复合型聚合氯化铝除磷药剂

• 水体富营养化会导致蓝藻水频繁暴发、水质恶化、鱼类大量死亡等，严重威胁水生态安全、经济发展和社会稳定，是当今世界面临的重大环境危机之一。我国湖泊的富营养化问题尤为突出，2006年在27个国控重点湖泊中，V类和劣V类水质的湖泊18个，2007年太湖蓝藻事件，致使无锡市500万人的饮用水和生活用水严重短缺。治理水体富营养化是我们面临的一个重大环境问题，富营养化治理的关键是控制氮、磷等营养物的输入，其中磷被认为是产生水体富营养化的最主要因素。因此，除磷在控制水体富营养化方面更有实际意义。
  人工湿地技术是富营养化水体污染控制的常用技术之一，人工湿地主要通过填料吸附、化学沉淀、微生物活动、植物吸收等途径对磷进行截留，其中填料在湿地除磷方面扮演重要角色。许多学者研宄了多种填料吸附净化磷的效果和机理，认为选择合适的人工湿地填料，是提高人工湿地除磷能力的关键措施。目前湿地填料主要是从众多现有材料如粗砂、钢渣、石灰石、沸石、页岩、褐铁矿等中选取磷吸附容量高的种类进行应用。除磷填料的需求较大，而目前市场上的填料存在吸附效率不高、成本高等问题，另外由于原材料成分的不稳定，使得吸附性能不稳定，影响处理出水效果。
  针对现有技术中的缺陷，一种新型聚合氯化铝除磷填料及其制备方法，利用聚合氯化铝(PAC)对磷的絮凝作用，将PAC、高标号水泥、建筑胶和水按一定的比例进行混合搅拌后压制成固体颗粒除磷填料。
  根据本发明的一个方面，提供一种新型聚合氯化铝除磷填料，所述填料的组成成分为：粉剂的聚氯化铝(PAC)，高标号水泥，水和建筑胶；其中聚氯化铝(PAC)与水泥的重量比为90:5-60:35；余量为建筑胶和水，建筑胶和水重量比为1:4。配以建筑胶和水泥等辅料混合压制成的硬质颗粒材料，可广泛用于人工湿地、生物滤池等生物生态水处理设施。所述PAC是一种无机高分子混凝剂，它通过压缩双电层、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。粉剂的聚氯化铝(PAC)的Al2O3重量含量大于等于30%。建筑胶是可用于有各类混凝土预制构件的施工粘接剂，如107,108等型号，不可以使用多用途的万能胶。对于不同类型的污水，PAC的重量含量有一个最适量，过高或过低均会影响其除磷效果，适用于生活污水的除磷填料中PAC、水泥的重量比为75:20。高标号水泥，是指标号在525以上的硅酸盐水泥或普通水泥，这种水泥具有凝固时间短，强度高等特点。
  PAC具有粉末细、颗粒均匀、易溶于水、絮凝效果好、净化高效稳定、投加量少、成本低等特点。在水处理中的应用广泛，但一般情况下PAC多以水剂形式，或将固体粉末PAC加水稀释至所需浓度进行利用，矶花形成大、快、沉降速度快。在生物滤池等生物膜法水处理工艺中难以直接利用，通过本发明的实施，可将PAC固化成颗粒填料，直接装填于生物滤池中，以增加类似工艺的除磷性能。按照上述的填料配比，将所需材料进行混合搅拌后，在0.3-0.5MPa压力下，压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒，晾干，获得填料成品。采用PAC作为主料，配以高质量建筑胶和水泥等辅料，制成一定粒径的填料，由于原材料可控和配比稳定，所得产品颗粒的磷吸附性能高效且稳定；可广泛应用于强化处理人工湿地、生物滤池、土壤渗滤等填料系统的除磷效果，为富营养化水体污染控制提供一种新的材料和处理思路。
  与现有技术相比，具有如下的有益效果：除磷的机理主要依靠PAC与水中的磷形成化学沉淀物沉积下来，PAC的缓慢释放大大延长了其使用周期。所需原材料来源广泛、产品性状稳定；所研制的吸附填料，吸附效率高、成本较低且吸附性能稳定；制作工艺简单、易于大规模推广生产。
  通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，其它特征、目的和优点将会变得更明显：
  图1为实施例中除磷填料吸附性能试验装置原理图；
  图2为不同水力负荷条件下不同填料处理景观水除磷效果比较图；
  图3为不同水力负荷条件下不同填料处理生活污水除磷效果比较图。
  下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
• 实施例1
  新型除磷填料处理富营养化景观水的效果
  将聚氯化铝（PAC）、高标号水泥、建筑胶和水按下表的比例（重量比）进行混合搅拌后，在0.3-0.5MPa压力下，压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒，晾干，获得填料成品。

