CN103304241A

CN103304241A - 水处理用悬浮陶粒滤料及其生产方法

Info

Publication number: CN103304241A
Application number: CN2013102390445A
Authority: CN
Inventors: 陆少鸣; 杨立
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开水处理悬浮陶粒滤料及其生产方法。该方法采用页岩为原料，经过破碎机破碎、烘干、球磨机制粉、转盘造粒机造粒后，在回转窑中烧制18～22min，烧制温度为1100～1300℃；出炉陶粒经过自然冷却后进行筛分，选择8～12mm粒径，然后在水池内维持3～5L/(m².s)曝气强度下浮选，得到漂浮陶粒；其水浸润后颗粒密度为0.9～1.1g/cm³；页岩陶粒表面亲水，粗糙多孔，易挂膜且生物膜不易脱落，比表面积较大，机械强度较高的特点，使其拥有悬浮填料不易板结、布水布气均匀、过滤水头损失小、质量轻易冲洗的优势，适合作为污水生物处理以及微污染水源给水生物处理的生物膜载体。

Description

水处理用悬浮陶粒滤料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种水处理用填料，特别涉及一种水处理用的悬浮陶粒滤料及其生产方法，属于水处理技术领域。

背景技术

粘土陶粒是一种多孔性轻质材料，具有较大的比表面积，空隙率高，稳定性好，不含对人体有害成分，价格便宜，近年来广泛应用于水处理中，作为物化处理的过滤介质以及生化处理的微生物载体。尤其在曝气生物滤池中，是目前应用最多的一种滤料。采用陶粒滤料进行生物处理时，为了提高生物处理的效率，曝气生物滤池的滤料厚度一般选择3m以上，但是由于粘土陶粒比重较大，正常的气水冲洗强度难以将滤料层2m以上的陶粒冲洗至膨胀状态，更难以使其流化。因此，当含有惰性泥沙的原水进入滤池后，一部分颗粒较大的惰性泥沙逐渐在陶粒滤料下层中积累，过滤水头损失也随之缓慢升高，滤池的截滤SS的能力也相应加强。可见粘土陶粒生物滤池过滤水头损失存在逐步加快增大的倾向。同时，截留的惰性物质难以通过反冲洗将其全部去除，长时间的运行下可能导致滤池底部滤料逐步积泥板结，布水布气的均匀性难以保证，净水效果逐渐下降。

与粘土陶粒固定床相比，挂膜后的悬浮填料密度接近于水，借助曝气在水中处于流化状态，在气流、水流的冲刷作用下老化生物膜能及时脱落，保证膜的活性。但是目前采用的悬浮填料均采用塑料材质，表面疏水，生物挂膜不够牢固，反冲洗时生物膜易脱落。用于污水处理时，由于塑料悬浮填料比表面积较小，生物量较少，不足以单独完成生物净化，通常与活性污泥法配合使用；而在在给水生物预处理工艺中，原水的污染程度往往呈季节性变化，一些时段原水污染轻微，水中溶解氧充足，无需供氧，但是为了保持塑料悬浮填料的流化状态，仍需要较大的曝气强度，否则悬浮填料或是漂浮水面，或是沉至池底，不能与水流全面混合接触，故运行能耗较大。

发明内容

针对粘土陶粒和塑料悬浮填料的缺点，本发明提供一种在较低曝气强度下即能处于微膨胀乃至流化状态，在水中的密度与水相近，亲水性强，比表面积较大的水处理用悬浮陶粒滤料及其生产方法。

本发明将页岩陶粒与悬浮滤料的特点相结合，制备的悬浮陶粒滤料，在水中的密度与水相近，绝大部分处于液面下悬浮或沉底，在较低曝气强度下即能处于微膨胀乃至流化状态，不易板结，过滤水头损失小；该悬浮陶粒滤料外形近似球状颗粒，质量轻，易冲洗，对水流阻力小，布水布气均匀；该悬浮陶粒滤料表面带有正电荷，亲水性强；粗糙多孔，比表面积较大，冲洗时表层生物膜不易脱落；该悬浮陶粒滤料机械强度高，内外均匀一致，使用寿命长。

本专利的目的可以通过以下措施实现：

水处理用悬浮陶粒滤料的生产方法：采用页岩为原料，经过破碎机破碎、烘干、球磨机制粉、转盘造粒机造粒后，在回转窑中烧制18～22min，烧制温度为1100～1300℃；出炉陶粒经过自然冷却后进行筛分，选择8～12mm粒径，然后在水池内维持3～5L/(m².s)曝气强度下浮选得到漂浮陶粒；即为水处理用悬浮陶粒滤料。

优选地，所述破碎机破碎至粒径5～20mm。所述烘干是在在干燥箱中100℃条件下干燥4～6小时。所述球磨机制粉后将页岩粉进行筛分，粒度控制在100目至180目。所述转盘造粒机造粒的粒径范围是5～15mm。

