CN101445388A - 一种处理废水的多孔陶粒及其制造方法 - Google Patents

一种处理废水的多孔陶粒及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理废水的多孔陶粒，是具有粉煤灰、污泥，粘土，辅料经成型后高温烧结，然后经过打散处理而成的球型或柱型多孔陶粒。本发明的显著特点及有益效果是：以粉煤灰、污泥及天然粘土为原料生产具有较高经济价值、较长寿命的环保产品，实现了以废制废的目的。在特定烧制条件下形成与陶结构良好结合的微孔碳粉末，在废水处理中既可以起到吸附有机物，也具有良好的生物相容性而成为高负载量的生物固载材料。同时被吸附的有机物形成局域高浓度区，从而提高了固定床生物滤池的处理效率。当使用一段时间，污水滤过量明显减少时，可将陶粒材料干燥后，在同等烧结条件下使其再生，从而实现治污材料的循环使用，并且不再产生二次污染物。

Description

一种处理废水的多孔陶粒及其制造方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域中的以火力发电厂生产过程中所产生的粉煤灰为主要原料，经高温烧结生产球型及柱型的一种处理废水的多孔陶粒及其制造方法。
背景技术
目前对工业废水和城市生活污水治理的方法很多，一般可分为物理化学法、化学法和生物法。其中生物法多采用好氧菌进行生物曝气，或者利用厌氧菌发酵消除污水中的主要有机物，再利用硝化与反硝化生物技术降低废水中的氨氮和有机磷。目前国内外已研发出多种单一或复合处理技术，广泛应用于工业废水和城市生活污水综合治理中，取得良好效果。但这些技术目前还都有一定的缺陷，如：生物曝气技术占地面积大、处理效率低、需要较高的能耗；厌氧发酵处理技术需要专门设备、投资大；利用活性炭吸附成本高；膜过滤或反渗技术运行成本高、条件严苛、操作复杂。这些方法在以集约化生产为特点的企业中被普遍应用，但在生产规模小、散的农村生活污水治理以及河道、湖泊等已污染的天然水体中就难以被广泛应用。
近年来国内外大力发展以固定床生物滤池为基础，以提高生物降解有机质效率为目标的深度治理污水技术获得长足进步。固定床生物滤池的核心是生物载体材料的制备以及针对某种污染物专用菌种的选育。目前，在生物载体材料方面往往因实用树脂、活性炭、分子筛或中空纤维等而导致成本过高，难以实现技术普及。中国专利02112755.7，03121167.4，200810006102.9介绍了几种以粘土和粉煤灰的主要原料生产多孔陶粒的方法，因其原料中具有碳粉或活性炭成分，故在污水处理中主要是由于粉末状活性炭的吸附作用。这些方法均以牺牲不可再生的环境资源为代价，且在处理污水的同时产生新的固体废弃物。华南理工大学以粘土和生物污泥为原料烧制陶粒(中国专利02114938.0)，其本质是在一定温度条件下将生物污泥转变为活性炭，在制造成本上较前述专利方法有所降低，但其作为吸附型污水治理材料，仍具有牺牲不可再生资源并产生二次污染的特点。中国专利02129972.2中所述功能陶粒，03136145.5中所述过滤陶粒都是基于将陶粒作为微生物固载材料，但为了获得良好的微孔结构、高孔隙率而不得不使用了扩孔剂、成孔剂等化学物质。此法虽因利用了生物降解作用，提高了污水处理效率，延长了陶粒材料的使用寿命，但仍未根本改变生物载体材料应用成本高及产生二次污染的问题。且为了改善陶粒材料的生物相容性，又使用了碳粉、活性炭、矿物粉甚至化学交联剂等，并使用了较复杂的制备工艺和活化方法。总之，上述的物质和其功能结构均以消耗或者部分消耗不可再生资源作为基本的功能或者方法或者工艺，因为，二次污染不可避免。本发明人做了大量的研究，提出了本发明的发明目的。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服目前存在的治理污染需要消耗不可再生能源和二次污染等问题而提出来的。即提供一种新的处理废水的多孔陶粒及其制造方法来改善目前的
本发明的技术解决方案是这样实现的，该一种处理废水的多孔陶粒，其特征在于它是具有粉煤灰、污泥，粘土，辅料，经成型后高温烧结，然后经过打散处理而成的球型或柱型多孔陶粒。进一步说优选的的各组份的质量比例范围为：粉煤灰20～50％，污泥20～60％，粘土20～60％，辅料1～10％。
本发明的显著特点及有益效果主要表现在三个方面：1、以工业废弃物、污泥及天然粘土为原料生产具有较高经济价值、较长寿命的环保产品，实现了以废制废的目的。2、以污泥为主要原料，在此烧制条件下形成结构良好的微孔碳粉末，在废水处理中既可以起到吸附有机物，消除臭味的作用；也具有良好的生物相容性而成为高负载量的生物固载材料。同时被吸附的有机物形成局域高浓度区，有利于微生物的高效降解与利用，从而提高了固定床生物滤池的处理效率。3、当使用一段时间后，由于陶粒材料中微生物的生长与繁殖作用达到饱和状态，使孔隙率下降，污水滤过量明显减少时，可将陶粒材料干燥后重新放回到高温烧结炉中，在同等烧结条件下使其再生，从而实现治污材料的循环使用，并且不再产生二次污染物。
具体实施方式
下面结合各实施例，对本发明做详细说明。
在给出实施例之前，先说明本发明中的污泥的概念，污泥，一般是指污水经自然或絮凝作用所产生的固态沉淀物。本专利所涉及的污泥更具体的指向是生物固体污泥，即由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，除含有大量的水分外，还含有无机物、有机物、重金属、病原微生物和寄生虫卵等。其特征是可来源于以下任意一种或多种范围：生活污水经自然沉淀后获得的沉淀物、生活污水经絮凝沉淀作用后获得的沉淀物、工业废水经自然沉淀后获得的沉淀物、工业废水经絮凝沉淀作用后获得的沉淀物、有机物经沼气发酵后排出沼气的发酵尾液经自然沉淀后获得的沉淀物、有机物经沼气发酵作用后经絮凝沉淀作用后获得的沉淀物、天然水体中的沉淀物。上述的各类污泥在本专利中的实际效果是一致的。污泥在应用时一般应该自然风干或者加热干燥，使其水分控制在10-25％左右，以利于工业化生产。
实施例1
