技术领域：
本发明涉及一种复合型脱磷滤料，属于污水处理领域。
背景技术：
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有关资料表明，海洋赤潮、水体富养化等水体污染问题，磷含量的富集是最主要的原因，去除污水中的磷是污水处理过程中最重要的环节之一，是污水处理后能否达标的一个重要指标，也是中小型生活污水处理系统能否达标运行的一个瓶颈，污水中磷的去除和控制将会受到越来越高度的重视。
传统的生活污水处理工艺主要采用生物脱磷或化学脱磷，前者处理效率较低，去除率大约为30-40％；化学药剂除磷效果好，但传统的化学除磷方式处理成本高，而且容易造成二次污染。尤其在村镇一级的小型生活污水处理厂，采用化学脱磷从使用成本和专业人员操作方面都难以实现。
技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种复合型脱磷滤料。
本发明由如下技术方案实施：一种复合型脱磷滤料，其包括粒径为1-2cm的火山岩和孔隙率为45-50％、容重为0.7-0.9g/cm3的多孔脱磷滤料，所述火山岩的作用是附着降解污染物的微生物，拦截过滤大的杂物，双向调节水质酸碱度，吸附重金属离子，杀灭有害菌；所述多孔脱磷滤料为建筑用加气块副产品，其成分包括71.5wt％粉煤灰、4.5wt％水泥、18.9wt％生石灰和5.1wt％石膏。
进一步的，所述多孔脱磷滤料通过200℃高温蒸汽加热充气成孔后，破碎成粒制成。
进一步的，用于湿地脱磷时，所述火山岩的含量为5-10％vol。
进一步的，用于生物滤池脱磷时，所述火山岩的含量为40-60％vol。
复合滤料制作的原理和依据：
生活污水中磷的含量一般为5-10mg/l，其大部分是无机化合磷，并是溶解状的，主要是正磷酸盐和稠环磷酸盐，一小部分是有机化合磷，其以溶解或非溶解状态存在。稠环化合磷和有机化合磷(核酸)一般在污水管网或在污水处理过程中转化为正磷酸盐(po43-)。
在污水处理过程中，投加适合的化学药剂，其与污水中的溶解性磷酸盐混合并发生沉析反应，形成颗粒状、非溶解性的物质，定期清理去除这些沉析物，就能达到去除污水中磷的目的。
用于化学除磷的化学药剂主要为金属盐药剂和氢氧化钙(熟石灰)。出于经济的原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要有：fe3 、al3 、fe2 盐和石灰，反应式如下：
al3 p043-→alpo4↓ph6～7
fe3 po43-→fepo4↓ph5～5.5
5ca2 3po43- oh-→ca5(po4)3oh↓ph≥8.5
依据上述原理，结合污水处理的实际问题，比如处理水质ph值的情况，药剂成本情况，药剂物理化学性状特点等，本发明选用钙化合物作为化学除磷滤料的原料。
首先，钙化合物价格便宜，非常容易取材；其二，钙化合物易于粉碎和与其他物料混合，和一定量的其他适宜材料混合后，易于制作成各种物理形态的混合物料；三，钙化合物反应过程温和缓慢，有利于长期持续起效；四，北方地区生活污水ph值基本上在7以上，加上使用石灰类滤料，污水处理过程中ph值多在8.5以上，根据上述反应式，非常适宜采用钙化合物作为脱磷药剂。
污水采用的固态滤料，最适宜的物理形态是一定粒径(1-5cm)的多孔状物质。多孔状物质比表面积大，首先，有利于微生物的大量附着和生长，另外，大的比表面积使得滤料和污水有了更多的接触面，也保证了复合滤料中的钙离子和污水中的磷酸根离子有了更多的反应机会。
本发明的复合滤料，孔隙率达到了45-50％，容重为0.7-0.9g/cm3。
