一种用于海绵城市建设的钢渣滤料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于海绵城市建设的钢渣滤料的制备方法，将钢渣加工成用于海绵城市建设中的冶金渣滤料，通过对钢渣进行水热、球磨和级配设计，可延缓雨水下渗实现错峰排放，并有利于控制生物滞留系统排空时间；采用的钢渣滤料具有多孔微粒结构，并有一定的碱性，对雨水中的悬浮物和重金属等污染物有良好的去除作用，有利于保证生物滞留系统中的水环境；此外通过对钢渣进行水热处理，有利于后续球磨粉化，并降低钢渣碱性，避免钢渣滤料碱性过强而危害周边土壤环境的问题。本发明专利技术所述钢渣滤料可满足海绵城市建设中生物滞留系统水安全要求，并有效解决目前钢渣等工业废弃物资源化利用问题，具有重要的经济和环境效益。

A steel slag filter material used in the construction of sponge city and its preparation method

The invention discloses a preparation method for steel slag sponge city construction, steel slag processing for the sponge in the city construction of metallurgical slag filter, by hot water, milling and grading design of steel slag, can delay the implementation of the peak discharge water seepage, and to control the bioretention system emptying time; steel slag the filter material with porous particle structure, and has certain alkalinity, has good removing effect of rainwater in suspended matter and heavy metals and other pollutants, will help ensure the bioretention system of water environment; in addition the steel slag by hydrothermal treatment is beneficial to the subsequent ball milling, and reduce slag alkaline, avoid slag filter material strong alkalinity and harm to surrounding soil environment problems. The steel slag filter material of the invention can meet the water safety requirements of the biologic detention system in sponge city construction, and effectively solve the problems of resource utilization such as steel slag and other industrial wastes, and has important economic and environmental benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种用于海绵城市建设的钢渣滤料及其制备方法
本专利技术属于固体废弃物资源化利用，具体涉及一种用于海绵城市建设的钢渣滤料及其制备方法。
技术介绍
海绵城市建设是国家城市建设的重要发展方向，国家每年投入大量资金用于海绵城市建设，计划到2020年完成全国城市建成区20％的海绵城市建设改造，2030年完成全国城市建成区的80％。生物滞留池(Bioretention)是海绵城市建设绿地系统的主要构成单元，负担着雨水调蓄和水质净化的重要功能。生物滞留池中常种植有耐淹耐旱植物，如菖蒲、芦苇、水葱、旱伞草、灯心草、香蒲等，这类植物在其生长期景观效果尚可，但是在休眠期(枯萎期)，其景观功能较差且用于小区中存在一定的安全隐患。另一方面，一般的四季常青植物虽然景观效果较好，但不耐淹耐旱，难以在生物滞留池中应用。以上原因造成目前海绵城市建设中排水需求与景观需求之间的矛盾。专利CN201710418936.X提供了一种新的生物滞留池系统，它采用边部排水布局，中部种植布局，通过在生物滞留池边部设置排水区，使用冶金渣滤料实现生物滞留池系统排水和水质净化功能，而垫高中央种植区，保障生物滞留系统正常渗透功能的前提下，使其具备种植普通常绿植物的功能，实现排水需求与景观需求的统一。其中冶金渣滤料是该生物滞留池系统的重要组成部分。我国钢铁冶金行业总产能占世界钢铁总产能的50％以上，每年产生钢渣约2亿吨。目前，我国钢渣有效资源化利用率不到30％，大量钢渣难以利用，占用大量土地，并污染环境，是钢铁冶金行业尚未被有效利用的最大宗固体废弃物。由于钢渣具有多孔性和吸附性，有大量研究将钢渣作为废水处理材料使用，比如，薛芳斌等人利用十六烷基三甲基溴化铵(CTMBA)表面活性剂、酸浸泡、碱浸泡、高温活化等方法对钢渣进行改性，从而强化钢渣对COD废水的处理效果。专利CN101830553B提供了一种用于污水处理的除磷晶种的制备方法及除磷晶种，将钢渣与石灰、SiO2混合后再加入高浓度的NaOH溶液中进行水热合成制备除磷晶种等等。这类技术一般是将钢渣加工为具有一定细度或表面活性的方法，强调如何改善和提高钢渣对特定污染物的去除效果，从而将其用于污染物浓度较高、处理效果较严格的污水处理领域。对于一般的雨水净化而言，由于雨水本身污染物浓度不高，且处理要求不高，现有技术方法用于雨水处理领域存在工艺复杂，成本高的问题，同时也缺乏对材料透水效果地工艺控制手段，不适用于边部排水式生物滞留池系统。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是针对边部排水式生物滞留池中需要使用的同时具有可控透水效果、一定污染物去除功能、成本低廉等要求的雨水过滤介质，通过简单加工和工艺控制手段，将钢渣制用作满足边部排水式生物滞留池需求的滤料，有效解决了钢渣等工业废弃物资源化利用问题，减少社会资源消耗，具有重要的经济和环境效益。