以粘土、粉煤灰、沼气发酵尾液沉淀出的污泥(即沼渣或沼泥)为主要原料，以聚丙烯酰胺为辅料。将粘土、粉煤灰烘干或自然风干至含水率≤15％。分别称取：粘土500g，粉煤灰200g，污泥300g，分子量为100万D的聚丙烯酰胺11g。
将粘土、粉煤灰分别粉碎至200目。
将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。
将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在2～100mm。
将球料放在厌氧高温炉中烧结。先升温至100℃，在此条件下脱水干燥90分钟；通入氮气，替代高温炉中的空气，继续升温至400℃，保温60分钟；最后升温至1200℃，烧结20分钟。
烧结好的物料在氮气保护条件下，自然冷却至室温，在粉碎机中粉碎成粒度在2～100mm的球粒或柱粒。
实施例2
以粘土、粉煤灰、污泥为主要原料，以聚丙烯酰胺为辅料。将粘土、粉煤灰烘干或自然风干至含水率≤15％。分别称取：粘土200g，粉煤灰500g，污泥600g，多聚三氯化铁40g。
将粘土、粉煤灰分别粉碎至140目。
将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。
将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在2～100mm。
将球料放在厌氧高温炉中烧结。先升温至150℃，在此条件下脱水干燥80分钟；通入氮气，替代高温炉中的空气，继续升温至450℃，保温50分钟；最后升温至1000℃，烧结30分钟。
烧结好的物料在氮气保护条件下，自然冷却至室温，在粉碎机中粉碎成粒度在2～100mm的球粒或柱粒。
实施例3
以粘土、粉煤灰、污泥(可以是沼渣或沼泥)为主要原料，以聚丙烯酰胺为辅料。将粘土、粉煤灰烘干或自然风干至含水率≤15％。分别称取：粘土400g，粉煤灰300g，污泥500g，多聚三氯化铝65g。
将粘土、粉煤灰分别粉碎至120目。
将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。
将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在2～100mm。
将球料放在厌氧高温炉中烧结。先升温至200℃，在此条件下脱水干燥70分钟；通入氮气，替代高温炉中的空气，继续升温至500℃，保温40分钟；最后升温至800℃，烧结40分钟。
烧结好的物料在氮气保护条件下，自然冷却至室温，在粉碎机中粉碎成粒度在2～100mm的球粒或柱粒。
实施例4
以粘土、粉煤灰、污泥为主要原料，以聚丙烯酰胺为辅料。将粘土、粉煤灰烘干或自然风干至含水率≤15％。分别称取：粘土300g，粉煤灰250g，污泥300g，木炭粉、铝粉、煤粉各25g。
将粘土、粉煤灰分别粉碎至80目。
将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。
将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在2～100mm。
将球料放在厌氧高温炉中烧结。先升温至300℃，在此条件下脱水干燥60分钟；通入氮气，替代高温炉中的空气，继续升温至550℃，保温30分钟；最后升温至700℃，烧结50分钟。
烧结好的物料在氮气保护条件下，自然冷却至室温，在粉碎机中粉碎成粒度在2～100mm的球粒或柱粒。
实施例5
以粘土、粉煤灰、污泥为主要原料，以聚丙烯酰胺为辅料。将粘土、粉煤灰烘干或自然风干至含水率≤15％。分别称取：粘土600g，粉煤灰500g，污泥600g，木炭粉、铝粉、煤粉、多聚三氯化铝、多聚三氯化铁、聚丙烯酰胺各27g。
将粘土、粉煤灰分别粉碎至30目。
将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。
将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在2～100mm。
将球料放在厌氧高温炉中烧结。先升温至300℃，在此条件下脱水干燥30分钟；通入氮气，替代高温炉中的空气，继续升温至600℃，保温10分钟；最后升温至600℃，烧结60分钟。
烧结好的物料在氮气保护条件下，自然冷却至室温，在粉碎机中粉碎成粒度在2～100mm的球粒或柱粒。
实施例6
以粘土、粉煤灰、污泥为主要原料，以多聚三氯化铝为辅料。将粘土、粉煤灰烘干或自然风干至含水率≤15％。分别称取：粘土40Kg，粉煤灰40Kg，沼渣20Kg，多聚三氯化铝6kg。
将粘土、粉煤灰分别粉碎至160目。
将粉碎好的粘土、粉煤灰与多聚三氯化铝粉末及污泥在混合搅拌器中充分混合60分钟。
将混合好的物料放入压球机中制球，直径控制在4.5～5.0cm。将球料放在高温炉中烧结。先升温至250℃，在此条件下脱水干燥30分钟；继续升温至600℃，保温60分钟；最后升温至1000℃，烧结20分钟。
烧结好的物料自然冷却至室温，在粉碎机中粉碎成粒度在2～100mm的球粒或柱粒。
陶粒的应用
筛选不同粒度的陶粒，分为三个等级，将最细者置于下方，最粗者置于上方，构建固定床生物滤器。
将厌氧发酵不完全的沼气发酵尾液(COD800～2000)引入该固定床生物滤器，以0.7m/h的速度通过，即可使该污水的COD将降低至50。
将实施例6中的陶粒构建成固定床生物滤器后，在前述条件下经该滤池，一次可有效处理COD800～2000的沼气发酵尾液4立方米。
陶粒回收利用
回收生物量饱和的陶粒，干燥至含水率≤15％。将粒料放在高温炉中烧结。
过程如下：先升温至250℃，在此条件下脱水干燥30分钟；继续升温至600℃，保温60分钟；最后升温至1000℃，烧结20分钟。至此，即完成一次重复使用。本材料可重复使用15次以上，处理污水的效果基本不下降。
将多次重复使用的陶粒回收、干燥后，在粉碎机中粉碎至160目，可替代粉煤灰重新使用，因此在其生产及使用过程中不产生二次污染。
从以上可以看出本发明的突出的提点和显著的进步是制造的陶粒可以循环易使用，而不会产生由于长期使用造成陶粒的生物量饱和而失效必须做为固体废弃物堆积或者掩埋造成的二次或者多次污染。

