一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种发泡颗粒及其制备方法和应用，该发泡颗粒能够有效去除自然水体中的磷类污染物，所采用的原料包括硅酸盐水泥20~30份、碳酸钙粉40~60份、发泡剂1~10份、空心玻璃微球0.1~10份、水15~25份；所述发泡颗粒由上述原料经过搅拌混合、挤压造粒或模具造型、浸泡后处理及干燥筛分步骤制得。本发明专利技术中所用原料易获取，产品制备工艺简单易实现，制得的发泡颗粒具有孔隙率高、除菌抗菌性能好、除磷效果持久、使用寿命长、成本低等优点，特别适合湖泊、水库、河道、农田退水与养殖尾水等自然水体环境，可漂浮、悬浮或沉降于水体中，不仅具有良好的经济效益，而且具有很好的社会效益和生态效益。效益。效益。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种水处理材料，具体涉及一种适用于湖泊、水库、河道、农田退水与养殖尾水等自然水体处理的发泡颗粒、制备方法及应用；属于自然水体治理


技术介绍

[0002]日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。
[0003]目前，在自然水体污染控制和处理中，多采用物理和/或化学方法。其中，物理处理法的原理为通过吸附性材料的物理吸附作用去除水中的污染物，具体可选择活性炭、活性氧化铝等，在这些吸附材料中，活性炭颗粒小，质轻；活性氧化铝质重，虽然这些材料都能够去除水体中的大部分污染物，但是普遍存在成本高、再生费用高、直接废弃又会造成处理费用高或二次污染等缺点，且不易在开阔大水面使用，导致这些物理吸附材料无法在市场上规模化推广应用。
[0004]化学处理法一般是在污染水体中投入絮凝剂，使其与水体中的磷、氨氮等污染物发生化学反应，但存在以下缺点：（1）絮凝剂的投入增加了水体中铝、铁含量及泥渣量；（2）絮凝剂难以搅拌混匀，导致去污染效果不佳；（3）絮凝剂不易沉降，且沉降后受底部pH变化影响短时间后又易将氮磷等污染物释放出来，造成反复投加。
[0005]还有研究提出：将污染水抽入特定的水处理设备中进行异位处理，这样虽然能够有效去除污染物，实现高纯净化处理，但大大增加了动力费用和设备占地需求，成本和投入都极高，小范围紧急或偶尔使用尚可，根本无法满足常规的自然水体处理需求。
[0006]申请号为2020112752870的专利技术专利公布了一种具有脱氮功能的生物填料及其制备方法，所述生物填料包括凝胶剂A 100份、凝胶剂B 35
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55份、发泡催化剂0 .1
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1份、凝胶催化剂0 .1
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1份、发泡剂2
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10份、匀泡剂0 .1
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3份和功能脱氮物质2
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20份。其制备方法包括先将除凝胶反应B之外的原料混合，再加凝胶反应B进行发泡、固化、爆破。通过采用合理的组分、配比及制备工艺，提高了Fe3O4纳米颗粒在废水处理中的稳定性和生物活性，制得的填料流化效果好、挂膜速度快、脱氮性能优。但是该体系中的铁氧化物具有较高的表面活性结构，容易在水体中流失，导致去污效果不佳，且材料制备工艺复杂、成本较高，最终产品缺乏市场竞争力，不具有市场应用和推广前景。
[0007]鉴于上述原因，现有技术中尚缺少一种低成本、实用性强且能简单高效地去除自然水体中污染物的材料和方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的之一是提供一种低成本的水处理用发泡颗粒，其能够有效去除江河湖泊等大面积自然水体中的磷类污染物，使水质指标得到提升；目的之二在于提供该发泡颗粒的制备方法，该方法具有工艺简单、成本低等优势；目的之三在于公布应用该发泡颗粒进行水处理的具体方法。
[0009]为了实现上述目标，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术首先公布了一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥20~30份；碳酸钙粉40~60份；发泡剂1~10份；空心玻璃微球0.1~10份；水15~25份；所述发泡颗粒由上述原料经过搅拌混合、挤压造粒或模具造型、浸泡后处理及干燥筛分步骤制得；所述浸泡后处理为：将挤压造粒得到的半成品投放至负氧离子液浸泡池中，常温浸泡处理2~8h；所述发泡颗粒的孔隙率达70%以上，总磷去除率高于90%，负氧离子释放量达9000ion/cm
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以上。
[0010]优选地，前述发泡颗粒为球形、圆柱形、方形或碎石形，可根据使用需求加工成目标形状。
[0011]优选地，前述发泡颗粒堆积密度为500~1500kg/m
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，可漂浮、悬浮或沉降于水体中，满足多样化的适用场景需求，从而有效去除水体表面和内部的污染物。
[0012]更优选地，前述浸泡后处理的处理过程为：将挤压造粒得到的半成品投放至负氧离子液浸泡池中，常温浸泡处理2~8h。
