CN103172164B - 一种曝气片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝气片及其制备方法，属于水处理技术领域。该曝气片是由骨料颗粒和憎水粘结剂粘结而成，相邻的所述骨料颗粒之间形成气体分子能够通过且液态水分子不能透过的孔隙。该曝气片的制备方法不需要高温烧结，只需将包覆憎水粘结剂的骨料颗粒倒入成型模具，5-120℃放置1-48小时固化成型脱模即可得到所述曝气片。该曝气片解决了现有曝气片的孔径较难控制导致曝气效果差、污水易进入布气管道的问题的技术问题。同时，该曝气片的制备方法解决了现有曝气片能耗高，环境污染严重的问题。

Description

一种曝气片及其制备方法

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种曝气片及其制备方法。

背景技术

水处理好氧工艺中，常采用微孔曝气器向水中供氧，以满足好氧工艺对氧的需求。目前，污水处理常见的微孔曝气器采用膜片式微孔曝气器，其中，曝气片一般有橡胶膜片和陶瓷、刚玉微孔曝气片两种。橡胶膜片开设有许多开闭式的微孔，通气时，压力气源通过管路进入曝气器的基座内，在空气压力的作用下，橡胶膜片微微向上鼓起，并扩张橡胶膜片上的微孔，气体从微孔中通过形成小气泡，而向污水处理池中提供溶解氧，以进行生化处理；停止供气时，橡胶膜片上的微孔逐渐闭合，从而防止污水中的污泥回流至曝气器内。在实际应用中，随着时间的推移，橡胶容易老化、硬化，膜片上的微孔孔径会逐渐扩大，致使产生的气泡变大，而其自动闭合的性能也会变差，气孔增大后，污水的污泥就会容易进入到曝气管内，堵塞气源管道，影响整个曝气器的正常工作。而陶瓷、刚玉微孔曝气器主要以刚玉、高温溶剂和粘接剂为原料，经压制成型、高温烧结而成，具有耐腐蚀和酸碱，不易老化，使用寿命长等优点。但其为了防止水回流至曝气器内，曝气片的孔隙率小，曝气效果较差，同时风机阻力大，后期运行电费高，停运的时候，污水易进入布气管道，易破碎等。

为解决上述问题，中国专利CN1958464A公开了一种石英微孔曝气器，所述曝气片采用石英砂、高温溶剂和粘接剂为原料，按照一定的比例混合均匀后，压制成坯，最后在900-1300度高温煅烧而成。所制得的曝气片弥补了市场上硅质曝气器的空白，具有曝气效果好，污水净化质量高，耐腐蚀和酸碱性强，使用寿命长等优点。但是，该曝气片有以下缺点：1.由于通过石英砂和粘结剂粘接后经高温烧结而成，其孔径较难控制，应用时，若曝气片孔径过大则而污水易进入布气管道，该专利中，为了防止污水进入布气管道，专门在进气管道上设置了一个单向通气阀，这样就增加了曝气系统施工的成本；而孔径过小则导致风机阻力大，曝气效果差；2.该曝气片需要经过900-1300度高温煅烧，其制作工艺复杂，生产周期较长，能耗较高，煅烧生成大量的有害气体，造成环境污染；并且经过高温烧结的曝气片孔隙率会降低，曝气效果变差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有曝气片的孔径较难控制导致曝气效果差、污水易进入布气管道的问题，进而提供一种曝气效果好，污水不易进入管道的曝气片，同时提供一种能耗低，环境污染小的曝气片的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种曝气片，其由骨料颗粒和憎水粘结剂粘结而成，相邻的所述骨料颗粒之间形成气体分子能够通过且液态水分子不能透过的孔隙。

上述曝气片中，所述相邻骨料颗粒之间形成的孔隙的孔径为0.001-0.5mm。

上述曝气片中，所述憎水粘结剂为所述骨料颗粒的1-8wt%。

上述曝气片中，所述骨料颗粒为石英砂、矿渣、陶粒或玻璃微珠中的一种或其中几种的混合物；所述骨料颗粒的粒径为0.0065-2mm。

上述曝气片中，所述憎水粘结剂为含氟环氧树脂粘结剂、含硅环氧树脂粘结剂、有机硅粘结剂、聚氨脂、聚脂树脂及酚醛树脂中的一种或其中几种的混合物。

上述曝气片中，所述骨料颗粒上包覆有疏水性物质，所述疏水性物质为所述骨料颗粒的1-8wt%。

上述曝气片中，所述的疏水性物质为包覆在所述骨料颗粒上的疏水性树脂膜，所述疏水性树脂膜为由疏水性环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂及硅树脂中的一种或多种形成的膜。

