹凸棒粘土、胶黏剂、水。2.根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述除磷填料X-Phos基质成分组成为：CaO2粉末50%~55%，天然凹凸棒粘土5%~10%，改性凹凸棒粘土30%~35%，胶黏剂3%~6%，水3%~6%。3.根据权利要求2所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，所述改性凹凸棒粘土由天然凹凸棒粘土进行800℃高温改性制备而成。4.根据权利要求1所述的除磷填料X-Phos基质，其特征在于，该除磷填料X-Phos基质为圆柱体，底面直径为5~50mm，高度为5~50mm，最大磷吸附容量为200mg/g。5.根据权利要求1所述的除磷填料X-...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯凡，李文朝，周峰，潘继征，何延召，范帆，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32