公布日：2023.01.31

申請日：2022.10.12

分類號：C02F3/32(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I

摘要

本發明涉及一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質及其方法，屬于污泥再利用技術領域。本發明以給水廠的凈水污泥作為原來，先對其煅燒和酸浸預處理，再和膨潤土復配燒結制成基質基體，再收集藍藻破碎處理后，添加氯化鐵壓濾得到藍藻壓濾液，最終將藍藻壓濾液和基質基體復配最終制得人工濕地基質，制得濕地基質吸附性和滲透性極佳，應用前景廣闊。

權利要求書

1.一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質，其特征在于：包括基質基體和藍藻壓濾液；所述藍藻壓濾液通過氫氧化鈉調節pH至6.8～7.2；所述基質基體是由給水廠的凈水污泥經煅燒和酸浸預處理后和膨潤土復配燒結制成的。

2.根據權利要求1所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質，其特征在于：所述給水廠的凈水污泥粒徑為30～90μm，硅元素含量為24～26％，鐵元素質量含量為20～30％，鋁元素質量含量為2～5％，鈣元素含量為0.5～1.0％。

3.根據權利要求1所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質，其特征在于：所述藍藻壓濾液是由藍藻破碎處理后，添加氯化鐵壓濾制得的。

4.如權利要求1所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：用氫氧化鈉調節壓濾液的pH至6.8～7.2，再將調節pH后的壓濾液和基質基體按質量比為10:1混合后裝入超聲振蕩儀中，以30～40kHz的頻率超聲振蕩浸漬2～3h后過濾分離得到濾餅，真空凍干后即得人工濕地基質。

5.根據權利要求4所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質的制備方法，其特征在于：所述壓濾液的制備步驟為：取藍藻放入破壁機中破碎處理后得到藍藻泥，用水調節藍藻泥含水率至90％放入反應釜中，以200～300r/min的轉速進行攪拌，在攪拌的過程中加入藍藻泥干重質量25％的氯化鐵，升高反應釜溫度至80℃后，移入壓濾裝置中，以0.2Mpa的壓力壓濾得到壓濾液。

6.根據權利要求4所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質的制備方法，其特征在于：所述基質基體的制備步驟為：按質量比為3:2將預處理凈水污泥和膨潤土混合后裝入高溫煅燒爐中，先以5℃/min的升溫速率升溫至550℃，煅燒10min后再升溫至900～1150℃，保溫煅燒30～40min后得到基質基體。

7.根據權利要求6所述的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質的制備方法，其特征在于：所述預處理凈水污泥的制備步驟為：取給水廠的凈水污泥烘干后放入馬弗爐中，在400～450℃下煅燒1～2h，將煅燒后的凈水污泥和濃度為2.5mol/L的鹽酸按固液比為1:1混合浸漬3～4h后過濾分離得到濾渣，烘干后即得預處理凈水污泥。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質及其方法。

本發明的一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質，包括基質基體和藍藻壓濾液；

所述藍藻壓濾液通過氫氧化鈉調節pH至6.8～7.2；

所述基質基體是由給水廠的凈水污泥經煅燒和酸浸預處理后和膨潤土復配燒結制成的。

進一步的，所述給水廠的凈水污泥粒徑為30～90μm，硅元素含量為24～26％，鐵元素質量含量為20～30％，鋁元素質量含量為2～5％，鈣元素含量為0.5～1.0％。

進一步的，所述藍藻壓濾液是由藍藻破碎處理后，添加氯化鐵壓濾制得的。

一種利用凈水污泥制備的人工濕地基質的制備方法，具體制備步驟為：

用氫氧化鈉調節壓濾液的pH至6.8～7.2，再將調節pH后的壓濾液和基質基體按質量比為10:1混合后裝入超聲振蕩儀中，以30～40kHz的頻率超聲振蕩浸漬2～3h后過濾分離得到濾餅，真空凍干后即得人工濕地基質。本發明將藍藻破壁處理后形成藍藻泥，并用熱壓濾法對藍藻泥進行深度脫水，添加氯化鐵以促進藍藻細胞之間的絮凝，是的藍藻泥脫水產生的濾液中存在大量三價鐵離子，而三價鐵離子可以通過電荷中和和后續的基質基體絮凝附著，提高對磷的吸附去除效果，而對藍藻泥的加熱會使藍藻細胞外莢膜多糖溶解，形成富含細胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質的壓濾液；接著利用氫氧化鈉調節壓濾液的pH至特定范圍，保持壓濾液中的細胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質含量處于高值，鐵離子含量也處于高值，隨后通過超聲振蕩浸漬使得壓濾液負載在基質基體表面和內部空隙中，由于壓濾液中的這些胞外多聚物結構松散，具有流動性，它們負載在基質基體表面后可以提高基質基體之間的距離，提高其作為濕地基質的滲透性，此外這些胞外多聚物具有絮凝螯合作用，對濕地水質中的污染物的吸附去除效果。