本发明同时公开一种制备上述曝气片的方法，包括以下步骤：

a．将骨料颗粒与憎水粘结剂混合后倒入搅拌机搅拌均匀；

b．将包覆憎水粘结剂的骨料颗粒倒入成型模具；

c．5-120℃放置1-48小时固化成型脱模即可得到所述曝气片。

优选的，在步骤a之前将所述骨料颗粒上包覆疏水性物质。

步骤c所述的固化成型条件为常温下放置24小时。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明的曝气片是由骨料颗粒和憎水粘结剂粘结而成，由于憎水粘结剂本身具有排斥水的作用，该曝气片相比于现有普通粘结剂粘接而成的曝气片能够实现透气不透水，停止运行后，污水不会进入曝气管道中，不存在堵塞的危险。

（2）本发明的曝气片应用石英砂、矿渣、陶粒或玻璃微珠作为骨料颗粒，曝气片的骨料颗粒的粒径在0.0065-2mm之间，憎水粘结剂占骨料颗粒的质量百分比为1-8%之间，可以保证该曝气片在4m的水底内不透水；同时，经过GB/T2997-2000的试验方法测得本发明的曝气片的真气孔率在55-80%。同时，参照《曝气设备充氧性能测试装置及实验研究》[J].青岛理工大学学报，2007,3（28）：54-57的实验方法测试本发明的曝气片的曝气效果得到如表1所示的结果，通过表1的结果表明，该曝气片相比普通烧结的曝气片的阻力降低，充氧能力提高，氧利用率提高，因此曝气效果较好。

其中，技术参数为：曝气器直径215mm，厚度15mm，水深4米；

表1

气量（m3/h.）	1	2	3
				阻力（Pa）	1100	1240	1320
充氧能力（kg/h）	0.274	0.363	0.426
				氧利用率（%）	37.383	34.285	30.833

（3）该曝气片采用免烧结制备技术，生产成本较低。由于不需要经过高温烧结，其成型工艺简单，制备周期短，能耗较低，节能环保，可大规模生产。并且，这种制备方法其避免了高温烧结后曝气片的孔隙率降低的问题，能够确保曝气效果。

具体实施方式

实施例1

本发明的曝气片包括骨料颗粒以及包覆于骨料颗粒的憎水粘结剂，相邻的所述骨料颗粒之间形成气体分子能够通过且液态水分子不能透过的孔隙，所述孔隙的孔径为0.001-0.5mm。

本实施例中的所述骨料颗粒为石英砂和矿渣以重量比5:1混合物，所述石英砂的粒径为0.0065-1mm，矿渣的粒径为0.016-2mm。所述憎水粘结剂为双酚A型饱和聚酯树脂，所述憎水粘结剂占骨料颗粒的质量百分比为1%。

所述曝气片是通过下述方法制得:

a．将骨料颗粒与聚酯树脂双酚A型饱和聚酯树脂按重量比100:1混合后倒入搅拌机搅拌均匀；

b．将粘接有所述憎水粘结剂的骨料颗粒倒入成型模具；

c．在5℃放置48小时固化成型后脱模即可得到所述曝气片。

实施例2

本实施例与实施例1的曝气片结构基本一致，其区别点在于：

构成的所述曝气片的骨料颗粒上包覆有一层疏水性聚四氟乙烯。所述骨料颗粒为石英砂和陶粒以重量比4:2混合物，所述石英砂的粒径为0.65-2mm，陶粒的粒径为0.036-0.45mm。所述疏水性聚四氟乙烯为骨料颗粒的8wt%。

所述疏水性聚四氟乙烯涂覆于所述骨料颗粒上的方法为：

1）将疏水性聚四氟乙烯加热至熔融状态；

2）将骨料颗粒加热至210℃时，加入所述疏水性聚四氟乙烯，30秒搅拌混匀，使所述疏水性聚四氟乙烯均匀分散于所述骨料颗粒表面；

3）将六次甲基四胺固化剂（占骨料颗粒的0.015wt%）加入上述制备得到的混合物中，搅拌混匀，固化60秒；

4）将氧化聚乙烯蜡润滑剂（占骨料颗粒的0.009wt%）加入固化好的混合物中，搅拌均匀，冷却，过筛，即得。

所述憎水粘结剂为酚醛树脂松香改性酚醛树脂，所述憎水粘结剂占骨料颗粒的质量百分比为8%。

所述曝气片是通过下述方法制得:

a．将包覆有疏水性聚四氟乙烯的骨料颗粒与所述憎水粘结剂按重量比25:2混合后倒入搅拌机搅拌均匀；

b．将粘接有所述憎水粘结剂的骨料颗粒倒入成型模具；

c．在常温下放置24小时固化成型后脱模即可得到所述曝气片。

实施例3

本实施例中，组成所述曝气片的所述骨料颗粒由陶粒和玻璃微珠以重量比2:1混合而成，所述陶粒的粒径为0.075-0.6mm，所述玻璃微珠的粒径为0.04-0.15mm。所述曝气片包括骨料颗粒以及设置于骨料颗粒之间的憎水粘结剂，相邻的所述骨料颗粒之间孔隙的孔径为0.1-0.3mm。