在滤料的制作过程中，本发明使用了生石灰，在制作过程中，逐步转变为熟石灰直到石灰石，滤料在污水处理过程中，一般始终处于污水水体中或不断地与污水接触，根据化学原理，碳酸钙(石灰石)中的钙离子在水中会不断游离出钙离子，当钙离子接触到污水中的磷酸根离子时，发生沉析反应，生成不溶于水的颗粒状固态物质，或随水流排出沉降在池底，或吸附于滤料表面，从而达到去除污水中磷的目的。反应式如下：
5ca2 3po43- oh-→ca5(po4)3oh↓ph≥8.5
本发明的优点：污水处理过程中，该滤料中的脱磷有效成分钙离子，通过化学吸附和沉析反应和污水中的磷形成难溶于水的化合物，固定在滤料上或随水流排出沉在池底，从而起到去除污水中磷的作用。同时，该滤料呈多孔状，上面可以附着大量的各种微生物，能够降解污水中的各种有机污染物。
另外，由方程式5ca2 3po43- oh-→ca5(po4)3oh↓ph≥8.5可知，反应的ph值接近于一级a出水标准的ph值9的标准，在单独使用时，处理出水的ph值往往超出9，达不到达标排放的要求。
火山岩作为污水处理的传统优质滤料，本身具有良好的多孔状物理性状，非常适合包括硝化细菌在内的多种微生物附着和生长，另外，其双向调节水体酸碱度、吸附重金属离子、杀灭有害细菌也被广泛的认知和利用。
结合上述脱磷滤料ph过高的现象，本发明将上述两种滤料混合复配使用，利用火山岩双向调节ph值的功能，保证出水水质的酸碱度达标，根据实验数据，两种滤料的体积比——火山岩：脱磷滤料＝0.5-1.5:10时，处理出水的ph值能够达到9以下，符合gb一级a的ph值标准。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例2的水处理系统示意图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本复合型脱磷滤料包括两种成分，第一种：火山岩，粒径：1-2㎝；第二种：多孔状专用脱磷滤料(建筑用加气块副产品)，粒径：1.5-3.0cm，孔隙率：40-50％，容重：0.7-0.95g/cm3，滤料主要成分：71.5wt％粉煤灰、4.5wt％水泥、18.9wt％生石灰、5.1wt％石膏；滤料制作工艺：200℃高温蒸汽加热充气成孔，成型后破碎成粒。
实施例2
利用实施例1的复合型脱磷滤料对人工湿地进行脱磷处理，处理地点在达拉特旗光伏基地，处理系统如图1所示，复合生物滤池采用cn201821351534.9中公开的脉冲式多点污水布水器布水，人工湿地采用cn201821190937.x中公开的温室交替互换式人工湿地。
主要工艺过程：
1.污水通过管道收集后进入管道末端收水井，然后经过机械格栅，用以去除来自水中的漂浮物和悬浮物，以保护水泵的正常运转。
2.格栅处理后污水进入化粪池进行初步降解，并由过滤提升泵提升进入多功能生物降解池。
3.在到达多功能生物降解池及后续的工艺中，经过复合生物滤池和接触氧化池的好氧过程和多功能生物降解池的厌氧过程，对污水进行生物降解和净化。
4.在系统的末端，设施人工湿地，人工湿地采用复合脱磷滤料进行污水的深度处理和滤料脱磷，处理后的出水进入清水区(储水池)。
5.清水区(储水池)主要用来蓄水，同时配置有自动、手动输水泵将处理出水输送到需水场所进行合理使用。
本案例的主要构筑物包括：一体化组合池和日光玻璃温室。
日光玻璃温室以一体化组合池的外侧池壁顶部为基础，形成下部池体，上部日光玻璃温室构成的整体构筑物。
一体化组合池：数量：1座(半地下式)
总尺寸：19.5×16.3×h2.5m(外壁净尺寸)
主体结构：钢砼结构，加防水、防腐、防渗透和保温结构。
一体化组合池及回流包括：多功能生物降解池、集水池、复合生物滤池、接触氧化池、人工湿地、储水池，以及接触氧化池进入集水池的小回流和湿地进入集水池的大回流。上述回流根据处理需要可以进行宽幅度调节，系统内提升布水泵和曝气泵，系统运行采用智能控制方式，并根据处理需要自动调节运行状态。
一体化组合池主要设计参数：
