一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于组合式三效生态浮床的填料的制备方法及其应用，以提高现有生态浮床基质的水质净化能力和养分供应性能。所述填料由硬质固体填料A和聚氨酯海绵软性填料B复合而成。制备过程包括配料、混合造粒、干燥、固化、冷却、复合发泡。所用原料价格低廉，制作方法简单，所得的填料具有比表面积大、孔隙度高、微生物挂膜性能好、脱氮除磷能力强等优点。将填料应用于组合式三效生态浮床中，可极大地提高了生态浮床装置对水体中氮磷营养元素的去除能力，且填料具有氮磷缓释性能，能为作物生长提供稳定的养分供应环境，非常适合用于富营养化水体的原位净化处理，尤其是农田面源污染水体的净化。

Preparation and application of composite packing applied to combined three effect ecological floating bed

The invention discloses a preparation method of a filler used in a combined three effect ecological floating bed and its application, so as to improve the water purification capacity and nutrient supply performance of the existing ecological floating bed substrate. The filler is made of hard solid filler A and polyurethane sponge soft filler B. The preparation process includes mixing, mixing, granulation, drying, curing, cooling and compound foaming. The raw material is low in price and simple in making method. The filler has the advantages of large specific surface area, high porosity, good performance of microorganism hanging film, and strong ability of denitrification and phosphorus removal. The application of fillers to the combined three effect ecological floating bed can greatly improve the removal capacity of nitrogen and phosphorus nutrients in the water body, and the packing has the sustained release properties of nitrogen and phosphorus. It can provide a stable nutrient supply environment for the growth of the crops. It is very suitable for the in situ purification treatment of eutrophic water, especially for the eutrophic water. The purification of water polluted by non-point source in farmland.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料的制备及其应用
本专利技术属于水处理领域，具体涉及一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料的制备方法及其应用。
技术介绍
生态浮床是近年兴起的一种水体原位修复技术。目前，该技术在湖泊富营养化水体和渔业养殖废水的净化中被广泛使用。该技术具有无需占地、造价低廉、安装方便、修复效果好、运行管理简单的特点。经过多年的研究和实践，研究者发现传统的生态浮床存在如下不足：(1)植物根系悬浮于水体中易被食草类动物吞噬；(2)浮床植物根系附着生长的生物膜有限；(3)浮床对植物根部固定效果不佳，植物易浮倒，从而导致浮床净化效果欠佳。近年来，研究者们又发现将人工湿地与生态浮床技术相结合，在生态浮床中使用具有生物载体和基质吸附作用的双功能材料，可构建功能更强大的湿地型组合式生态浮床。由于这种新型生态浮床集成了植物吸收、滤料吸附和生物挂膜三重功效于一体，因此又称为组合式三效生态浮床。中国专利2012101630837公开了一种提供生境的复合生态浮床使用沸石和生物陶粒中的至少一种作为填料基质，中国专利2014106492847公开了一种设有浮球的组合式生态浮床，其填充基质由镁渣陶瓷滤球、膨润土颗粒和沸石混合而组成。目前组合式生态浮床填充基质主要为单一组分填料，或多种单一填料简单物理混合后作为混合填料使用。近年来，种植业生产过程中化肥的过量使用，造成土壤中累积了大量氮磷元素。在降雨及灌溉的驱动下，这些氮磷营养物质通过农田地表径流、农田排水和地下渗流进入水体，引起水体富营养化。农田氮磷的流失是引起我国水环境恶化和湖泊富营养化的重要因素。生态浮床作为一种成本低、易维护的原位水体净化技术在农业面源污染治理中具有广阔的应用前景。但由于受到降雨强度、施肥量、施肥时间、肥料种类等因素的影响，农田面源污染具有量大、浓度低、浓度波动大的特点，现有的生态浮床技术难以同时保证水质净化效果和水生植物正常生长。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术的目的在于克服常规生态浮床的缺陷，提出一种多元复合填料的制备方法及其在净化受种植业面源污染的水体处理中的应用方法。本专利技术的填料制作方法步骤简单、材料易得，制备得的填料可有效提高生态浮床的水质净化能力，并保证生态浮床作物的良好生长。本专利技术的目的在于提供一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料。本专利技术的另一目的在于提供一种制备上述复合填料的方法。本专利技术的再一目的在于提供的上述复合填料的应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料，该复合填料由硬质固体填料A和聚氨酯海绵软性填料B按质量比为1.5～10：1制成；所述硬质固体填料A的组分及各组分的重量百分比分别为：生物炭30～45％、沸石20～40％、氧化铁10～20％、膨润土10～25％、粘结剂4～10％，以上物料的百分比之和为100％；所述聚氨酯海绵软性填料B的组分及各组分的重量百分比分别为：聚醚多元醇50～80％，异氰酸酯16～40％，发泡剂2.5～10％，硅油0.5～1.3％，锡催化剂0.1～0.4％，胺催化剂0.04～0.3％，以上物料的百分比之和为100％。