其中，所述憎水粘结剂为含氟环氧树脂粘结剂2,2-双酚基六氟丙烷二缩水甘油醚，所述憎水粘结剂占骨料颗粒的质量百分比为4%。

所述曝气片是通过下述方法制得:

a．将骨料颗粒与所述憎水粘结剂按25:1后倒入搅拌机搅拌均匀；

b．将粘接有所述憎水粘结剂的骨料颗粒倒入成型模具；

c．在50℃放置10小时固化成型后脱模即可得到所述曝气片。

实施例4

本实施例中，构成曝气片的骨料颗粒上包覆有疏水性酚醛树脂膜，所述骨料颗粒为石英砂和玻璃微珠以重量比5:1混合物，所述石英砂的粒径为0.075-0.3mm，玻璃微珠的粒径为0.04-0.15mm。所述疏水性酚醛树脂为骨料颗粒的1wt%。所述疏水性酚醛树脂是由马来酸酐与乙烯基磺酸钠共聚制得。

所述酚醛树脂涂覆于所述骨料颗粒上的方法为：

1）将酚醛树脂加热至熔融状态；

2）将骨料颗粒加热至220℃时，加入所述酚醛树脂，60秒搅拌混匀，使所述酚醛树脂均匀分散于所述骨料颗粒表面；

3）将脂肪族胺固化剂（占骨料颗粒的10wt%）加入上述制备得到的混合物中，搅拌混匀，固化120秒；

4）将硬脂酸酰胺润滑剂（占骨料颗粒的1.25wt%）加入固化好的混合物中，搅拌均匀，冷却，过筛，即得。

所述憎水粘结剂为酚醛树脂松香改性酚醛树脂，所述憎水粘结剂占骨料颗粒的质量百分比为5%。

所述曝气片是通过下述方法制得:

a．将包覆有酚醛树脂的骨料颗粒与所述憎水粘结剂按重量比为20:1混合后倒入搅拌机搅拌均匀；

b．将粘接有憎水粘结剂的骨料颗粒倒入成型模具；

c．在120℃放置1小时固化成型后脱模即可得到所述曝气片。

本发明的所述的骨料颗粒的大小在筛选时无法而且不必统一到一个粒径尺寸；因此，只要在上述粒径范围之内比如骨料颗粒的粒径为0.0085mm、0.01mm、0.05mm、0.2mm、0.4mm、1.5mm等均属于本发明的保护范围。

作为本发明可替换的方式，所述憎水粘结剂还可以为含硅环氧树脂粘结剂、有机硅粘结剂、聚氨脂中的一种或其中几种的混合物。

所述骨料颗粒上包覆的疏水性树脂膜还可以为由疏水性环氧树脂、聚氨酯树脂及硅树脂中的一种或多种形成的膜。所述疏水性物质为所述骨料颗粒的2wt%、2.5wt%、3wt%、6wt%、7wt%均可。

较佳地，所述疏水性环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚酰胺树脂改性环氧树脂、聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂、丁腈橡胶改性环氧树脂、酚醛树脂改性环氧树脂、聚酯树脂改性环氧树脂、尿醛三聚氰胺树脂改性环氧树脂、糠醛树脂改性环氧树脂、乙烯树脂改性环氧树脂、异氰酸酯改性环氧树脂或硅树脂改性环氧树脂中的一种或多种；所述疏水性酚醛树脂为二甲苯改性酚醛树脂、环氧树脂改性酚醛树脂或有机硅改性酚醛树脂中的一种或多种。

并且，如以上所述的疏水性树脂可以通过如下的方法改性而获得，具体改性方法为：

将环氧树脂，如邻苯二甲酸酐或马来酸酐，与油溶性的单体共聚，所述油溶性的单体为：丙烯酸烷基酯，甲基丙烯酸烷基酯，乙基丙烯酸、醋酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、乙烯基磺酸钠、甲基乙烯基醚、甲基烯丙基醚、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基丙酯、丙烯酸二乙氨基丙酯、丙烯酸二甲氨基丁酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯中的任一种。

