一种人工湿地生物膜复合填料及制备方法与流程

本发明属于人工湿地，具体地涉及一种人工湿地生物膜复合填料及制备方法。

背景技术：

1、人工湿地生物膜复合填料技术起源于污水处理技术的发展需求。随着环境保护意识的增强和污水治理标准的提高，传统的污水处理方法已难以满足高效、低耗、环保的要求。因此，生物膜复合填料技术应运而生，通过模拟自然生态环境中的生物膜结构，强化污水处理过程中的生物降解作用。该技术经过多年的研究与发展，已经成为一种高效、稳定的污水处理技术。

2、重金属是污水中常见的有毒物质，现有的人工湿地生物膜填料在处理含有重金属的污水时，无法有效去除或吸附这些重金属，另外，现有的人工湿地填料不能针对酸性污水进行有效处理，且现有的高性能的填料材料成本较高，限制了其在人工湿地生物膜技术中的广泛应用。因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种人工湿地生物膜复合填料及制备方法，该填料可对含有重金属的污水进行有效去除或吸附，同时，可通过改变含量对酸性污水进行有效处理，且可显著降低填料成本，使高性能填料得以推广。

2、为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

3、一种人工湿地生物膜复合填料，所述生物膜复合填料由钢渣、活性炭、活性污泥、聚丙烯酰胺、磷酸二氢钾、膨润土和水按下述重量百分比组成，所述钢渣含量为22-26％；所述活性炭含量为16-19％；所述活性污泥含量为10-15％；所述聚丙烯酰胺含量为1-5％；所述磷酸二氢钾含量为1-3％；所述膨润土含量为15-22％；所述水含量为余量。

4、优选的，在上述的人工湿地生物膜复合填料中，所述钢渣为电炉还原钢渣，该钢渣的成分包括氧化钙20％-40％、二氧化硅15％-20％、氧化铝5％-15％、氧化镁2％-15％、氧化铁10％-30％、氧化锰0.1-1％、五氧化二磷0.1％-1％、氧化钠0.1％-1％、氧化钾0.1％-1％。

5、优选的，在上述的人工湿地生物膜复合填料中，所述钢渣为转炉钢渣，该钢渣的成分包括氧化钙30％-40％、二氧化硅10％-25％、氧化铝5％-15％、氧化镁2％-10％、氧化铁10％-25％、氧化锰0.1-1％、五氧化二磷0.5％-2％、氧化钠0.5％-1.5％、氧化钾0.5％-1.5％。

6、优选的，在上述的人工湿地生物膜复合填料中，所述钢渣为平炉初期钢渣，该钢渣的成分包括氧化钙40％-50％、二氧化硅10％-15％、氧化铝1％-5％、氧化镁5％-15％、氧化铁5％-15％、氧化锰0.1-1％、五氧化二磷0.5％-2％、氧化钠0.1％-0.5％、氧化钾0.1％-0.5％。

7、优选的，在上述的人工湿地生物膜复合填料中，所述生物膜复合填料由钢渣、活性炭、活性污泥、聚丙烯酰胺、磷酸二氢钾、膨润土和水按下述重量百分比组成，所述钢渣含量为22％；所述活性炭含量为16％；所述活性污泥含量为12％；所述聚丙烯酰胺含量为3％；所述磷酸二氢钾含量为2％；所述膨润土含量为18％；所述水含量为余量。

8、其中，所述钢渣的成分包括氧化钙38％、二氧化硅12％、氧化铝13％、氧化镁15％、氧化铁18％、氧化锰1％、五氧化二磷1％、氧化钠1％、氧化钾1％。

9、优选的，在上述的人工湿地生物膜复合填料中，所述生物膜复合填料由钢渣、活性炭、活性污泥、聚丙烯酰胺、磷酸二氢钾、膨润土和水按下述重量百分比组成，所述钢渣含量为24％；所述活性炭含量为19％；所述活性污泥含量为12％；所述聚丙烯酰胺含量为3％；所述磷酸二氢钾含量为2％；所述膨润土含量为22％；所述水含量为余量。

10、其中，所述钢渣的成分包括氧化钙40％、二氧化硅18％、氧化铝10％、氧化镁10％、氧化铁17％、氧化锰1％、五氧化二磷1.5％、氧化钠1.5％、氧化钾1％。

