CN103936084A - 原水净化滤料及其净化原水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种原水净化滤料及其净化原水的方法。该原水净化滤料是在普通过滤材料的基础上加入电气石球，两者的质量比为7:3，电气石球作为辅助剂增强了滤料处理受污染的水体的性能，吸附效果明显提高；该处理污水的步骤包括：制备电气石球、形成原水净化滤料、置于反应器、通入原水过滤、导入收集装置，通过采用上述包含电气石球的滤料，以及合理调节其他反应参数，例如有效反应的容积、进水流量、反应时间、温度、pH值等，使电气石强化后的滤料处理污水比单独使用滤料处理效果更明显，以及比单独使用电气石节省成本，并且操作简单、条件易控、可大规模推广应用。

Description

原水净化滤料及其净化原水的方法

技术领域

本发明属于污水的处理技术领域，具体地说是一种原水净化滤料及其净化原水的方法。

背景技术

湖泊污染水体通常表现为水体浑浊、略带臭味，含有低浓度的有机污染物，并有一定程度上的富营养化问题。针对受污湖泊水，过滤为一种有效的物理处理方法，它是使含有悬浮物的受污染的水流过具有一定空隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。根据所采用的过滤介质不同，可分为格筛过滤、微孔过滤、膜过滤，深层过滤。其中，格筛过滤只能截留粗大的悬浮物，微孔过滤池仅能去除细微的颗粒物，而膜过滤常因材质价格昂贵而受到应用限制，因此在应用深层过滤处理方法中开发出高效廉价的过滤介质意义显著。

电气石是一类由Na、Al、Ca、Mg、B和Fe等元素组成的环状硅酸盐矿物，以其压电性和热电性著称。自1989年日本学者Kubo首次发现电气石存在自发电极、电气石微粒周围存在静电场现象，就此对电气石的电场效应展开了一些列应用研究，现在已经被广泛应用于环保、人体保健、水产养殖等领域。目前电气石在水处理方面的应用主要集中在以下几个方面：（1）用于净化水中界面：电气石颗粒周围存在静电场，在与水接触瞬间可将水电解，使水呈弱碱性；用电气石净化水中界面可广泛用于自来水厂，楼顶水箱、输水管道等各种输水、存水装置。（2）用于水活化：用电气石经烧结制成的陶瓷来处理饮用水，由于电气石发射远红外线与水中氢键共振，可将大分子团的氢键切断，经核磁共振检测，水分子团变小至6到8个水分子。水的分子团越小，水能量越高，其渗透力、溶解力、代谢力就越强，即水分子被活化。（3）用电气石颗粒吸附水中重金属离子：电气石具有高的机械化学稳定性,不溶于酸,将电气石晶体置于待处理废水中,电气石晶体表面会吸附水中重金属离子并形成沉淀,大大降低了水中重金属离子的浓度，同时，通过水流搅动很容易使形成的沉淀脱离电气石表面,电气石可反复使用，因此电气石越来越多的被应用于对水体中重金属的处理。

但将电气石作为一种促进整个反应进程的辅助添加剂或者一种工艺用于处理受污染湖泊水的研究比较少，电气石在水处理中的作用、参数和机理并没有系统的研究。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种成本低、处理污水效率高的包含电气石球的滤料及其处理污水的方法，使得受污染的湖泊水中的有机物减量化和无害化，达到对湖泊进行初步处理的效果，具有操作简单、成本低廉的优点。

为了实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种原水净化滤料,其包括电气石球和滤料，上述电气石球和滤料的质量比为1：2~3。

以及，一种利用上述原水净化滤料净化原水的方法，包括如下步骤：

获取电气石球；

按照电气石球和滤料的质量比分别称取电气石球和滤料，混合处理，形成上述原水净化滤料；

将上述原水净化滤料置于反应器中，使原水净化滤料的体积占反应器容积的80%；

将待净化的原水以0.8~1L/h的流量通过上述反应器，得到净化水。

上述原水净化滤料是在普通过滤材料的基础上加入电气石球，电气石球作为辅助剂增强了滤料处理受污染的水体的性能，由于电气石具有良好的压电特性，以及存在永久性自发电极，能改变水体的氧化-还原电位，使水发生解离等反应，因此添加了电气石的滤料吸附效果明显提高。