或者，也可以将环氧树脂接枝改性，形成接枝聚合物；将环氧树脂的亲水性基团，如羟基，与疏水的功能单体发生反应，将其接起来；疏水性的功能单体为：苯甲醛，烷基苯甲醛（一大类），利用羟基与醛基的反应。

或者，也可以将环氧树脂进行取代反应，在光照的催化反应下，用氯气参与取代反应，将卤素接到环氧树脂上面，以改善疏水性能。

另外，所述疏水性树脂膜中可以加入有固化剂，并且，对于不同的树脂加入不同的固化剂，其中，固化剂的选择具体如下：

对于缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚酰胺树脂改性环氧树脂、聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂、丁腈橡胶改性环氧树脂、酚醛树脂改性环氧树脂、聚酯树脂改性环氧树脂、尿醛三聚氰胺树脂改性环氧树脂、糠醛树脂改性环氧树脂、乙烯树脂改性环氧树脂、异氰酸酯改性环氧树脂或硅树脂改性环氧树脂，较佳的固化剂为脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、叔胺中的任一种或几种；

对于二甲苯改性酚醛树脂、环氧树脂改性酚醛树脂或有机硅改性酚醛树脂，较佳的固化剂为六次甲基四胺；

对于有机硅树脂而言，较佳的固化剂为二丁基二月桂酸锡或N，N，N'，N'一四甲基胍盐中的任一种或几种；

对于疏水性聚氨酯树脂，其固化剂为TDI和TMP的加成物，TDI和含羟基组份的预聚物及单组份潮气固化剂、TDI的三聚体。

对于不饱和聚酯(对苯二甲酸与乙二醇的聚合物)，常温时所加入的固化剂为过氧化酮和环烷酸钴；加热时所加入的固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸酯、二烷基过氧化物、过氧化辛酸叔己酯和过氧化二碳酸双酯中的一种或几种。

并且，所述的疏水性物质还可以为聚四氟乙烯、植物油、硅铜、硅氧烷、烃以及共聚合聚偏氯乙烯中的任意一种或其组合。较佳地，所述烃包括石蜡、煤油、柴油、原油、石油馏出物、溶剂油及脂族溶剂中的任意一种或其组合。

其中，所述疏水性物质为涂覆于所述骨料颗粒上，并且将所述疏水性物质涂覆于所述骨料颗粒上的方法为喷雾、浸渍或浸泡骨料颗粒于疏水性物质的液体溶液中以化学涂覆骨料颗粒；或者为应用疏水性物质的薄膜片材涂覆到骨料颗粒中；或者为将加热的骨料颗粒放置于疏水性物质中，熔融疏水性物质到骨料颗粒；或者为电镀、等离子喷涂、溅射、流化及粉末涂覆的方式将疏水性物质涂覆到骨料颗粒上。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种制备曝气片的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

a．将骨料颗粒上包覆疏水性物质，将包覆有疏水性物质的骨料颗粒与憎水粘结剂混合后倒入搅拌机搅拌均匀；

b．将包覆憎水粘结剂的骨料颗粒倒入成型模具；

c．5-120℃放置1-48小时固化成型脱模即可得到曝气片，所述曝气片中相邻的所述骨料颗粒之间形成气体分子能够通过且液态水分子不能透过的孔隙。

2.根据权利要求1所述的制备曝气片的方法，其特征在于：

步骤c所述的固化成型条件为常温下放置24小时。

3.根据权利要求2所述的制备曝气片的方法，其特征在于：

所述相邻骨料颗粒之间形成的孔隙的孔径为0.001-0.5mm。

4.根据权利要求3所述的制备曝气片的方法，其特征在于：

所述憎水粘结剂为所述骨料颗粒的1-8wt%。

5.根据权利要求1所述的制备曝气片的方法，其特征在于：

所述骨料颗粒为石英砂、矿渣、陶粒或玻璃微珠中的一种或其中几种的混合物；所述骨料颗粒的粒径为0.0065-2mm。

6.根据权利要求1所述的制备曝气片的方法，其特征在于：

所述憎水粘结剂为含氟环氧树脂粘结剂、含硅环氧树脂粘结剂、有机硅粘结剂、聚氨脂、聚脂树脂及酚醛树脂中的一种或其中几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的制备曝气片的方法，其特征在于：

所述疏水性物质为所述骨料颗粒的1-8wt%。

8.根据权利要求7所述的制备曝气片的方法，其特征在于：

所述的疏水性物质为包覆在所述骨料颗粒上的疏水性树脂膜，所述疏水性树脂膜为由疏水性环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂及硅树脂中的一种或多种形成的膜。