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于海绵城市建设的钢渣滤料，其制备方法包括如下步骤：1)将破碎选铁后粒径小于5mm的钢渣置于反应釜进行水热反应；2)将步骤1)所得反应产物进行过滤，将所得固体产物烘干，然后进行球磨；3)将球磨后的钢渣进行筛分，分离出大于35目、35目至60目之间、60目至200目之间和小于200目四个部分的粉砂料；4)将所得35目至60目之间、60目至200目之间以及小于200目三个部分的粉砂料进行混料满足设计的透水率要求。上述方案中，所述水热反应中，经破碎、选铁后的钢渣与水的质量比为3～5:1。上述方案中，所述水热反应温度为120～200℃，时间为4～24h。优选的，所述水热反应温度为150～180℃，时间为12～24h。上述方案中，步骤2)中过滤所得滤液回收用于下一次水热处理，过滤回用次数不超过10次；滤液回收利用时，可按需求补加少量水，以弥补自然蒸发及过滤过程中的损失。上述方案中，所述烘干温度为105～110℃，时间为3～5h后。上述方案中，所述球磨时间为4～12h。优选的，所述球磨时间为6～8h。上述方案中，步骤3)所得大于35目的粉料与新处理的钢渣混合重新回到球磨步骤中进行球磨。上述方案中，所述钢渣为钢铁冶金行业中热泼法、滚筒法或热焖法钢渣预处理工艺产生的转炉钢渣或电炉钢渣；其主要化学成分及其所占质量百分比为：35％≤CaO≤50％，5％≤MgO≤15％，5％≤SiO2≤15％，P2O5≤3％。上述方案中，所述步骤2)中所加的水为工艺用水。上述方案中，所述透水率要求为5.79×10-6～2.31×10-4m/s。上述方案中，所述透水率要求为满足某边部排水式生物滞留池中采用的冶金渣滤料的透水率要求。上述方案中，所述钢渣滤料对雨水中的COD去除率为50～85％，TN去除率≧60％，TP可去除≧70％。现有的将钢渣用于污水处理的相关技术，主要技术思路和目的是提高钢渣对特定污染物的去除效果。而现阶段，国家海绵城市建设技术对生物滞留池系统兼有水量调蓄和水质控制需求，要求生物滞留池排空时间一般为12～24小时，对悬浮物去除率在50％以上，同时对可溶性污染物，如COD、TN、TP等有一定的去除作用。现有钢渣污水处理技术的目的不针对海绵城市建设中雨水调蓄与净化设计，成本高，且基本不涉及水量调蓄，不适用于海绵城市生物滞留池系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术所得钢渣滤料一方面具有适合的颗粒级配，可满足海绵城市建设中生物滞留系统水量调蓄需求，既可延缓雨水下渗实现错峰排放，又有利于控制生物滞留系统排空时间，避免植物被淹；另一方面，钢渣滤料具有多孔的微粒结构，并有一定的碱性，对雨水中的悬浮物和可溶性污染物有良好的去除作用，可满足生物滞留池系统的水质控制要求。2)本专利技术所得钢渣滤料与现有黄沙相比，其水量调蓄和不溶性污染物(悬浮物)去除效果方面相当，但是钢渣在对可溶性污染物去除效果远高于黄沙，而制成的钢渣滤料产品与级配调整后的黄沙价格相当，可使用冶金固废钢渣替代黄沙等自然资源，实现钢渣消纳利用的同时，节省大量社会建材资源。3)本专利技术采用简单的水热处理，可将钢渣中的游离CaO大部分转化为Ca(OH)2：一方面可降低钢渣安定性问题，避免在使用过程中粉化，影响颗粒组成；另一方面，水热过程中游离CaO转化为Ca(OH)2时，理论上体积膨胀约1倍，使得在钢渣中弥散型游离CaO位置附近产生大量预应力，有利于后续球磨粉化过程；另外，水热处理中一部分Ca(OH)2溶解于水中可降低钢渣碱性，雨水流经钢渣滤料制品后，渗出液的pH值≦9，可避免钢渣滤料碱性过强从而危害周边土壤环境。4)本专利技术将钢渣加工成用于海绵城市建设中的冶金渣滤料，实现了钢渣的有效资源化利用，可减少钢渣堆放问题，降低企业固废处置成本，并避免黄沙等自然资源的使用，保护自然环境，本专利技术所得钢渣滤料可同时兼顾良好的透水效果、雨水净化效果及生产成本，且涉及的制备方法简单，具有良好的社会、经济及环境效益。附图说明图1为实施例1所述用于海绵城市建设的钢渣滤料的制备工艺流程图。图2为实施例1所得钢渣滤料应用于边部排水式生物滞留系统的结构示意图。图2中，1为植物，2为原土或种植土，3为调蓄空间，4为卵石层，5为冶金渣滤料层，6为透水土工布或砂层，7为碎石层，8为渗管，9为溢流口，10为雨水管，11为木质隔板。具体实施方式以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于海绵城市建设的钢渣滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将破碎选铁后粒径小于5mm的钢渣置于反应釜进行水热反应；2)将步骤1)所得反应产物进行过滤，将所得固体产物烘干，然后进行球磨；3)将球磨后的钢渣进行筛分，分离出大于35目、35目至60目之间、60目至200目之间和小于200目四个部分的粉砂料；4)将所得35目至60目之间、60目至200目之间以及小于200目三个部分的粉砂料进行混料满足设计的透水率要求。

【技术特征摘要】
1.一种用于海绵城市建设的钢渣滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将破碎选铁后粒径小于5mm的钢渣置于反应釜进行水热反应；2)将步骤1)所得反应产物进行过滤，将所得固体产物烘干，然后进行球磨；3)将球磨后的钢渣进行筛分，分离出大于35目、35目至60目之间、60目至200目之间和小于200目四个部分的粉砂料；4)将所得35目至60目之间、60目至200目之间以及小于200目三个部分的粉砂料进行混料满足设计的透水率要求。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述渗透率要求为5.79×10-6～2.31×10-4m/s。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应中，经破碎、选铁后的钢渣与水的质量比为3～5:1。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：康凌晨，王志雄，曹利勇，徐隆辉，吴寅，卢丽君，刘瑛，熊家剑，周许林，韩斌，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42