CN102249403B - 用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料的制备方法，属于环保领域中有关污水处理填料的制备方法。按照下述步骤进行：采取煤矸石与粉煤灰复合物作为原材料，通过破碎，筛分，研磨加工成不规则粒状，然后用含镧系稀土元素的离子液体进行浸泡改性处理，具体条件为常温浸泡，浸泡时间为4-24h，沥干，获得成品。该填料不仅净化效果好、持久耐用，特别是对污水水质成分中等都具有良好的处理效果，而且原材料来源丰富、成本低廉、加工工艺简单。

Description

用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料的制备方法

技术领域

本发明属于环保领域，涉及有关污水处理填料的制备方法，尤其是涉及一种用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料的制备方法。 

背景技术

我国为水资源比较短缺的国家，随着经济的发展，城市化进程的加快，城市缺水问题日趋严重，而城市污水的大量排放，更加重了这一趋势。污水处理是防治水环境污染的重要技术措施之一，污水处理工艺水平的高低将直接影响一个地区的水环境质量。生物滤池和流化床技术是适合中小型点源污水处理与回用的新型生物处理技术；它们以颗粒填料为生物膜载体, 同时, 填料床又兼具过滤截留和固液分离的功能, 填料性能对其处理效能、工程造价及运行费用影响较大，因此，填料特性研究是生物滤池和流化床技术的核心问题之一。 

前期对以陶粒为填料的曝气生物滤池用于污水处理的一般性能研究表明，生物滤池技术对污水水质成分中COD、NH₄ ⁺、浊度、SS等具有良好的处理效果，去除率分别可达88.4%、93.7%、91.6%和94.2%，但是对总氮(TN)的去除率不高（平均仅为54.5%）。进一步选择粉碎后的煤矸石与粉煤灰复合物作为填料，试验表明，虽然被粉碎的煤矸石与粉煤灰复合物是一种相对较好的曝气生物滤池填料，但是对COD、SS以及浊度改善较陶粒没有太大差别，而且对TP的去除率很低。 

镧系稀土元素在低浓度下对微生物有很好的促进作用，特别是对硝化细菌、反硝化细菌、解磷菌等效果突出。 

离子液体( Ionic liquids, ILs) , 又称室温离子液体( Room temperature ionic liquids, RTIL) , 是指在室温及相邻温度下完全由离子组成的有机液体物质。具有无蒸气压、可取代挥发性有机溶剂、可循环使用等独特性质；在化学反应中作反应介质或作为催化剂；在电化学中作电解质等。离子液体具有不挥发、不易燃、导电、催化等特性，可替代传统的污染介质并广泛改变传统的化学工艺，符合绿色化学的原则，因而被称为绿色溶剂。自上世纪90年代以来离子液体引起人们极大关注，被公认为绿色化学化工的新一代介质/材料，将形成一次新的产业技术革命。离子液体无味、无恶臭、无污染、不易燃、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。适合于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，已经越来越被人们广泛认可和接受。 

发明内容

为了能获得一种净化效果好、购置成本低、持久耐用的，特别是对污水水质成分中COD、NH₄ ⁺、TN、TP、SS等都具有良好的处理效果的填料，人们做了大量的研究开发工作。 

本发明用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料的技术方案如下： 

用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料的制备方法，按照下述步骤进行：采取煤矸石与粉煤灰复合物作为原材料，通过破碎，筛分，研磨加工成不规则粒状，然后用含镧系稀土元素的离子液体进行浸泡改性处理，具体条件为常温浸泡，浸泡时间为4-24 h，沥干，获得成品。

其中所述的煤矸石与粉煤灰复合物中两者的质量比例为10-30:90-70；加工成不规则粒状后使得Φ=5-100 mm； 

其中所述的离子液体为咪唑型离子液体、吡啶型离子液体、哌啶型离子液体或吡咯烷型离子液体。

其中所述用含镧系稀土元素的离子液体进行浸泡改性处理，具体处理为加镧系稀土元素至处理系统终浓度为0.001-0.1 mol/L、离子液体终浓度为0.001-0.01 mol/L。 

本发明提供了一种用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料及其制备方法，该填料不仅净化效果好、持久耐用，特别是对污水水质成分中COD、NH₄ ⁺、TN、TP、SS等都具有良好的处理效果，而且原材料来源丰富、成本低廉、加工工艺简单。 

具体实施方式

实施实例1：

选采煤矸石与粉煤灰复合物（煤矸石与粉煤灰复合物中两者的质量比例为20:80），破碎，筛分，研磨获得不规则颗粒（Φ=5-50 mm）；然后用用含低浓度镧系稀土元素LaCl3的咪唑型离子液体-1-丁基-3-甲基咪唑氯代盐（[Bmin]Cl）常温浸泡改性处理（处理系统中镧系稀土元素终浓度为0.05 mol/L，离子液体终浓度为0.01 mol/L, 浸泡时间为6 h.），沥干，获得成品。

