本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種以污染湖泊底泥為主要原料的人工濕地基質(zhì)填料及制備方法。

背景技術(shù)：

湖泊底泥是湖泊環(huán)保疏浚工程清挖的主要固體廢棄物。湖泊底泥有含水率高、強(qiáng)度低、密度低、透水性低、高壓縮性等物理化學(xué)和力學(xué)特性，含有大量微生物和超標(biāo)金屬，其具有嚴(yán)重的危害性。長期堆放疏浚底泥，將造成二次污染，占用土地資源，可能導(dǎo)致產(chǎn)生各種風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)底泥進(jìn)行固化/穩(wěn)定化處理，可有效解決湖泊底泥的二次污染問題，在節(jié)能、節(jié)地方面做出重要貢獻(xiàn)。人工濕地是新興的一種投資少、運(yùn)行費(fèi)用低的污水處理技術(shù)，而人工濕地基質(zhì)填料則是人工濕地的關(guān)鍵，選擇對(duì)污染物有強(qiáng)吸附作用的基質(zhì)填料可大大提高人工濕地對(duì)污水的處理效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，目的在于提供一種以污染湖泊底泥為主要原料的人工濕地基質(zhì)填料及制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種以污染湖泊底泥為主要原料的人工濕地基質(zhì)填料的制備方法，包括如下步驟：

(1)原料混合：將污染湖泊底泥攪拌均勻，然后加入摻加劑，先人工初步攪拌，再機(jī)械攪拌直至混合均勻；

(2)制樣：將步驟(1)所得原料混合物分三次裝填到模具中，每次裝填后振動(dòng)2分鐘，以振出試樣中的氣泡，制樣完成后，將試樣放置于室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)，脫模；

(3)將步驟(2)脫模后的試樣烘干至含水率小于5wt％，然后進(jìn)行高溫焙燒，造粒，得到人工濕地基質(zhì)填料。

上述方案中，所述污染湖泊底泥的含水率為65wt％～72wt％。

上述方案中，所述摻加劑為水泥、粉煤灰和鋼渣的混合物。

上述方案中，所述水泥的質(zhì)量為污染湖泊底泥質(zhì)量的3％～9％；所述粉煤灰的質(zhì)量為污染湖泊底泥質(zhì)量的15％～35％；所述鋼渣的質(zhì)量為污染湖泊底泥質(zhì)量的5％～15％。

上述方案中，所述粉煤灰的粒徑為0.001～0.3mm；所述鋼渣的粒徑為75μm～450μm。

上述方案中，所得人工濕地基質(zhì)填料的粒徑為8～12mm。

上述方案中，步驟(3)所述自然養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為24h～48h。

上述方案中，所述高溫焙燒的升溫程序?yàn)椋?～200℃，20min；200℃～450℃，30min；450℃～600℃，30min；600℃～900℃，60min。

上述方案中，所述高溫焙燒的溫度為900℃，時(shí)間為14～20h。

上述制備方法制備得到的人工濕地基質(zhì)填料。

本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明提供了一種以污染湖泊底泥為主要原料的人工濕地基質(zhì)填料，將湖泊疏浚底泥這一固體廢物資源化利用，避免了傳統(tǒng)的填埋方式，節(jié)約了土地資源，有效降低污染湖泊底泥的環(huán)境污染；同時(shí)在構(gòu)建人工濕地時(shí)，選擇固化后的湖泊底泥作為人工濕地填料，降低了人工濕地的成本，也為湖泊底泥資源化利用提供了有效途徑。(2)本發(fā)明通過高溫?zé)Y(jié)工藝破壞了湖泊底泥的結(jié)構(gòu)，使湖泊底泥原料中吸附的磷得到了釋放(利用純水的釋放實(shí)驗(yàn)可知磷的最大釋放量達(dá)到0.76mg/L)，同時(shí)高溫?zé)Y(jié)工藝使制備所得人工濕地填料具有多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)有較多孔洞、孔隙多，能大大提高人工濕地填料對(duì)污水中磷的吸附能力；(3)將本發(fā)明制備所得人工濕地基質(zhì)填料應(yīng)用于小型人工濕地，以劣V類水質(zhì)水為原水進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：所述人工濕地對(duì)COD、TP的去除率分別為12％～78％、4％～50％，并且出水的重金屬含量基本滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定后COD的平均去除率可以達(dá)到78.1％，TP的去除率可以達(dá)到50.5％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中所述原料(污染湖泊底泥)和人工濕地基質(zhì)填料的掃描電鏡圖對(duì)比圖。

