CN103304241A - 水处理用悬浮陶粒滤料及其生产方法 - Google Patents
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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
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%。
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%
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 (6)
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%。
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