Claims (6)

1、一种处理废水的多孔陶粒，其特征在于它是具有粉煤灰、污泥，粘土，辅料，经成型后高温烧结，然后经过打散处理而成的多孔陶粒。
2、按照权利要求1所述的一种处理废水的多孔陶粒，其特征在于所说的各组份的质量比例范围如下：粉煤灰20～50％，污泥20～60％，粘土20～60％，辅料1～10％。
3、按照权利要求1所述的一种处理废水的多孔陶粒，其特征在于所说的辅料可以为下述材料中的任意一种：木炭粉、铝粉、煤粉、多聚三氯化铝、多聚三氯化铁、聚丙烯酰胺。
4、按照权利要求1所述的一种处理废水的多孔陶粒，其特征在于所说的辅料可以为木炭粉、铝粉、煤粉、多聚三氯化铝、多聚三氯化铁、聚丙烯酰胺材料中的任意两种或者以上的组合。
5、按照权利要求1所述的一种处理废水的多孔陶粒的制造方法，其特征在于包含以下过程：
将粘土、粉煤灰自然干燥或烘干，使其中水分含量低于15％
将干燥的粘土和粉煤灰分别粉碎至粒度达到30～200目
将粉碎好的物料混合均匀然后造球或造粒
将上述球料或粒料加入到烧制窑中进行干燥与烧结，温度控制在300℃～1200℃，时间为1～4小时
将烧结后的物料粉碎至粒度2～100mm。
6、按照权利要求5按照权利要求1所述的一种处理废水的多孔陶粒的制造方法，其特征在于所说的干燥与烧结的制造工艺条件为：
在烧制窑中升温至100℃～300℃条件下干燥30～90分钟；
在烧制窑中通入氮气，升温至400℃～600℃，保温10～60分钟；
在烧制窑中600℃～1200℃，烧结20～60分钟；
烧结好的物料在氮气保护条件下，自然冷却至室温；
在粉碎机中粉碎成粒度在2～100mm的颗粒。
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