圖2為本發(fā)明制備的人工濕地基質(zhì)填料應(yīng)用在小型人工濕地中，小型人工濕地運(yùn)行過程中總磷含量變化圖。

圖3為本發(fā)明制備的人工濕地基質(zhì)填料應(yīng)用在小型人工濕地中，小型人工濕地運(yùn)行過程中COD含量變化圖。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種以污染湖泊底泥為主要原料的人工濕地基質(zhì)填料的制備方法，包括如下步驟：

(1)取摻加劑(3％水泥+35％粉煤灰(粒徑0.3mm)+5％鋼渣(粒徑75μm)，其中百分比為污染湖泊底泥的質(zhì)量百分比)，將摻加劑及已攪拌均勻的污染湖泊底泥(含水率72％)分別加入行星式攪拌機(jī)的攪拌盤內(nèi)，先人工初步攪拌，再用攪拌機(jī)機(jī)械攪拌均勻5分鐘后開始制樣；

(2)將攪拌好的底泥混合物分三次裝填到邊長為70.7mm的立方體塑料模具中，每次裝填振動(dòng)2分鐘，以振出底泥試樣中的氣泡，提高試樣密實(shí)度；為便于脫模，制樣前用小毛刷在試模內(nèi)壁均勻刷一層機(jī)油，每一設(shè)計(jì)配方及設(shè)計(jì)齡期均制作3個(gè)平行試樣；制樣完成后將試樣放置于室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后撤掉模具；

(3)將試樣轉(zhuǎn)移至HP-9150型電熱恒溫干燥箱烘干至含水率小于5wt％，然后放入SX2-10-12型箱式節(jié)能電阻爐高溫焙燒，焙燒采用程序升溫的方法進(jìn)行升溫(0～200℃，20min；200℃～450℃，30min；450℃～600℃，30min；600℃～900℃，60min)，置于900℃焙燒14小時(shí)，再經(jīng)人工造粒制成直徑8～12mm左右顆粒，即得到人工濕地基質(zhì)填料。

本實(shí)施例制備的人工濕地基質(zhì)填料經(jīng)實(shí)驗(yàn)得試樣的抗壓強(qiáng)度為624.08kPa。

實(shí)施例2

一種以污染湖泊底泥為主要原料的人工濕地基質(zhì)填料的制備方法，包括如下步驟：

(1)取摻加劑(6％水泥+15％粉煤灰(粒徑0.3mm)+10％鋼渣(粒徑75μm)，其中百分比為污染湖泊底泥的質(zhì)量百分比)，將摻加劑及已攪拌均勻的污染湖泊底泥(含水率65％)分別加入行星式攪拌機(jī)的攪拌盤內(nèi)，先人工初步攪拌，再用攪拌機(jī)機(jī)械攪拌均勻5分鐘后開始制樣；

(2)將攪拌好的底泥混合物分三次裝填到邊長為70.7mm的立方體塑料模具中，每次裝填振動(dòng)2分鐘，以振出底泥試樣中的氣泡，提高試樣密實(shí)度；為便于脫模，制樣前用小毛刷在試模內(nèi)壁均勻刷一層機(jī)油，每一設(shè)計(jì)配方及設(shè)計(jì)齡期均制作3個(gè)平行試樣；制樣完成后將試樣放置于室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)30小時(shí)后撤掉模具；

(3)將試樣轉(zhuǎn)移至HP-9150型電熱恒溫干燥箱烘干至含水率小于5wt％，然后放入SX2-10-12型箱式節(jié)能電阻爐高溫焙燒，焙燒采用程序升溫的方法進(jìn)行升溫(0～200℃，20min；200℃～450℃，30min；450℃～600℃，30min；600℃～900℃，60min)，置于900℃焙燒18小時(shí)，再經(jīng)人工造粒制成直徑8～12mm左右顆粒，即得到人工濕地基質(zhì)填料。

本實(shí)施例制備的人工濕地基質(zhì)填料經(jīng)實(shí)驗(yàn)得試樣的抗壓強(qiáng)度為955.20kPa。

實(shí)施例3

一種以污染湖泊底泥為主要原料的人工濕地基質(zhì)填料的制備方法，包括如下步驟：

(1)取摻加劑(3％水泥+35％粉煤灰(粒徑0.3mm)+10％鋼渣(粒徑75μm)，其中百分比為污染湖泊底泥的質(zhì)量百分比)，將摻加劑及已攪拌均勻的污染湖泊底泥(含水率72％)分別加入行星式攪拌機(jī)的攪拌盤內(nèi)，先人工初步攪拌，再用攪拌機(jī)機(jī)械攪拌均勻5分鐘后開始制樣；