  三种填料产品所用原料配比表（重量比）

  细分	填料A	填料B	填料C
  聚氯化铝(PAC)	90%	75%	60%
  高标水泥	5%	20%	35%
  水	4%	4%	4%
  建筑胶	1%	1%	1%

  试验装置结构如图1所示，包括：高位水箱（有效容积25L）、填充除磷填料的柱子（填料高度为50cm，直径为9cm）；进水软管，控制流量的弹簧夹。水力负荷是影响工艺效果的一个重要因素，本案例考察不同填料在不同水力负荷下对磷的去除效果，分别设计了三种水力负荷，0.5m3/m2d^-1，1.0m3/m2d^-1，2.0m3/m2d^-1，对应的水的流量分别为：3.25L/d，6.5L/d和13L/d。
  填料A，B，C中PAC的含量是逐渐下降的（从90%下降至65%），理论上讲，随着PAC含量的增加磷去除率应相应增加。图3为不同水力负荷条件下各填料处理景观水中磷的效果比较图，由图2可知，在三种水力负荷条件下，填料B对磷的去除效果均最好，其次为填料 A，填料C最差。这说明PAC的含量有一个最适量，过高或过低均会影响其除磷效果。含量过低，PAC不足，沉淀反应进行不充分； PAC含量过高，水泥等辅料的量就会偏少，填料会硬度不够而易结块，使得填料与水的接触面积减少，难以全部发挥作用。试验过程发现填料A柱由于水泥含量过少，多数填料颗粒经一段时间运行后混合在一起形成黄色的胶状物，导致柱内水流不畅，甚至产生堵塞而使系统无法正常运行的现象。本实施例中，75%的PAC是最佳含量。
  本实施例中，进水总磷浓度为0.3-0.45mg/L（平均值0.38mg/L）情况下，填料B在水力负荷1.0m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好，平均去除率为79.23%，出水中总磷平均浓度为0.08mg/L，达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）II类水标准。去除率最差的水力负荷是2.0m3/m2d^-1，其次为水力负荷0.5mg/L。填料A与填料C具有相同规律，但出水平均总磷浓度分别为0.15mg/L和 0.19mg/L，可达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水标准。对三种填料而言，最佳水力负荷均为1.0m3/m2d^-1。实施例2
  新型除磷填料处理生活污水的效果
  将聚氯化铝(PAC）、高标号水泥、建筑胶和水按（重量比）表1的比例进行混合搅拌后压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒，晾干，获得填料成品。
  试验装置结构如图1所示，包括：高位水箱（有效容积25L）、填充除磷填料的柱子（填料高度为50cm，直径为9cm）；进水软管，控制流量的弹簧夹。水力负荷是影响工艺效果的一个重要因素，本案例考察不同填料在不同水力负荷下对磷的去除效果，分别设计了三种水力负荷，0.5m3/m2d^-1，1.0m3/m2d^-1，2.0m3/m2d^-1对应的水的流量分别为：3.25L/d，6.5L/d和13L/d。
  图3为不同水力负荷条件下各填料处理生活污水中磷的效果比较图，由图可知，在二种水力负荷条件下，填料B对磷的去除效果均最好，其次为填料C，再次为填料A。但在0.5m3/m2d^-1水力条件下，三者对磷的去除率区别不大，填料A、B、C对磷的去除率分别为：94.58%、95.29%和94.78%。与处理低浓度磷含量的景观水相比，各填料的磷处理效果均大幅度提高，这说明本发明新型除磷填料更适合于处理高磷含量污水。高浓度生活污水磷去除结果表明，75%的PAC是仍为较佳含量。
  本实施例中，进水总磷浓度为2.8-3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下，填料B在水力负荷0.5m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好，平均去除率为95.29%，出水中总磷平均浓度为0.17mg/L，达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。随着水力负荷的增加，系统磷去除效果变差，效果最差的水力负荷是2.0m3/m2d^-1。填料A与填料C具有相同规律，但出水平均总磷浓度分别为0.44mg/L和0.48mg/L，超出了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准，但可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)一级A标准。对三种填料而言，最佳水力负荷均为0.5m3/m2d^-1。
  实施例3
  新研制填料与普通的火山岩填料处理生活污水效果对比
  聚氯化铝(PAC)、高标号水泥、建筑胶和水按(重量比)表1的中填料B的比例进行混合搅拌后压制成粒径1.0-3.0cm的固体颗粒，晾干，获得填料成品。
  进水总磷浓度为2.8-3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下，新研制的填料B在水力负荷0.5m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好，平均去除率为95.29%，出水中总磷平均浓度为0.17mg/L，达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水标准。进水总磷浓度为2.8-3.2mg/L(平均值2.9mg/L)情况下，采用普通火山岩填料处理，在水力负荷0.5m3/m2d^-1下对磷的去除效率最好，平均去除率为 84.48%，出水中总磷平均浓度为0.45mg/L，超过了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准。
  本发明新研制的填料B在同样水力负荷条件下，明显比普通火山岩填料除磷的处理效果更好。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。