多功能生物降解池：水力停留时间≥10小时；回流比：50～150％
复合生物滤池：水力停留时间≥3小时；回流比：150～300％
接触氧化池：水力停留时间≥2小时；回流比：150～300％
人工湿地：水力停留时间≥36小时；回流比：100～200％
日光玻璃温室：总尺寸：19.4×16.2×h4.1m(外壁净尺寸)
主体结构：钢架结构，顶部8mm保温阳光板，墙体分为两部分，阳面为6 0.76pvb 6夹胶玻璃采光保温结构；其他三面为240mm砖体墙加10mm保温材料墙体。
保温设施：顶部配置自动保温卷帘，温室内部按照冬季最低温时段室温不低于10℃标准进行采暖设计，预计采暖时段较短，推荐采用电采暖设施。
污水处理系统产生的剩余污泥，因本工程规模较小，生态化综合处理技术产泥量很低，不设污泥脱水设施，各功能池的沉砂、污泥、沉淀物及不可降解悬浮物定期清理、抽吸、外运处置即可。
当污水进入湿地以后，除进行常规的污水湿地深度净化以外，污水中的磷(正磷酸根离子)和脱磷滤料游离出的钙离子结合，发生沉析反应，形成不溶于水的颗粒，颗粒或吸附于滤料表面，或随湿地水流排出湿地进入湿地单元间的分水池，定期清理分水池，可以达到非常显著的除磷效果。
本案例污水处理系统处理能力100t/d，湿地分为6个湿地单元，湿地单元体积：长*宽*高＝5.9*5.4.*2.1m3。
在上述每个湿地单元池体的内部，按湿地规程要求，铺设厚度为1.5m粒径为1.5-3.0cm的多孔状专用脱磷滤料，而后在其上部铺设火山岩滤料10cm，滤料上部水体高度30cm。
每个湿地单元滤料体积为：47.79m3，6个湿地单元的滤料总量为：286.74m3≈300m3，其中，复合滤料体积：日处理水量体积＝2-3:1。
6个湿地单元采用串联式联通，湿地单元采用中下部进水，下部出水的方式进出水流，污水水流依次通过各个湿地单元。
污水处理过程中，当ph值在8.5-10.5的范围内，除了会产生磷酸钙沉析以外，还会产生碳酸钙，反应式如下：ca2 co32-→caco3↓，在一定ph值的情况下，钙的加投量与污水碱度呈正比，为了保证滤料对磷的有效持久去除，我们必须保证该复合滤料的使用量和保持合理的酸碱度。
本实施例生物滤池体积为长*宽*高＝13.0*2.0*2.3立方米，在生物滤池的下部距池底50cm，铺设5cm厚度玻璃钢格栅，起支撑滤料和透水的作用；在玻璃钢格栅上部铺设75cm高粒径为1.5-3.0cm的专用型脱磷滤料；脱磷滤料的上部再铺设75cm的火山岩滤料，在火山岩滤料的顶部安装有脉冲多孔布水器。
污水在经过湿地通过滤料层时，首先大的污染有机物分子被滤料层拦截过滤；小的有机物分子被上述两种滤料表面附着的各种微生物菌群捕食并降解；另外，通过复合滤料的脱磷、杀菌、吸附重金属离子等作用，使污水得到很好的净化作用。
生物滤池使用量为——处理水量：复合滤料＝0.25-0.3：1。
2019年8月对使用结果进行了分析检测，处理效果非常明显，总磷指标：入口污水总磷指标为6.20㎎/l，处理出水总磷指标为0.06㎎/l，去除率＞95％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种复合型脱磷滤料，其特征在于，其包括粒径为1-2cm的火山岩和孔隙率为45-50％、容重为0.7-0.9g/cm3的多孔脱磷滤料，所述多孔脱磷滤料包括71.5wt％粉煤灰、4.5wt％水泥、18.9wt％生石灰和5.1wt％石膏。
2.根据权利要求1所述的一种复合型脱磷滤料，其特征在于，所述多孔脱磷滤料通过200℃高温蒸汽加热充气成孔后，破碎成粒制成。
3.根据权利要求2所述的一种复合型脱磷滤料，其特征在于，用于湿地脱磷时，所述火山岩的含量为5-10％vol。
4.根据权利要求2所述的一种复合型脱磷滤料，其特征在于，用于生物滤池脱磷时，所述火山岩的含量为40-60％vol。
技术总结