一种水处理用悬浮陶粒滤料，由上述生产方法制得，其表观密度为0.75～0.95g/cm³，堆积密度为0.4～0.6g/cm³，水浸润后颗粒密度为0.9～1.1g/cm³；陶粒表面带有正电荷，按堆积体积计算，比表面积为3×10⁴～7×10⁴m²/m³，筒压强度≥3Mpa，空隙率为25-30%。

本发明与粘土陶粒、破碎页岩陶粒以及塑料悬浮填料相比，具有如下优点和有益效果：

1、与粘土陶粒相比，悬浮陶粒的水浸润颗粒密度与水的密度十分接近，在较低曝气强度下即能处于微膨胀乃至流化状态，不易板结，过滤水头损失小，仅需要气冲洗即可实现生物滤池的冲洗目标，而且需要气冲洗强度比粘土陶粒生物滤池降低1/3～1/2，运行节能降耗。而且悬浮页岩陶粒质地比较均匀，机械强度高，内外均匀一致，破碎率与磨损率较低。

2、与破碎页岩陶粒相比，悬浮陶粒外形近似球形颗粒，孔隙率较大，布水布气均匀，对SS的截滤作用大幅度下降，水头损失小且增长缓慢，可以大幅度提高滤速，利于生物滤池回流，冲洗能耗大幅降低，占地减少。球形悬浮陶粒选择8～12mm粒径，也易于在出水堰设置滤网拦截，防止滤料流失，从而实现悬浮陶粒微膨胀乃至流化运行。

3、与塑料悬浮填料相比，悬浮陶粒表面带有正电荷，亲水性强，粗糙多孔，比表面积较大，冲洗时在流化状态下气、水对陶粒表面生物膜的冲刷作用加强，其表层生物膜不易脱落，可以促使老生物膜的脱落以及保持新生物膜的厚度，加强生物活性，能有效保证生化效率。

附图说明

图1为实施例1所得水处理悬浮陶粒表面电镜图；

图2为实施例1所得水处理悬浮陶粒剖面电镜图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

步骤1，初期页岩陶粒的生产。选取页岩为原料，页岩矿物质组主要是伊利石、蒙脱石、高岭石、石英，主要成分：Si0₂含量为57.7%，A1₂O₃含量为18.4%，Fe₂O₃含量为7.2%，CaO含量为2.6%。将页岩破碎至粒径5～20mm，在干燥箱中100℃干燥6小时，投入球磨机中进行充分磨粉，进行筛分，控制粒度范围100～180目，送至转盘造粒机造粒成型，滤料原胚的粒径为5～15mm；经回转窑烧制22min，烧制温度1200℃，出炉陶粒经过自然冷却得到初期的页岩陶粒产品；所得页岩陶粒水浸润颗粒密度＜0.9g/cm³的比例为2％，能够保证95%以上陶粒在水中位于液面下悬浮或沉底。因此，关键在于控制页岩陶粒的水浸润颗粒密度≤1.1g/cm³。

步骤2，将步骤1所得页岩陶粒进行筛分，选择8～12mm粒径，投入水池进行浮选；边向池内输送陶粒边补水，维持池内3～4L/(m².s)曝气强度，随出水流出池外的漂浮陶粒即为合格产品，存留池内的陶粒由于水浸润颗粒密度过大，定时从底部排出，作为其它用途。浮选所得水处理悬浮陶粒占总陶粒的百分比为85%。

按照水处理用人工陶粒滤料标准CJT 299-2008提供的检测方法进行检测，所得页岩陶粒主要技术指标为：表观密度在0.75～0.95g/cm³范围，堆积密度0.4～0.6g/cm³，长期浸入池中的水浸润颗粒密度0.9～1.1g/cm³；比表面积≥3×10⁴m²/m³（按堆积体积计算），空隙率30%；筒压强度为3MPa，内外均匀一致，破碎率与磨损率之和约2％。在5m水深范围内，吸水率在3%～5%范围内变化。

选择实施例中样品进行电镜观察。从附图1可以看出本发明悬浮陶粒外形近似圆形，表面粗糙多孔，亲水性好易挂膜，有利于微生物固着生长，且冲洗时表层生物膜不易脱落。附图2是水处理悬浮陶粒剖面电镜图，可以看出，本实施例悬浮陶粒内部密存在大量的闭气孔，类似蜂窝结构，与陶粒表面不连通，闭气孔四周的薄岩质层具有有一定的透水性，在水压作用下，少量的水会进入闭气孔，闭气孔内的气体受到压缩，直至压力达到平衡，停止向闭气孔渗水。因此，长时间浸润在水中不同深度时，其吸水率有所不同，在5m水深范围内，吸水率在3%～5%范围变化。因此，运用本实施例悬浮陶粒进行水处理时，绝大部分处于液面下悬浮或沉底，在较低曝气强度下即能处于微膨胀乃至流化状态。

