CN104058781B - 基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法。其技术方案是：先以40.0~60.0wt%的低压电瓷废料、15.0~25.0wt%的粉煤灰、10.0~20.0wt%的叶腊石和5.0~15.0wt%的粘土为原料，在每吨原料中加入500~1000L的造孔剂，混合，再外加所述原料2.0~5.0wt%的结合剂和15.0~25.0wt%的水，造粒成型；然后在80~140℃条件下干燥24~48h，在800~1200℃条件下保温2~12h，即得基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料。本发明具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，其制品的比表面积大、机械强度高、耐磨性好和显气孔率高。

Description

基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法

技术领域

本发明属于污水处理生物滤料的技术领域。具体涉及一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法。

背景技术

低压电瓷是常用电工陶瓷，普遍被应用于低压输变电线路中。低压电瓷材料的使用环境恶劣，导致其生产工艺十分严格，一旦在生产或使用过程中，出现细微裂纹或杂质元素含量超标，就会淘汰成为低压电瓷废料。我国每年从生产线和低压输变电线路上淘汰的低压电瓷废料有数百万吨，堆积如山，对环境造成污染，对资源造成浪费。

伴随着社会发展，水资源的污染情况愈发严重，据不完全统计，超过70%的地下水遭受严重污染，污水的净化处理成为亟待解决的问题。污水处理系统中生物滤池是整个系统发挥污水处理效果最核心的单元，而生物滤池发挥净水作用的的关键则是滤料上生长的生物菌群，因此合理的选用滤料是生物滤池设计过程中的重要环节。经常用到的传统滤料有石英砂、活性炭、沸石、陶粒及一些塑料制品（合成纤维、波纹板等）。且现有技术制备的污水处理滤料体现出强度不够、耐酸碱性差、再生困难及吸附能力差等一系列技术缺陷，因此研究和开发出一种综合性能优异的生物滤料成为污水处理技术的关键之一。

“一种以河浜淤泥为原料的污水处理滤料及制造方法”（CN101711931A）公开了一种以河浜淤泥、粉煤灰以及炼钢赤泥为原料制备生物滤料的方法，达到以废治废的目的，但仍然存在缺陷：（1）孔隙率偏低，平均孔径较小，可容纳菌群的空间小；（2）密度及盐酸可溶率偏大，对滤池造成的冲刷压力大，并限制其使用寿命。“一种用于制造滤料陶粒的组合物及滤料陶粒制造方法”（CN103570373A）公开了一种以页岩、铝矾土和铁矿石为原料制备滤料陶粒的方法，该方法生产的滤料陶粒强度大，吸附能力强，但有不足之处：（1）原料为天然矿物，对自然资源消耗巨大；（2）表观密度偏大，对滤池的负荷偏大；（3）比表面积小，可供菌群的生长空间小。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、节约资源和环境友好的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的方法；用该法所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的比表面积大、机械强度高、耐磨性好和显气孔率高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以40.0~60.0wt%的低压电瓷废料、10.0~20.0wt%的粉煤灰、10.0~20.0wt%的叶腊石、5.0~15.0wt%的铁英岩和5.0~15.0wt%的粘土为原料，在每吨原料中加入500~1000L的造孔剂，混合，再外加所述原料2.0~5.0wt%的结合剂和15.0~25.0wt%的水，造粒成型；然后在80~140℃条件下干燥24~48h，在800~1200℃条件下保温2~12h，即得基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料。

所述低压电瓷废料的粒径小于0.074mm；低压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥24.0wt%，SiO₂含量≥70.0wt%，K₂O含量≤3.0wt%，Fe₂O₃含量≤2.4wt%。

所述叶腊石的粒径小于0.088mm；叶腊石的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥19.7wt%，SiO₂含量≥65.0wt%，K₂O含量≤0.6wt%，TiO₂含量≤0.2wt%，灼减率≤6.0wt%。

所述粉煤灰的粒径小于0.088mm；粉煤灰的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥16.0wt%，SiO₂含量≥30.0wt%，K₂O含量≤1.0wt%，Fe₂O₃含量≤1.6wt%，灼减率≤50.0wt%。

所述铁英岩的粒径小于0.074mm；铁英岩的主要化学成分是：SiO₂含量≥73.0wt%，Fe₂O₃含量≥20.0wt%，灼减率≤5.0wt%。

所述粘土的粒径小于0.088mm；粘土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥31.3wt%，SiO₂含量≥47.5wt%，K₂O含量≤0.5wt%，Fe₂O₃含量≤1.8wt%；灼减率≤17.0wt%。