進一步的，所述壓濾液的制備步驟為：

取藍藻放入破壁機中破碎處理后得到藍藻泥，用水調節藍藻泥含水率至90％放入反應釜中，以200～300r/min的轉速進行攪拌，在攪拌的過程中加入藍藻泥干重質量25％的氯化鐵，升高反應釜溫度至80℃后，移入壓濾裝置中，以0.2Mpa的壓力壓濾得到壓濾液。

進一步的，所述基質基體的制備步驟為：

按質量比為3:2將預處理凈水污泥和膨潤土混合后裝入高溫煅燒爐中，先以5℃/min的升溫速率升溫至550℃，煅燒10min后再升溫至900～1150℃，保溫煅燒30～40min后得到基質基體。本發明使用的凈水污泥中主要組成元素為Si、Al、Fe，因此對濕地水質中的磷污染物具有較強的吸附能力，其主要無機成分以二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵為主，符合陶粒的制備原料要求；凈水污泥的粒徑很小，可塑性強，無需干燥后研磨，節省制作成本；另外，凈水污泥中有機物含量較高，而且含有一定比例的水分，在高溫灼燒過程中有機物揮發，能夠起到造孔作用，提高基質基體孔隙率和比表面積，進而提高基質基體的吸附性和滲透性能，同時以膨潤土作為輔料，膨潤土具有較好的膠結能力，可以用作粘合劑，提高最終燒結得到基質基體的強度；

進一步的，所述預處理凈水污泥的制備步驟為：

取給水廠的凈水污泥烘干后放入馬弗爐中，在400～450℃下煅燒1～2h，將煅燒后的凈水污泥和濃度為2.5mol/L的鹽酸按固液比為1:1混合浸漬3～4h后過濾分離得到濾渣，烘干后即得預處理凈水污泥。本發明通過高溫煅燒和浸酸處理，將凈水污泥中的腐殖酸類物質和一些干擾金屬離子以及碳組分去除，提高凈水污泥顆粒的孔隙孔徑，從而提高了凈水污泥的吸附和滲透性能；

借由上述方案，本發明至少具有以下優點：

(1)本發明首先通過高溫煅燒和浸酸處理，將凈水污泥中的腐殖酸類物質和一些干擾金屬離子以及碳組分去除，提高凈水污泥顆粒的孔隙孔徑，從而提高了凈水污泥的吸附和滲透性能；

(2)本發明使用的凈水污泥中主要組成元素為Si、Al、Fe，因此對濕地水質中的磷污染物具有較強的吸附能力，其主要無機成分以二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵為主，符合陶粒的制備原料要求；凈水污泥的粒徑很小，可塑性強，無需干燥后研磨，節省制作成本；另外，凈水污泥中有機物含量較高，而且含有一定比例的水分，在高溫灼燒過程中有機物揮發，能夠起到造孔作用，提高基質基體孔隙率和比表面積，進而提高基質基體的吸附性和滲透性能，同時以膨潤土作為輔料，膨潤土具有較好的膠結能力，可以用作粘合劑，提高最終燒結得到基質基體的強度；

(3)本發明將藍藻破壁處理后形成藍藻泥，并用熱壓濾法對藍藻泥進行深度脫水，添加氯化鐵以促進藍藻細胞之間的絮凝，是的藍藻泥脫水產生的濾液中存在大量三價鐵離子，而三價鐵離子可以通過電荷中和和后續的基質基體絮凝附著，提高對磷的吸附去除效果，而對藍藻泥的加熱會使藍藻細胞外莢膜多糖溶解，形成富含細胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質的壓濾液；接著利用氫氧化鈉調節壓濾液的pH至特定范圍，保持壓濾液中的細胞外莢膜多糖、流變性粘液和蛋白質含量處于高值，鐵離子含量也處于高值，隨后通過超聲振蕩浸漬使得壓濾液負載在基質基體表面和內部空隙中，由于壓濾液中的這些胞外多聚物結構松散，具有流動性，它們負載在基質基體表面后可以提高基質基體之間的距離，提高其作為濕地基質的滲透性，此外這些胞外多聚物具有絮凝螯合作用，對濕地水質中的污染物的吸附去除效果。

（發明人：許怡;張杰;孫乃明;睢強俊）