一种强化脱氮除磷人工湿地填料及其制备方法和应用

本发明涉及人工湿地，尤其涉及一种强化脱氮除磷人工湿地填料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、湿地是一种重要的、多功能的生态系统，对全球的生态平衡具有极其重要的作用，被誉为“地球之肾”。人工湿地是人为建造、运行和管理的类似天然湿地的废(污)水处理系统，由于投资、运行费用低，系统维护简单，处理效果稳定，美化环境等优点在我国发展迅速。人工湿地以填料、植物及微生物为主体，利用各组成部分间的物理、化学及生物协同作用对污染物进行吸附、分解与吸收，通过过滤、离子交换等原理实现污水净化，从而提高出水水质，实现污染水体的生态化处理。

2、加强农村生活污水处理和资源化设施建设具有非常重要的实际意义，人工湿地技术将是最具价值的技术之一。人工湿地技术在农村的应用和发展必将迎来它在我国的第二个高速发展期，这为人工湿地填料带来了巨大的市场潜力。

3、填料是人工湿地的基质和载体，一般由土壤、细砂、粗砂、砾石、天然碎石或其他岩石矿物材料等介质中的一种或几种构成，为湿地植物和微生物提供支撑和营养，填料的物理化学性质对湿地的污水处理效率具有非常重要的作用。目前，人工湿地填料存在制造成本高、水力传导系数低、比表面积小、有机质积累慢，对水中氮、磷去除率较低等缺点，所以提高人工湿地填料理化性能和降低人工湿地填料成本对人工湿地废(污)水处理技术的推广具有非常重要的意义。

4、铁尾矿是铁矿开发和矿石生产过程中产生的固体废物。随着钢铁行业的高速发展，铁尾矿的排放量和堆存量越来越大。目前，全国尾矿堆存量达300多亿吨，其中铁尾矿堆存量约为180亿吨，且每年仍以数亿吨的速度增长，而其综合利用率仅约为27.69％。尾矿的大量堆积阻碍矿产企业的发展，占用大量土地资源，对当地生态环境带来污染风险，还可能造成尾矿库溃坝从而引发泥石流等地质灾害，严重影响国土生态环境安全和经济发展，尾矿的治理和综合利用迫在眉睫。

5、目前，铁尾矿的综合利用主要有：回收有价元素，生产建筑材料(水泥、建筑陶瓷、砖瓦、耐火材料、轻骨料、免烧砖、微晶玻璃、木塑板材等)、玻璃制品、高分子聚合物的填料、矿物肥料、土壤复垦改良剂、覆土造田、矿井和矿山采空区的回填填料。这几种利用方式对尾矿的种类和成分都有一定要求，且消耗能力有限，要缓解和解决尾矿问题，仍然任重而道远。

6、可持续发展是我国的基本战略，使尾矿成为新的资源是尾矿综合治理的重要发展方向，开发新型的、生态的铁尾矿处置方式对降低铁尾矿堆存量、保护生态环境和保障当地社会经济发展具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种强化脱氮除磷人工湿地填料及其制备方法和应用，该人工湿地填料由铁尾矿作为主要成分制备而成，具有成本低，水力传导系数高，比表面积大，孔隙丰富、通透且分布较均匀，有机质积累和微生物生长速度快，对水中氮、磷元素的去除能力较高等有点，且能够实现铁尾矿的回收利用。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种强化脱氮除磷人工湿地填料，包括以下质量份数的不同组分：铁尾矿100份、铝污泥粉1～28份、铁氧化物1～25份、硫酸钙1～15份、碳酸钠1～33份、木屑粉2～18份、黏结剂水溶液6～190份。

4、优选的，所述铁氧化物为三氧化二铁或四氧化三铁。

5、优选的，所述黏结剂为聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠。

6、优选的，所述黏结剂水溶液中黏结剂的重量百分比为1％～10％。

7、优选的，不同组分的质量份数分别为：铁尾矿100份、铝污泥粉8份、铁氧化物10份、硫酸钙5份、碳酸钠10份、木屑粉5.3份、黏结剂水溶液49份。

8、进一步的，本发明还包括一种强化脱氮除磷人工湿地填料的制备方法，具体包括以下步骤：

9、s1：对铁尾矿、铝污泥粉、铁氧化物、硫酸钙、碳酸钠、木屑粉和黏结剂水溶液进行原料预处理；

10、s2：取铁尾矿、铝污泥粉、铁氧化物、硫酸钙、碳酸钠和木屑粉混合均匀后，加入黏结剂水溶液，再混合均匀成泥后制成填料泥胚；

11、s3：用搓丸机将填料泥胚制成球形颗粒后晾干，放入马弗炉中烧结，随炉冷却，最终得到强化脱氮除磷且含铁尾矿的人工湿地填料。

12、进一步的，步骤s1中铁尾矿、铝污泥粉、铁氧化物、硫酸钙、碳酸钠和木屑粉的粒径均为100～400目。

13、进一步的，步骤s1中黏结剂水溶液的制备方法包括以下步骤：在99～90ml蒸馏水中加入1～10g黏结剂后搅拌，加热至温度为85～95℃后保温2小时，使黏结剂完全溶胀，冷却后得到黏结剂水溶液。