实施实例2：

选采煤矸石与粉煤灰复合物（煤矸石与粉煤灰复合物中两者的质量比例为30:70），破碎，筛分，研磨获得不规则颗粒（Φ=10-100 mm）；然后用用含低浓度镧系稀土元素LaCl3的吡啶型离子液体-溴化 N-乙基吡啶（N -ethylpyridinium bromide）常温浸泡改性处理（处理系统中镧系稀土元素终浓度为0.1 mol/L，离子液体终浓度为0.005 mol/L, 浸泡时间为12 h.），沥干，获得成品。

实施实例3：

选采煤矸石与粉煤灰复合物（煤矸石与粉煤灰复合物中两者的质量比例为10:90），破碎，筛分，研磨获得不规则颗粒（Φ=5-100 mm）；然后用用含低浓度镧系稀土元素LaCl3的哌啶咪唑型离子液体-溴化N-甲基,乙基哌啶（N- ethyl -methyl pipe）常温浸泡改性处理（处理系统中镧系稀土元素终浓度为0.001 mol/L，离子液体终浓度为0.001 mol/L, 浸泡时间为24 h.），沥干，获得成品。

试验例1：本发明实施实例1改性煤矸石与粉煤灰复合填料与煤矸石与粉煤灰复合填料污水处理效果 

将实施实例1中制备的改性煤矸石与粉煤灰复合填料与未用含低浓度镧系稀土元素的离子液体进行改性处理的煤矸石与粉煤灰复合填料进行污水处理，检测其污水处理效果（表1，表2）。

试验例2：本发明实施实例2改性煤矸石与粉煤灰复合填料与煤矸石与粉煤灰复合填料填料污水处理效果 

将实施实例2中制备的改性煤矸石与粉煤灰复合填料与未用含低浓度镧系稀土元素的离子液体进行改性处理的煤矸石与粉煤灰复合填料进行污水处理，检测其污水处理效果（表1，表3）。

试验例3：本发明实施实例3改性煤矸石与粉煤灰复合填料与煤矸石与粉煤灰复合填料污水处理效果 

将实施实例3中制备的改性煤矸石与粉煤灰复合填料与未用含低浓度镧系稀土元素的离子液体进行改性处理的煤矸石与粉煤灰复合填料进行污水处理，检测其污水处理效果（表1，表4）。

试验装置采用同尺寸上向流有机玻璃曝气生物滤池, 单池直径150 mm, 高2.5 m, 填料填装高度1.8 m。实验用水为生活污水。实验期间水温为15~ 30℃ , 气水比5：1。设计最大水头1.2 m, 实际运行时水头损失达到1 m即进行反冲洗, 按气-气+ 水-水的程序进行气水联合反冲洗, 时间依次为2~ 3 min, 3~ 5 min, 9~11 min；冲洗气强度10 L /( m²·s ), 水强度10 L /(m²·s)。 COD、氨氮、TN、TP等指标的测定均按标准方法进行, 采样频率为每个稳定状态至少取样3次。 SS因测定比较繁琐, 且在低质量浓度时准确性差, 故采用浊度表征。  

表1 煤矸石与粉煤灰复合填料对生活污水处理效能

 

表2 含低浓度镧系稀土元素的咪唑型离子液体改性煤矸石与粉煤灰复合填料对生活污水处理效能

表3 含低浓度镧系稀土元素的吡啶型离子液体改性煤矸石与粉煤灰复合填料对生活污水处理效能

表4 含低浓度镧系稀土元素的哌啶型离子液体改性煤矸石与粉煤灰复合填料对生活污水处理效能

以上试验结果表明，改性后的煤矸石与粉煤灰复合填料污水处理效果比煤矸石与粉煤灰复合填料污水处理效果好得多。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这也应视为属于本发明的保护范围。 

Claims (1)

1.用于污水净化的改性煤矸石与粉煤灰复合填料的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：采取煤矸石与粉煤灰复合物作为原材料，通过破碎，筛分，研磨加工成不规则粒状，然后用含镧元素的离子液体进行浸泡改性处理，具体条件为常温浸泡，浸泡时间为4-24 h，沥干，获得成品；其中所述的离子液体为咪唑型离子液体、吡啶型离子液体、哌啶型离子液体或吡咯烷型离子液体，离子液体终浓度为0.001-0.01 mol/L；

其中所述的煤矸石与粉煤灰复合物中两者的质量比例为10-30:90-70；加工成不规则粒状后使得Φ=5-100 mm；

其中所述用含镧元素的离子液体进行浸泡改性处理，具体处理为加镧元素至处理系统使镧元素终浓度为0.001-0.1 mol/L。