上述原水净化滤料净化原水的方法，通过采用上述原水净化滤料，使电气石强化后的滤料处理原水比单独使用滤料处理效果更明显，比单独使用电气石节省成本。该方法操作简单、条件易控、可大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例原水净化滤料净化原水的反应器实验装置图；

图2为本发明实施例1和对比实例中净化之前原水20天期间的COD浓度变化曲线图；

图3为本发明实施例1和对比实例中净化之前原水20天期间的NH₄ ⁺-N浓度变化曲线图；

图4为本发明实施例1和对比实例中的被净化处理后的原水在20天期间的COD浓度变化曲线图；

图5为本发明实施例1和对比实例中的被净化处理后的原水在20天期间的COD去除率的曲线图；

图6为本发明实施例1和对比实例中的被净化处理后的原水在20天期间的NH₄ ⁺-N浓度变化曲线图；

图7为本发明实施例1和对比实例中的被净化处理后的原水在20天期间的NH₄ ⁺-N去除率的曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种成本低、处理污水效率高的原水净化滤料，其包括电气石球和滤料，该电气石球和滤料的质量比为1：2~3，优选为3:7。

具体地，上述电气石球的主要成分是电气石，电气石由于表面极性以及络合吸附的共同作用，使其具有良好的吸附各种价态离子的特性；电气石还有良好的压电特性，存在永久性自发电极，能改变水体的氧化-还原电位，使水发生解离等，可在低浓度废水处理中发挥极大的作用。电气石还能够强化滤料降解废水中的污染物，这跟电气石表面丰富的羟基基团和自发电场有着密切的关系；同时电气石发射远红外线、释放负离子和生物电特性对反应的促进作用也是很重要的，这些特性都能直接或者间接促进微生物的生长。更进一步地，该电气石球的粒径为2~4mm，优选为2mm，该优选的电气石球处理污水的效果最好。

上述滤料为F.F材料、石英砂、无烟煤中的至少一种，优选为F.F材料。该F.F材料是一种复合分子筛滤料，采用进口非金属晶核材料、优质硅酸材料及改性核心技术，经特定的物理化学反应复合而成，具有孔隙度高、比表面积大、离子交换、吸附、催化，耐酸、耐热、耐辐射等优质性能。F.F滤料能够为微生物的生长提供非常好的依附场所，上述电气石的存在能促进微生物的生长和新陈代谢，当反应进入稳定期以后，滤料表面的微生物非常的活跃，进水的污染物不断的被微生物分解，使水中的污染物稳定的降低。该F.F材料的粒径为0.5~2mm，优选为1mm；该优选的F.F材料与电气石球易于分布均匀，处理污水的效果最好。

由上所述，上述包含电气石球的滤料是在普通过滤材料的基础上加入电气石球，电气石球作为辅助剂增强了滤料处理受污染的水体的性能，由于电气石具有良好的压电特性，以及存在永久性自发电极，能改变水体的氧化-还原电位，使水发生解离等反应，因此添加了电气石的滤料吸附效果明显提高。

相应地，本发明实施例提供了一种工艺简单的上述实施例中原水净化滤料净化原水的方法。该方法工艺流程如图1所示，其包括如下步骤：

S01：获取电气石球；

S02：按照电气石球和滤料的质量比分别称取电气石球和滤料，混合处理，形成上述原水净化滤料；

S03：将上述原水净化滤料置于反应器中，使原水净化滤料的体积占反应器容积的80%；

S04：将待净化的原水以0.8~1L/h的进水流量通过上述反应器，得到净化水。

具体地，上述步骤S01中，电气石球的制备方法为：将上述电气石磨成粉末状，使电气石粉的粒径为6~140μm，按照电气石粉和粘土的重量比为8~8.5：2~1.5分别称取电气石粉和粘土，将两者混合，加水搅拌成浆料，用造粒机将物料造成球型后干燥、烧结，获得所述电气石球。