所述造孔剂为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、酚醛树脂球和球状沥青中的一种。

所述结合剂为硅酸乙酯、阿拉伯树胶、海藻酸钠和纸浆废液中的一种。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本发明所用原料为目前大量堆积且没有得到充分利用的低压电瓷废料，变废为宝，不仅减缓了环境压力还节约了处理大量低压电瓷废料的费用；制备工艺相对简单、原料价格低廉，且原料利用率高，具有很大的产业化前景；

2、本发明制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料：比表面积大（1.1~4.7m²/g），有利于微生物菌群的挂膜生长；体积密度小（1.09~1.43g/cm³），减小滤料对滤池的负荷，同时也减小反冲洗的摩擦力；显气孔率高（50.2~66.5%）和孔隙大，相应单位体积生物量更大，提高单位滤料有机负荷；筒压强度高（48.0~75.0MPa），耐磨性好；

3、本发明制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料内部贯通性的孔隙发达，滤料内部富集的生物量大，冲洗时这部分生物更容易保留下来，使冲洗后的滤料可保持较强的生物活性，优化处理系统整体出水效果；

4、本发明制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料三价铁离子含量高，三价铁离子可以吸附水中的PO₃ ^3-和CO₃ ^2-等离子生成沉淀，能有效增加其吸附性；三价铁离子兼具消毒的作用，可以杀死污水中的有害细菌；

5、本发明制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料球形度高，不易板结，易于进行反冲洗；高温烧制，能进行热处理回收利用，回收利用率高，使用周期长。

因此，本发明具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制备的污水处理生物滤料的的比表面积大、机械强度高、耐磨性好和显气孔率高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的有关技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

所述低压电瓷废料的粒径小于0.074mm；低压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥24.0wt%，SiO₂含量≥70.0wt%，K₂O含量≤3.0wt%，Fe₂O₃含量≤2.4wt%。

所述叶腊石的粒径小于0.088mm；叶腊石的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥19.7wt%，SiO₂含量≥65.0wt%，K₂O含量≤0.6wt%，TiO₂含量≤0.2wt%，灼减率≤6.0wt%。

所述粉煤灰的粒径小于0.088mm；粉煤灰的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥16.0wt%，SiO₂含量≥30.0wt%，K₂O含量≤1.0wt%，Fe₂O₃含量≤1.6wt%，灼减率≤50.0wt%。

所述铁英岩的粒径小于0.074mm；铁英岩的主要化学成分是：SiO₂含量≥73.0wt%，Fe₂O₃含量≥20.0wt%，灼减率≤5.0wt%。

所述粘土的粒径小于0.088mm；粘土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥31.3wt%，SiO₂含量≥47.5wt%，K₂O含量≤0.5wt%，Fe₂O₃含量≤1.8wt%；灼减率≤17.0wt%。

实施例1

一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法。先以40.0~45.0wt%的低压电瓷废料、15.0~20.0wt%的粉煤灰、15.0~20.0wt%的叶腊石、10.0~15.0wt%的铁英岩和10.0~15.0wt%的粘土为原料，在每吨原料中加入500~750L的聚苯乙烯微球，混合，再外加所述原料2.0~3.0wt%的阿拉伯树胶和15.0~20.0wt%的水，造粒成型；然后在80~100℃条件下干燥24~48h，在800~900℃条件下保温5~8h，即得基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料。

本实施例所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料经检测：比表面积为2.3~3.5m²/g；体积密度为1.12~1.24g/cm³；显气孔率为58.1~62.3%；筒压强度50.0~57.0MPa。

实施例2

一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法。先以45.0~50.0wt%的低压电瓷废料、10.0~15.0wt%的粉煤灰、15.0~20.0wt%的叶腊石、5.0~10.0wt%的铁英岩和10.0~15.0wt%的粘土为原料，在每吨原料中加入750~1000L的聚甲基丙烯酸甲酯微球，混合，再外加所述原料2.5~3.5wt%的硅酸乙酯和20.0~25.0wt%的水，造粒成型；然后在90~110℃条件下干燥24~48h，在900~1000℃条件下保温6~9h，即得基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料。

本实施例所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料经检测：比表面积为3.5~4.7m²/g；体积密度为1.09~1.21g/cm³；显气孔率为62.3~66.5%；筒压强度48.0~52.0MPa。

实施例3

一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法。先以50.0~55.0wt%的低压电瓷废料、10.0~15.0wt%的粉煤灰、10.0~15.0wt%的叶腊石、10.0~15.0wt%的铁英岩和5.0~10.0wt%的粘土为原料，在每吨原料中加入500~750L的酚醛树脂球，混合，再外加所述原料3.5~4.5wt%的纸浆废液和15.0~20.0wt%的水，造粒成型；然后在100~120℃条件下干燥24~48h，在1000~1100℃条件下保温9~12h，即得基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料。