14、进一步的，步骤s3中球形颗粒的直径为1～3cm，马弗炉中烧结温度为1000～1300℃，烧结时间为20min～1h。

15、进一步的，本发明还包括如前所述的强化脱氮除磷人工湿地填料在污水处理产品中的应用。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本发明中的人工湿地填料采用铁尾矿、铝污泥、三氧化二铁或四氧化三铁、硫酸钙、碳酸钠、木屑粉、水、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠等为主要原料，经磨碎、混合、造粒、干燥、焙烧等过程制成强化脱氮除磷铁尾矿人工湿地填料，具有制备成本低，比表面积大，孔隙丰富、通透且分布较均匀，水力传导系数高，有机质积累和微生物生长速度快等优点，能有效促进硝化和反硝化微生物的生长，使硝化、反硝化和除磷作用加强，从而强化脱氮除磷效果，可应用于各种类型的人工湿地系统中，具有非常好的发展前景和实际意义。

18、2、本发明选用铁尾矿和市政污水处理固体废弃物铝污泥为主要原料，具有制备成本低、对铁尾矿种类和成分要求低、制备工艺简便等优点，而且可以对工业固废进行回收利用，达到以废治废的目的。

技术特征：

1.一种强化脱氮除磷人工湿地填料，其特征在于，包括以下质量份数的不同组分：铁尾矿100份、铝污泥粉1～28份、铁氧化物1～25份、硫酸钙1～15份、碳酸钠1～33份、木屑粉2～18份、黏结剂水溶液6～190份。

2.根据权利要求1所述的一种强化脱氮除磷人工湿地填料，其特征在于：所述铁氧化物为三氧化二铁或四氧化三铁。

3.根据权利要求2所述的一种强化脱氮除磷人工湿地填料，其特征在于：所述黏结剂为聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠。

4.根据权利要求3所述的一种强化脱氮除磷人工湿地填料，其特征在于：所述黏结剂水溶液中黏结剂的重量百分比为1％～10％。

5.根据权利要求4所述的一种强化脱氮除磷人工湿地填料，其特征在于，不同组分的质量份数分别为：铁尾矿100份、铝污泥粉8份、铁氧化物10份、硫酸钙5份、碳酸钠10份、木屑粉5.3份、黏结剂水溶液49份。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种强化脱氮除磷人工湿地填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中铁尾矿、铝污泥粉、铁氧化物、硫酸钙、碳酸钠和木屑粉的粒径均为100～400目。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中黏结剂水溶液的制备方法包括以下步骤：在99～90ml蒸馏水中加入1～10g黏结剂后搅拌，加热至温度为85～95℃后保温2小时，使黏结剂完全溶胀，冷却后得到黏结剂水溶液。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中球形颗粒的直径为1～3cm，马弗炉中烧结温度为1000～1300℃，烧结时间为20min～1h。

10.如权利要求1-5任一项所述的强化脱氮除磷人工湿地填料在污水处理产品中的应用。

技术总结本发明公开了一种强化脱氮除磷人工湿地填料及其制备方法和应用，属于人工湿地技术领域。本发明通过以铁尾矿粉、铝污泥粉、三氧化二铁或四氧化三铁、硫酸钙、碳酸钠、木屑粉和黏结剂水溶液为主要原料，经过磨碎、混合、造粒、干燥、焙烧过程即可制得人工湿地填料。该人工湿地填料具有制备成本低，比表面积大，孔隙丰富、通透且分布较均匀，水力传导系数高，有机质积累和微生物生长速度快等优点，能有效促进硝化和反硝化微生物的生长，使硝化、反硝化和除磷作用加强，从而强化脱氮除磷效果；而且可以对工业固废铁尾矿粉和铝污泥粉进行回收利用，达到以废治废的目的。技术研发人员：叶媛媛,杨维鸽,杨垒,王紫怡,代卫丽,王君,刘倩受保护的技术使用者：商洛学院技术研发日：技术公布日：2024/7/18