悬浮陶粒滤料在水中不同曝气强度下的状态：正常进水状态，当气水比为0时，陶粒层基本处于静止分层状态，一部分浸润密度小于等于1的浮在上层，并且由于密度基本接近于1，浮力很小，只有小部分（约5%）被挤压至水面以上，密度大于1的则沉淀在下层，处于微膨胀状态，上下层陶粒之间有一定反冲洗空间；当气水比为0.5时，由于气体的搅动，下层的小部分陶粒开始随气体往上浮，同时上层陶粒受挤压下落，但是二者运动并不剧烈；气水比为1时，上、下层陶粒开始较大幅度上、下流动，陶粒之间的摩擦增大；当处于气冲洗状态，整个陶粒层全池流化。

实施例2

步骤1，选取页岩为原料，将页岩破碎至粒径5～20mm，在干燥箱中100℃干燥6小时，投入球磨机中进行磨粉，然后筛分，控制粒度范围100～180目，送至转盘造粒机造粒成型，得到滤料原胚的粒径为5～15mm；经回转窑烧制20min，烧制温度1300℃，出炉陶粒经过自然冷却得到初期页岩陶粒产品；所得页岩陶粒水浸润颗粒密度＜0.9g/cm³的比例为1.4％。

步骤2，将步骤1所得陶粒进行筛分，选择8～12mm粒径，投入水池进行浮选；边向池内输送陶粒边补水，维持池内4～5L/(m².s)曝气强度，随出水流出池外的漂浮陶粒即为合格产品，存留池内的陶粒由于水浸润颗粒密度过大，不符合本发明的标准，定时从底部排出，作为其它用途。浮选所得水处理悬浮陶粒占总陶粒的百分比为90%。

按照水处理用人工陶粒滤料标准CJT 299-2008提供的检测方法进行检测，所得页岩陶粒主要技术指标为：表观密度在0.75～0.95g/cm³范围，堆积密度0.4～0.6g/cm³，长期浸入池中的水浸润颗粒密度0.9～1.1g/cm³；比表面积≥3×10⁴m2/m³（按堆积体积计算），空隙率30%；筒压强度为3MPa，内外均匀一致，破碎率与磨损率之和约2％。在5m水深范围内，吸水率3%～5%

实施例3

步骤1，选取合适页岩为原料，将页岩破碎至粒径5～20mm，在干燥箱中100℃干燥6小时，投入球磨机中进行磨粉，然后筛分，控制粒度范围100～180目，送至转盘造粒机造粒成型，得到滤料原胚的粒径为5～15mm；经回转窑烧制18min，烧制温度1300℃，出炉陶粒经过自然冷却得到初期页岩陶粒产品；所得页岩陶粒水浸润颗粒密度＜0.9g/cm³的比例为1.7％。

步骤2，将步骤1所得陶粒进行筛分，选择8～12mm粒径，投入水池进行浮选；边向池内输送陶粒边补水，维持池内4～5L/(m².s)曝气强度，随出水流出池外的漂浮陶粒即为合格产品，存留池内的陶粒由于水浸润颗粒密度过大，不符合本发明的标准，定时从底部排出，作为其它用途。浮选所得水处理悬浮陶粒占总陶粒的百分比为88%。

以本发明悬浮陶粒作为水处理生物膜载体，既有陶粒滤料的表面挂膜性能，外形近似球形颗粒，比表面积较大，孔隙率较大，布水布气均匀，又具有悬浮填料对SS截滤少，水头损失小且增长缓慢的特点，可以大幅度提高滤速和回流比，曝气时整个陶粒层处于微膨胀乃至部分流化状态，气冲洗时能够充分流化，可以促使老生物膜的脱落以及保持新生物膜的厚度，加强生物活性，能有效保证生化效率。

Claims

1.水处理用悬浮陶粒滤料的生产方法，其特征在于，采用页岩为原料，经过破碎机破碎、烘干、球磨机制粉、转盘造粒机造粒后，在回转窑中烧制18～22min，烧制温度为1100～1300℃；出炉陶粒经过自然冷却后进行筛分，选择8～12mm粒径，然后在水池内维持3～5L/(m².s)曝气强度下浮选得到漂浮陶粒；即为水处理用悬浮陶粒滤料。

2.根据权利要求1所述的水处理用悬浮陶粒滤料的生产方法，其特征在于：所述破碎机破碎至粒径5～20mm。

3.根据权利要求1所述的水处理用悬浮陶粒滤料的生产方法，其特征在于：所述烘干是在在干燥箱中100℃条件下干燥4～6小时。

4.根据权利要求1所述的水处理用悬浮陶粒滤料的生产方法，其特征在于：所述球磨机制粉后将页岩粉进行筛分，粒度控制在100目至180目。

5.根据权利要求1所述的水处理用悬浮陶粒滤料的生产方法，其特征在于：所述转盘造粒机造粒的粒径范围是5～15mm。

6.一种水处理用悬浮陶粒滤料，其特征在于其由权利要求1-5任一项所述生产方法制得，其表观密度为0.75～0.95g/cm³，堆积密度为0.4～0.6g/cm³，水浸润后颗粒密度为0.9～1.1g/cm³；陶粒表面带有正电荷，按堆积体积计算，比表面积≥3×10⁴m²/m³（按堆积体积计算），筒压强度≥3Mpa，空隙率为25-30%。