本实施例所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料经检测：比表面积为1.5~2.7m²/g；体积密度为1.22~1.34g/cm³；显气孔率为54.5~58.9%；筒压强度55.0~65.0MPa。

实施例4

一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料及其制备方法。先以55.0~60.0wt%的低压电瓷废料、15.0~20.0wt%的粉煤灰、10.0~15.0wt%的叶腊石、5.0~10.0wt%的铁英岩和5.0~10.0wt%的粘土为原料，在每吨原料中加入750~1000L的球状沥青，混合，再外加所述原料4.0~5.0wt%的海藻酸钠和20.0~25.0wt%的水，造粒成型；然后在120~140℃条件下干燥24~48h，在1100~1200℃条件下保温2~5h，即得基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料。

本实施例所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料经检测：比表面积为1.1~2.3m²/g；体积密度为1.31~1.43g/cm³；显气孔率为50.2~54.6%；筒压强度65.0~75.0MPa。

本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本具体实施方式所用原料为目前大量堆积且没有得到充分利用的低压电瓷废料，变废为宝，不仅减缓了环境压力还节约了处理大量低压电瓷废料的费用；制备工艺相对简单、原料价格低廉，且原料利用率高，具有很大的产业化前景；

2、本具体实施方式所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料比表面积大（1.1~4.7m²/g），有利于微生物菌群的挂膜生长；体积密度小（1.09~1.43g/cm³），减小滤料对滤池的负荷，同时也减小反冲洗的摩擦力；显气孔率高（50.2~66.5%）和孔隙大，相应单位体积生物量更大，提高单位滤料有机负荷；筒压强度高（48.0~75.0MPa），耐磨性好；

3、本具体实施方式所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料内部贯通性的孔隙发达，滤料内部富集的生物量大，冲洗时这部分生物更容易保留下来，使冲洗后的滤料可保持较强的生物活性，优化处理系统整体出水效果；

4、本具体实施方式所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料品三价铁离子含量高，三价铁离子可以吸附水中的PO₃ ^3-和CO₃ ^2-等离子生成沉淀，能有效增加其吸附性；三价铁离子兼具消毒的作用，可以杀死污水中的有害细菌；

5、本具体实施方式所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料球形度高，不易板结，易于进行反冲洗；高温烧制，能进行热处理回收利用，回收利用率高，使用周期长。

因此，本具体实施方式具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制得的污水处理生物滤料的的比表面积大、机械强度高、耐磨性好和显气孔率高。

Claims (7)

1.一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的制备方法，其特征在于先以40.0～60.0wt％的低压电瓷废料、10.0～20.0wt％的粉煤灰、10.0～20.0wt％的叶腊石、5.0～15.0wt％的铁英岩和5.0～15.0wt％的粘土为原料，在每吨原料中加入500～1000L的造孔剂，混合，再外加所述原料2.0～5.0wt％的结合剂和15.0～25.0wt％的水，造粒成型；然后在80～140℃条件下干燥24～48h，在800～1200℃条件下保温2～12h，即得基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料；

所述低压电瓷废料的粒径小于0.074mm；所述叶腊石的粒径小于0.088mm；所述粉煤灰的粒径小于0.088mm；所述铁英岩的粒径小于0.074mm；粘土的粒径小于0.088mm；

所述造孔剂为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、酚醛树脂球和球状沥青中的一种；所述结合剂为硅酸乙酯、阿拉伯树胶、海藻酸钠和纸浆废液中的一种。

2.根据权利要求1所述的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的制备方法，其特征在于所述低压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥24.0wt％，SiO₂含量≥70.0wt％，K₂O含量≤3.0wt％，Fe₂O₃含量≤2.4wt％。

3.根据权利要求1所述的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的制备方法，其特征在于所述叶腊石的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥19.7wt％，SiO₂含量≥65.0wt％，K₂O含量≤0.6wt％，TiO₂含量≤0.2wt％，灼减率≤6.0wt％。

4.根据权利要求1所述的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的制备方法，其特征在于所述粉煤灰的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥16.0wt％，SiO₂含量≥30.0wt％，K₂O含量≤1.0wt％，Fe₂O₃含量≤1.6wt％，灼减率≤50.0wt％。

5.根据权利要求1所述的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的制备方法，其特征在于所述铁英岩的主要化学成分是：SiO₂含量≥73.0wt％，Fe₂O₃含量≥20.0wt％，灼减率≤5.0wt％。

6.根据权利要求1所述的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的制备方法，其特征在于所述粘土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥31.3wt％，SiO₂含量≥47.5wt％，K₂O含量≤0.5wt％，Fe₂O₃含量≤1.8wt％；灼减率≤17.0wt％。

7.一种基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料，所述的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料是根据权利要求1～6项中任一项所述的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料的制备方法所制备的基于低压电瓷废料的污水处理生物滤料。