[0013]再优选地，所述负氧离子液由负离子复合粉、水及阴离子表面活性剂组成。研究发现，采用上述添加有阴离子表面活性剂的负氧离子液对产品进行浸泡后处理，处理时浸泡液中出现大量细小气泡，这使产品的孔隙率得到提升，赋予产品更强的吸附除磷效果和更多的活性物质吸附点位。
[0014]更优选地，前述所采用的负离子复合粉粒径最好小于1000目，为电气石与改性微晶纤维素的混合物，所述电气石与改性微晶纤维素的质量比为10：（1~3）。
[0015]再优选地，所述改性微晶纤维素为经聚乙二醇表面改性的微晶纤维素，具体的改性方法为：将微晶纤维素搅拌分散于水中，并加入适量分散剂，得到混合液；再将聚乙二醇投入混合液中，升温至60～100℃进行反应，得到白色浆液，干燥制得改性微晶纤维素。经验证，改性微晶纤维素与电气石制得的负离子复合粉能够进一步优化负氧离子的释放量和长效性，使单位时间内的负氧离子释放量提高至10000ion/cm
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左右，以确保该发泡颗粒表面不易附着微生物，延长使用寿命以达到更持久的除磷效果，从工业角度降低应用成本。
[0016]本专利技术还公开了如前所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的制备方法，包括如下步骤：S1、按上述重量份称取各原料：硅酸盐水泥、碳酸钙粉、发泡剂、空心玻璃微球、水；S2、将步骤S1备好的原料输入混合机并搅拌均匀；S3、将搅拌均匀的混合物输送至挤压造粒机中，得目标形状半成品；S4、将目标形状半成品均匀铺开后输送至蒸汽养护室内养护，养护温度为50~65℃，养护时间为3~7天；
S5、蒸汽养护后的半成品输送至负氧离子液浸泡池中，常温浸泡处理2~4h；S6、浸泡处理后的半成品输送至干燥机中，于80~110℃下干燥处理1~3h；S7、将干燥后的半成品输送至筛分机上进行筛分，包装得发泡颗粒成品。
[0017]优选地，前述硅酸盐水泥为工业水泥，为发泡颗粒提供骨架结构，使其具有一定的强度，同时提供碱性微环境和部分钙离子。
[0018]优选地，前述碳酸钙粉为石灰石或大理石的粉末状材料，粒径为60~150目，含量大于95%，为该发泡颗粒提供钙离子，在一定条件下与水中的磷酸根发生反应，生成更难溶的磷酸盐。
[0019]更优选地，前述发泡剂成分为碳酸氢钠和酒石酸，使发泡颗粒在发泡阶段内部均匀充满较多气泡，提高发泡颗粒的空隙率及比表面积，提高对水中污染物的吸附能力；所述空心玻璃微球堆积密度0.12~0.39g/cm
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，粒径为70~100μm，具有质轻、体积大、导热系数好，通过调整其用量可实现对发泡颗粒堆积密度的调节。
[0020]更优选地，前述步骤S5中负氧离子液的制备方法为：将球磨处理过的负离子复合粉加入水中并搅拌分散均匀，再向其中投入阴离子表面活性剂并高速分散，所述负离子复合粉与阴离子表面活性剂的质量比为20：（1~2）。该步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥20~30份；碳酸钙粉40~60份；发泡剂1~10份；空心玻璃微球0.1~10份；水15~25份；所述发泡颗粒由上述原料经过搅拌混合、挤压造粒或模具造型、浸泡后处理及干燥筛分步骤制得，堆积密度为500~1500kg/m
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；所述浸泡后处理为：将挤压造粒得到的半成品投放至负氧离子液浸泡池中，常温浸泡处理2~8h；所述发泡颗粒的孔隙率达70%以上，总磷去除率高于90%，负氧离子释放量达9000ion/cm
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以上。2.根据权利要求1所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述发泡颗粒为球形、圆柱形、方形或碎石形。3.根据权利要求1所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述负氧离子液由负离子复合粉、水及阴离子表面活性剂组成。4.根据权利要求3所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述负离子复合粉为电气石与改性微晶纤维素的混合物，所述电气石与改性微晶纤维素的质量比为10：（1~3）。5.如权利要求1~4任一项所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按上述重量份称取各原料：硅酸盐水泥、碳酸钙粉、发泡剂、空心玻璃微球、水；S2、将步骤S1备好的原料输入混合机并搅拌均匀；S3、将搅拌均匀的混合物输送至挤压造粒机或模具中，得目标形状半成品；S4、将目标形状半成品均匀铺开后输送至蒸汽养护室内养护，养护温度为50~65℃，养护时间为3~7天；S5、蒸汽养护后的半成品输送至负氧离子液浸泡池中，常温浸泡处理2~4h；S6、浸泡处理后的半成品输送至干燥机中，于80~110℃下干燥处理1~3h；S7、将干燥后的半成品输送至筛分机上进行筛分，包装得发泡颗粒成品。6.根据权利要求5所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：段金程，曹昊苏，崔苗，彭蕾，曹邵斌，刁俊睿，张砚廷，许晟綦，
申请(专利权)人：江苏南大五维电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：