具体地，上述步骤S02中，电气石的用量直接影响污水中污染物的处理效果和用料成本，发明人发现，上述质量比的电气石球和滤料所形成的原水净化滤料分布均匀，处理污水的效果最好。

具体地，上述步骤S03中，将步骤S02中的反应器有效容积可以为0.7~1L的反应器中，如选用内径为35mm、长度为80cm、有机玻璃材质的圆柱形反应器，当然还可以选用本领域的其他过滤反应器。进一步地，上述原水净化滤料占反应器容积的80%。上述优选的反应器与原水净化滤料的体积比，为可能因流量过快而满溢的原水预留缓冲空间。

具体地，上述步骤S04中，将待净化的原水以0.8~1L/h的进水流量通过上述反应器，进水流量优选为0.9L/h。该优选的进水流量使该原水净化滤料与原水充分接触和反应。抽水的方式可采用本领域常用的方法，例如使用蠕动泵抽水。通过过滤装置的方式可采用本领域常用的方法，优选为降流式，即抽取的原水优选从上述反应器的顶部进入，从反应器下端出水口出水；同时空气经气泵进入反应器内，沿水流相同方向与原水、滤料充分混合，为滤料上微生物膜提供氧气。

该步骤S04中，在将原水送入装有原水净化滤料的反应器进行进化处理之前，还包括对原水的预处理步骤，该预处理包括对原水的温度、pH值调整，在优选实施例中，为原水的温度优选5~10℃，PH值优选为6.8~7.5。对原水的该预处理能使原水净化滤料最大限度地吸附和过滤原水中的氨氮磷等各种有机物质。

在进一步优选实施例中，在将原水送入装有原水净化滤料的反应器进行进化处理之前的对原水的预处理还包含曝气处理步骤，经过该曝气处理使原水的溶解氧浓度优选为5~8mg/L。氧气溶解于原水中并传递给附着在原水净化滤料上的生物膜，供给微生物呼吸，助其生长，使其分解原水中的污染物，同时起到硝化-反硝化作用，从而使原水中的污染物减少。

综上所述，包含电气石球的滤料处理污水的方法，通过采用上述包含电气石球的滤料，以及合理调节其他反应参数，例如有效反应的容积、进水流量、反应时间、温度、PH值等，使电气石强化后的滤料处理污水比单独使用滤料处理效果更明显，以及比单独使用电气石节省成本。该方法操作简单、条件易控、可大规模推广应用。

现以具体的包含电气石球的滤料及其处理污水的方法为例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

一种原水净化滤料及其净化原水的方法，净化原水的方法工艺步骤如下：

S11：获取电气石球：将电气石磨成粉末状，使电气石粉的直径为6μm，按照电气石粉和粘土的重量比为8:2分别称取电气石粉和粘土，将两者混合，加水搅拌成浆料，用造粒机将物料造成球型后干燥、烧结，获得粒径为2mm的电气石球；

S12：获取原水净化滤料：按照质量比为3:7分别称取步骤S11制备的电气石球和粒径为2mm的F.F材料，混合，形成原水净化滤料；

S13：放入反应器：将步骤S12获得的原水净化滤料置于内径为35mm、长度为80cm、有效容积为0.77L的机玻璃材质的圆柱形反应器中，使原水净化滤料的体积占反应器容积的80%；

S14：过滤反应：用蠕动泵抽取溶解氧浓度为5mg/L的东湖水到上述反应器的上端以0.9L/h的进水流量以及降流式进入，使原水在反应器的停留时间为0.85h；其中室温为18℃，东湖水的温度为5℃，PH值为6.8，测得进水COD负荷率为0.60kg/（m^3.d），进水NH₃-N负荷率为0.055kg/(m^3.d)；

实施例2

一种原水净化滤料及其净化原水的方法，净化原水的方法的工艺步骤如下：

S21：获取电气石球：将电气石磨成粉末状，使电气石粉的直径为140μm，按照电气石粉和粘土的重量比为8.5：1.5分别称取电气石粉和粘土，将两者混合，加水搅拌成浆料，用造粒机将物料造成球型后干燥、烧结，获得粒径为4mm的电气石球；S22：获取原水净化滤料：按照质量比为1:3分别称取步骤S21制备的电气石球和粒径为0.5mm的石英砂，混合，形成原水净化滤料；