(2)將攪拌好的底泥混合物分三次裝填到邊長為70.7mm的立方體塑料模具中，每次裝填振動(dòng)2分鐘，以振出底泥試樣中的氣泡，提高試樣密實(shí)度；為便于脫模，制樣前用小毛刷在試模內(nèi)壁均勻刷一層機(jī)油，每一設(shè)計(jì)配方及設(shè)計(jì)齡期均制作3個(gè)平行試樣；制樣完成后將試樣放置于室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)48小時(shí)后撤掉模具；

(3)將試樣轉(zhuǎn)移至HP-9150型電熱恒溫干燥箱烘干至含水率小于5wt％，然后放入SX2-10-12型箱式節(jié)能電阻爐高溫焙燒，焙燒采用程序升溫的方法進(jìn)行升溫(0～200℃，20min；200℃～450℃，30min；450℃～600℃，30min；600℃～900℃，60min)，置于900℃焙燒20小時(shí)，再經(jīng)人工造粒制成直徑8～12mm左右顆粒，即得到人工濕地基質(zhì)填料。

本實(shí)施例制備的人工濕地基質(zhì)填料經(jīng)實(shí)驗(yàn)得試樣的抗壓強(qiáng)度為544.86kPa。

圖1為本發(fā)明中所述原料(污染湖泊底泥)和人工濕地基質(zhì)填料的掃描電鏡圖對(duì)比圖，其中a～e為污染湖泊底泥，a1～e1為制備所得人工濕地基質(zhì)填料，從圖1中的對(duì)比可以看出，本發(fā)明所述制備方法破壞了污染湖泊底泥原來的結(jié)構(gòu)，制備所得人工濕地基質(zhì)填料具有多孔結(jié)構(gòu)，基質(zhì)排列松散，有較多孔洞，孔隙多，顆粒之間有許多細(xì)小的填充物，該多孔結(jié)構(gòu)可以大大提高人工濕地基質(zhì)填料的吸附性能。

應(yīng)用實(shí)例

將本發(fā)明制備的人工濕地基質(zhì)填料運(yùn)用在小型人工濕地中，采用該小型人工濕地對(duì)污水進(jìn)行處理，檢測(cè)小型人工濕地運(yùn)行10d后水中各重金屬離子的含量，出水中重金屬離子Pb、Zn含量降低，Cu、Cd、Zn、Pb含量小于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

檢測(cè)小型人工濕地對(duì)污水中總磷含量的去除率，結(jié)果見圖1。污水原水中磷含量為0.29mg/L，超過地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的V類標(biāo)準(zhǔn)，屬于劣五類水質(zhì)。系統(tǒng)運(yùn)行7d后，磷含量升高到0.39mg/L，這說明人工濕地基質(zhì)填料有磷釋放的情況。從7d～14d的情況來看，出水的含磷量穩(wěn)健降低，最終穩(wěn)定在0.15mg/L左右，去除率為4％～50％，運(yùn)行時(shí)間越長，效果越穩(wěn)定，去除率穩(wěn)定于50％左右，出水滿足地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。雖然在一開始存在磷釋放的情況，但當(dāng)濕地系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定以后，系統(tǒng)對(duì)于水體中磷的去除率可以達(dá)到50.5％。

檢測(cè)小型人工濕地運(yùn)行過程中COD含量變化，結(jié)果見圖2，從圖中可以看出：原水中COD含量為72mg/L，超過地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的V類標(biāo)準(zhǔn)，屬于劣五類水質(zhì)；系統(tǒng)運(yùn)行7d后，COD含量為31.5mg/L，而8d含量大于7d為62.9mg/L，說明系統(tǒng)7d的運(yùn)行不夠穩(wěn)定；8d以后，出水中COD穩(wěn)健降低，出水中COD小于原水COD，去除率為12％-78％，最終穩(wěn)定于18.5mg/L，滿足地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定后人工濕地系統(tǒng)對(duì)于水體中COD的平均去除率達(dá)到78.1％。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的實(shí)例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限制。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。