11、优选的，在上述的人工湿地生物膜复合填料中，所述生物膜复合填料由钢渣、活性炭、活性污泥、聚丙烯酰胺、磷酸二氢钾、膨润土和水按下述重量百分比组成，所述钢渣含量为26％；所述活性炭含量为17％；所述活性污泥含量为14％；所述聚丙烯酰胺含量为2％；所述磷酸二氢钾含量为3％；所述膨润土含量为20％；所述水含量为余量。

12、其中，所述钢渣的成分包括氧化钙34％、二氧化硅14％、氧化铝15％、氧化镁10％、氧化铁22％、氧化锰1％、五氧化二磷2％、氧化钠1％、氧化钾1％。

13、优选的，在上述的人工湿地生物膜复合填料中，所述钢渣可以通过改性剂进行改性，所述改性剂为稀硫酸，所述改性剂的添加量为钢渣添加总质量的10％-30％。

14、本发明还公开一种上述的人工湿地生物膜复合填料的制备方法，其制备方法包括：

15、步骤一：原料破碎，对钢渣、活性炭、膨润土进行破碎，其中所述钢渣的破碎粒度为0.2mm-0.3mm，所述活性炭破碎粒度为0.2mm-0.4mm，所述膨润土破碎粒度为100目-150目。

16、步骤二：钢渣预处理，将破碎后的钢渣进行浸泡，浸泡时间90min-120min，浸泡后根据添加钢渣的总质量添加稀硫酸和水对钢渣进行初步中和，初步中和后将钢渣与稀硫酸通过压滤机进行分离。

17、根据分离后钢渣的ph值，再次加入适量的稀硫酸进行二次中和，中和过程中检测钢渣ph值，直至钢渣ph值至8-9后，对钢渣进行清洗，清洗后进行干燥处理，完成钢渣预处理。

18、所述稀硫酸的浓度为15％-20％。

19、步骤三：混合搅拌，将改性后的钢渣、活性炭、活性污泥、聚丙烯酰胺、磷酸二氢钾、膨润土按比例加入搅拌机进行混合，混合同时多次匀量向搅拌机内加水，混合时长为30min-45min，直至使原料混合至粘结可成型状，即完成混合。

20、步骤四：压制成型，对混合均匀后的复合材料进行压制，压制为15mm-20mm的球状。

21、步骤五：热风烘干，将压制成型的复合填料送入烘干机，烘干温度为从室温开始，经15min-30min升高至40℃-50℃，温度升至50℃后经10min-15min升至75℃-85℃，温度升至75℃-85℃后进行120min-150min烘干，经75℃-85℃烘干后经40min-60min恢复至室温，完成热风烘干。

22、步骤六：分装储放，将完成烘干并恢复室温的复合填料进行分装储放。

23、与现有技术相比，本发明的人工湿地生物膜复合填料至少具有以下有益效果：

24、1.本发明采用各种含量的钢渣作为生物膜复合填料的原料，使制备的复合填料针对含重金属的污水进行有效去除或吸附，钢渣中的矿物质成分可以与重金属离子发生反应，从而有效地去除或吸附污水中的重金属，具有较高的实用性，且能够适应不同的污染物类型和浓度，具有较强的普适性；同时，钢渣具有良好的物理结构，可以为微生物提供附着生长的载体，富含矿物质和微量元素，为微生物的生长提供必要的营养，保证微生物的生长环境稳定。

25、2.本发明的钢渣来源丰富且成本较低，通过对钢渣进行改性，采用改性钢渣作为原料制备生物膜复合填料，处理污水性能较高，对含有重金属的污水进行针对性处理，不仅能够实现废物的资源化利用，促进可持续发展，还可显著降低污水处理、填料生产成本，具有较高的可推广性。

26、3.本发明通过使用碱性钢渣制备复合填料，碱性钢渣的多孔结构和高比表面积提供了更多的反应位点，能够更快地处理污水中的酸性物质，使其在对酸性污水的处理更为高效，针对性处理为后续的生物处理或其他化学处理工艺创造更有利的条件；同时，利用钢渣本身的碱性，减少对外部中和药剂的依赖，不仅可以降低污水处理成本，还有助于减少化学药剂的使用，从而减轻对环境的影响。