S23：放入反应器：将步骤S22获得的原水净化滤料置于内径为35mm、长度为80cm、有效容积为1L的机玻璃材质的圆柱形反应器中，使原水净化滤料的体积占反应器容积的80%；

S24：过滤反应：用蠕动泵抽取溶解氧浓度为8mg/L的东湖水到上述反应器的上端以0.8L/h的进水流量以及降流式进入，使原水在反应器的停留时间为0.85h；其中室温为22℃，东湖水的温度为10℃，PH值为7.5，测得进水COD负荷率为0.75kg/（m^3.d），进水NH₃-N负荷率为0.075kg/(m^3.d)；

实施例3

一种原水净化滤料及其其净化原水的方法，净化原水的方法的工艺步骤如下：

S31：获取电气石球：将电气石磨成粉末状，使电气石粉的直径为67μm，按照电气石粉和粘土的重量比为8.3：1.7分别称取电气石粉和粘土，将两者混合，加水搅拌成浆料，用造粒机将物料造成球型后干燥、烧结，获得粒径为3mm的电气石球；

S32：获取原水净化滤料：按照质量比为1：2分别称取步骤S31制备的电气石球和粒径为1mm的无烟煤，混合，形成原水净化滤料；

S33：放入反应器：将步骤S32获得的原水净化滤料置于内径为35mm、长度为80cm、有效容积为0.77L的机玻璃材质的圆柱形反应器中，使原水净化滤料的体积占反应器容积的80%；

S34：过滤反应：用蠕动泵抽取溶解氧浓度为6mg/L的东湖水到上述反应器的上端以1L/h的进水流量以及降流式进入，使原水在反应器的停留时间为0.85h；其中室温为20℃，东湖水的温度为7℃，PH值为7.1，测得进水COD负荷率为0.7kg/（m^3.d），进水NH₃-N负荷率为0.05kg/(m^3.d)；

对比实施例

S41：称取滤料：称取粒径为1mm的F.F材料；

S42：放入反应器：将步骤S41称取的F.F材料置于内径为35mm、长度为80cm、有效容积为0.77L的机玻璃材质的圆柱形反应器中，使F.F材料的体积占反应器容积的80%；

S43：过滤反应：用蠕动泵抽取溶解氧浓度为5mg/L的东湖水到上述反应器的上端以0.9L/h的进水流量以及降流式进入，使原水在反应器的停留时间为0.85h；其中室温为18℃，东湖水的温度为5℃，PH值为6.8，进水COD负荷率为0.60kg/（m^3.d），进水NH₃-N负荷率为0.055kg/(m^3.d)；

以下将实施例1和对比实施例的原水均连续处理20天，并每天对净化处理之前的原水中COD值和NH₄ ⁺-N值进行检测，同时对净化处理后的净化水的COD和NH₃-N含量进行检测和记录。实施例1和对比实施例的原水净化处理之前其COD值和NH₄ ⁺-N值变化如图2、图3所示；实施例1和对比实施例的原水被净化处理后的净化水的COD值和NH₄ ⁺-N值变化如图4、图5所示，实施例1和对比实施例中原水经净化处理后的COD和NH₄ ⁺-N去除率如图6、图7所示。图4至图7中，实施例1（包含电气石球的滤料用于处理污水的方法）在图中标识为1号装置，对比实施例（不包含电气石球的滤料用于处理污水的方法）在图中标识为2号装置。

（1）原水（东湖水）在20天期间COD、NH₄ ⁺-N浓度变化情况

由图2、3可知，原水（东湖水）不同时间测得进水COD浓度在34~34.5mg/L之间变化，进水NH₄ ⁺-N浓度在6.1~6.8mg/L之间变化。因此，该原水（东湖水）被污染，且其COD、NH₄ ⁺-N含量比较稳定。