进一步的，所述粘结剂选自淀粉、木质素、聚乙烯醇、酚醛树脂、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素及其衍生物中的至少一种。进一步的，所述聚醚多元醇选自聚醚多元醇330、聚醚多元醇DEP-330N、聚醚多元醇DEP-505S、聚醚多元醇POP36/28、聚四氢吠喃醚二醇中的至少一种。进一步的，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二氨基甲酸甲酯中的至少一种。进一步的，所述发泡剂选自水、二氯甲烷溶液中的至少一种。上述任一所述复合填料的制备方法，包括以下步骤：1)配料：将粉碎至适宜尺寸的生物炭、沸石、氧化铁、膨润土按所述配比进行配置。将粘结剂用适量水充分溶解，配置成3～7wt.％的粘结剂溶液；2)混合造粒：生物炭、沸石、氧化铁、膨润土搅拌均匀，一边混合一边喷入粘结剂溶液，制成含水量达40～65％，粒径为1.0～5.0mm的球形颗粒；3)干燥：将球形颗粒放入烘箱中于45～80℃干燥3～8h；4)固化：干燥的小球放入高温烘箱110～180℃进行高温固化，固化时间为0.5～3h；5)冷却：将步骤4)所得的球形硬质固体填料A自然冷却至室温；6)复合发泡：将步骤5)所得的球形硬质固体填料A中，加入聚醚多元醇、发泡剂、硅油表面活性剂、锡催化剂和胺催化剂，搅拌均匀后，加入异氰酸酯，继续搅拌0.1～1.0min，然后静置发泡成型；上述所有原料的用量按上述任一项所述。上述任一项所述复合填料在种植水生植物中的应用。上述任一项所述复合填料在水体中种植植物中的应用。进一步的，所述植物为水生植物。一种在水体中种植植物的方法，将权上述任一项所述的复合填料放置于生态浮床种植篮内，将植物栽种在该复合填料中。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的应用于组合式三效生态浮床的多元复合填料原料易得，制备方法简单，无需高温烧制，生产成本低。制备而得的填料环保无污染，理化性质稳定。(2)本专利技术复合填料有机物、氮、磷吸附性能强，有效抑制水体中藻类的生长。同时所述基质还具有氮磷缓释能力，当氮磷等污染物含量低而无法满足植物生长时，其可以缓慢释放氮和磷等营养物质，以满足植物的生长需求。(3)本专利技术复合填料的孔隙丰富，生物亲和性好，可有效增加微生物挂膜量并提高挂膜效率。复合填料强大的吸附能力为其上附着的微生物提供良好的营养环境，促进微生物生长，进一步提高生态浮床水质净化能力。(4)本专利技术制备过程可实现球形硬质固体填料A均匀原位掺杂于氨酯海绵软性填料B的骨架结构中，即可解决单独使用氨酯海绵软性填料B密度低，易浮于水面的问题，又可避免球形填料A在水流中相互碰撞而造成的磨损。(5)植物生长的初期，本专利技术填料能很好地保护植物新生微根系，提高植物的成活率。植物生长期不易倒伏。具体实施方式本专利技术的工作原理本专利技术复合填料对水中有机物、氨氮和磷具有选择性吸附和缓慢解吸的性能，可为组合式三效生态浮床中栽培的植物提供稳定的有机碳源和氮磷养分供应环境，避免农田排放水的水质波动对浮床植物正常生长的影响；本专利技术复合填料具有良好的粘结性和可塑性，提高颗粒的抗压强度。本专利技术复合填料具有三维网络多孔结构和表面亲水性，适宜微生物栖息、繁衍，可缩短微生物膜形成时间，有利于提高微生物污水处理效率。同时聚氨酯海绵软性填料B的骨架结构可实现球形硬质固体填料A的均匀分散，并可避免球形填料在水流中相互碰撞而造成磨损。将吸附填料作为水生作物的栽培基质，利用水生作物根系吸收截留于吸附基质填料中的养分，并可延长吸附填料的使用寿命。一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料，该复合填料由硬质固体填料A和聚氨酯海绵软性填料B按质量比为1.5～10：1制成；所述硬质固体填料A的组分及各组分的重量百分比分别为：生物炭30～45％、沸石20～40％、氧化铁10～20％、膨润土10～25％、粘结剂4～10％，以上物料的百分比之和为100％；所述聚氨酯海绵软性填料B的组分及各组分的重量百分比分别为：聚醚多元醇50～80％，异氰酸酯16～40％，发泡剂2.5～10％，硅油0.5～1.3％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料，其特征在于，该复合填料由硬质固体填料A和聚氨酯海绵软性填料B按质量比为1.5～10：1制成；所述硬质固体填料A的组分及各组分的重量百分比分别为：生物炭30～45％、沸石20～40％、氧化铁10～20％、膨润土10～25％、粘结剂4～10％，以上物料的百分比之和为100％；所述聚氨酯海绵软性填料B的组分及各组分的重量百分比分别为：聚醚多元醇50～80％，异氰酸酯16～40％，发泡剂2.5～10％，硅油0.5～1.3％，锡催化剂0.1～0.4％，胺催化剂0.04～0.3％，以上物料的百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种应用于组合式三效生态浮床的复合填料，其特征在于，该复合填料由硬质固体填料A和聚氨酯海绵软性填料B按质量比为1.5～10：1制成；所述硬质固体填料A的组分及各组分的重量百分比分别为：生物炭30～45％、沸石20～40％、氧化铁10～20％、膨润土10～25％、粘结剂4～10％，以上物料的百分比之和为100％；所述聚氨酯海绵软性填料B的组分及各组分的重量百分比分别为：聚醚多元醇50～80％，异氰酸酯16～40％，发泡剂2.5～10％，硅油0.5～1.3％，锡催化剂0.1～0.4％，胺催化剂0.04～0.3％，以上物料的百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的复合填料，其特征在于，所述粘结剂选自淀粉、木质素、聚乙烯醇、酚醛树脂、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素及其衍生物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的复合填料，其特征在于，所述聚醚多元醇选自聚醚多元醇330、聚醚多元醇DEP-330N、聚醚多元醇DEP-505S、聚醚多元醇POP36/28、聚四氢吠喃醚二醇中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合填料，其特征在于，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二氨基甲酸甲酯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的复合填料，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂玉婷，黄继川，彭智平，吴雪娜，林志军，杨林香，
申请(专利权)人：广东省农业科学院农业资源与环境研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44