（2）对COD去除的影响：

如图4所示，1号反应装置的COD出水浓度明显小于2号反应装置的COD出水浓度，反应前两天出水效果比较好；曲线呈降低趋势，随着时间的推移，出水浓度有所回升，反应进行到12天左右，出水浓度相对稳定，变化不明显，说明此时反应进入稳定阶段。1号反应装置的COD出水浓度最低为5.16mg/L，最高为12.01mg/L；2号反应装置的COD出水浓度最低为10.00mg/L，最高为19.24mg/L。

通过计算可以得出反应进程中COD的去除效率，其变化曲线如图5所示：1号反应装置COD的最高去除率85%，最低去除率为65%。2号反应装置COD的最高去除率为71%，最低去除率为44%。由此可见，同等条件下，添加电气石的装置比未添加电气石的装置最高去除率提高了14%，最低去除率提高了11%。

（2）对NH₄ ⁺-N去除的影响：

如图6所示，1号反应装置的NH4⁺-N出水浓度明显小于2号反应装置的NH4⁺-N出水浓度，反应前两天出水效果比较好，呈降低趋势；随着时间的推移，出水浓度有所回升，反应进行到10天左右，出水浓度相对稳定，变化不明显，说明此时反应进入稳定阶段。1号反应装置的NH4⁺-N出水浓度最低为0.77mg/L，最高为2.97mg/L；2号反应装置的NH4⁺-N出水浓度最低为1.22mg/L，最高为3.45mg/L。

通过计算可以得出反应进程中NH4⁺-N的去除效率，其变化曲线如图7所示。1号反应装置NH4⁺-N的最高去除率88%，最低去除率为56%；2号反应装置NH4⁺-N的最高去除率为81%，最低去除率为49%。由此可见，同等条件下，添加电气石的装置比未添加电气石的装置最高去除率提高了7%，最低去除率提高了7%。

如上，通过分析受污染湖泊水样经普通滤料和电气石强化的滤料处理后水中的COD和NH₄ ⁺-N去除率的实验数据，得出滤料作为单一工艺处理或者电气石作为辅助药剂强化滤料处理受污染的湖泊水，都有明显的成效，但电气石作为辅助药剂强化滤料处理水样的效果更优。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种原水净化滤料，其特征在于：包括电气石球和滤料，所述电气石球与滤料的质量比为1：2~3。

2.根据权利要求1所述的原水净化滤料，其特征在于：所述电气石球的粒径为2~4mm。

3.根据权利要求1所述的原水净化滤料，其特征在于：所述滤料为F.F材料、石英砂、无烟煤中的至少一种。

4.根据权利要求1～3任一项所述的原水净化滤料，其特征在于：所述滤料的粒径为0.5~2mm。

5.一种利用权利要求1～4任一项所述原水净化滤料净化原水的方法，包括如下步骤：

获取电气石球；

按照所述电气石球和滤料的质量比分别称取电气石球和滤料，混料处理，形成所述原水净化滤料；

将所述原水净化滤料置于反应器中，使原水净化滤料的体积占反应器容积的80%；

将待净化的原水以0.8~1L/h的流量通过所述反应器，得到净化水。

6.如权利要求5所述的原水净化滤料净化原水的方法，其特征在于：还包括对所述待净化的原水的温度和pH值调整的步骤，其中，所述温度为5~10℃，所述pH值为6.8~7.5。

7.如权利要求5所述的原水净化滤料净化原水的方法，其特征在于：还包括对所述待净化的原水进行曝气的步骤，其中，所述曝气后原水中溶解氧浓度为5~8mg/L。

8.如权利要求5～7任一项所述的原水净化滤料净化原水的方法，其特征在于：所述原水为河流、湖泊及水库等水体。

9.如权利要求5～7任一项所述的原水净化滤料净化原水的方法，其特征在于：所述电气石球的制备方法为：将电气石磨成粉末状，按照电气石粉和粘土的重量比为8~8.5:2~1.5分别称取电气石粉和粘土，将两者混合，加水搅拌成浆料，造粒成型后干燥、烧结，获得所述电气石球。

10.如权利要求9所述的原水净化滤料净化原水的方法，其特征在于：所述电气石粉的粒径为6~140μm。