CN107282012B - 可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，步骤S1筛选珍珠岩矿砂；步骤S2预热珍珠岩矿砂；步骤S3，高温膨胀预热后的珍珠岩矿砂；步骤S4将膨胀珍珠岩矿砂进行高聚物重金属离子吸附剂覆膜处理，步骤S5将覆膜的膨胀珍珠岩投入工业废液中；步骤S6将配置的污泥营养土配料搅拌混合均匀，进行自然发酵，压缩为珍珠岩压缩营养土片状物；步骤S7将珍珠岩压缩营养土片状物进行干燥灭菌；步骤S8将灭菌和干燥后的珍珠岩压缩营养土片状物压缩成成品。本发明生产的珍珠岩压缩营养土不仅能提供植物生长所必须的营养元素，还可利用该珍珠岩压缩营养土栽种多肉植物以对工业废液中的重金属进行环保处理，消除重金属污染，保护生态环境。

Description

可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体来说，涉及一种用于无公害地去除工业废液中的重金属以及利用城市生活污水处理产生的废弃污泥的珍珠岩压缩营养土的生产方法。
背景技术
工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液，工业废水包括生产废水、生产污水及冷却水，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物，例如电解盐工业废水中含有汞，重金属冶炼工业废水含铅、镉等各种金属，电镀工业废水中含氰化物和铬等各种重金属，石油炼制工业废水中含酚，农药制造工业废水中含各种农药等。随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。由于工业废水中常含有多种有毒物质，污染环境对人类健康有很大危害，因此要开发综合利用，化害为利，并根据废水中污染物成分和浓度，采取相应的净化措施进行处置后，才可排放。对于保护环境来说，工业废水的处理比城市污水的处理更为重要。
此外，在城市生活污水处理过程中，产生的一种容易腐败发臭的膏状物的污泥，其富集了污水中的大量污染物，并且含有大量氮、磷等营养物质及有机物、病毒微生物、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质，不经过特殊工艺进行有效处理处置，将会对环境产生较严重的危害。目前大量未稳定处理的污泥已成为污水处理厂的沉重负担，据相关调查显示，目前我国有80％的污泥并未得到有效处理，甚至有很大一部分被直接丢弃在农田、河流等公共环境中，变成新的污染源。如何将产量巨大、成分复杂的城市污水处理中产生的污泥进行妥善安全地处理，并使工业废水中的重金属离子达到无公害处理，已成为深受关注的重大课题。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种不仅能提供植物生长所必须的各类营养元素，还综合利用从工业废液中吸附的重金属，消除工业废液中重金属污染，避免城市污水处理过程中的污泥进行二次污染的保护生态环境的可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，它包括如下步骤，
步骤S1：原料矿砂筛选，选择按质量百分比组分为二氧化硅72％～75％、三氧化二铝15～18％、氧化铁0.5～1％、氧化钠2.9％～3.5％、氧化钙0.5～2％、氧化钾2.5～3％、氧化锰0.1％～0.4％、水余量的珍珠岩矿砂作为原料，并筛选出粒度为0.2～0.5mm的珍珠岩矿砂为原料矿砂；
步骤S2：矿砂预热，将步骤S1中筛选的符合加工工艺要求规格的珍珠岩矿砂经漏斗投入预热炉内进行预热脱水，预热温度控制在350℃～400℃之间，预热停留时间为25～30分钟，以去除珍珠岩矿砂中附着的水分以及多余的结晶水，使珍珠岩矿砂中的结晶水含量符合高温焙烧瞬间膨胀所需的结晶水含量要求；
步骤S3：高温焙烧膨胀，将步骤S2中预热脱水的珍珠岩矿砂经提升机投入到膨胀炉炉膛内进行高温焙烧以达到瞬间膨胀，温度控制在950℃～1000℃之间，高温焙烧的时间控制在1～2s；经高温焙烧的珍珠岩矿砂，其内部具有蜂窝状多孔结构的蓬松疏松内核，其外层为形成具有微小开孔的致密层；
步骤S4：膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理，将步骤S3中高温焙烧的膨胀珍珠岩矿砂定量加入至容置罐中，利用喷雾装置将液态高聚物重金属离子吸附剂以水雾状均匀地喷入容置罐内，使高聚物重金属离子吸附剂与膨胀珍珠岩矿砂充分混合，以膨胀珍珠岩矿砂颗粒表层进行覆膜改性处理，再将经过覆膜改性处理过的膨胀珍珠岩矿砂置于50℃的烘箱中干燥1天，即可制备得到可吸附重金属离子的膨胀珍珠岩吸附剂颗粒；
步骤S5：将步骤S4中制备的可吸附重金属离子的膨胀珍珠岩吸附剂颗粒投入具有高浓度重金属离子的工业废液中，直至膨胀珍珠岩吸附的重金属离子达到饱和状态，将处于吸附饱和状态的膨胀珍珠岩从工业废液中进行集中打捞以备用；
步骤S6：将步骤S5中吸附有重金属离子的膨胀珍珠岩与污水处理厂的污泥组成的污泥营养土配料输入搅拌机中搅拌；待搅拌均匀后，将污泥营养土配料输送到发酵池中自然发酵10天；将经过自然发酵后的污泥营养土输入压片机中压缩为珍珠岩压缩营养土片状物，珍珠岩压缩营养土片状物的厚度控制在20～30mm。
步骤S7：将步骤S6中的珍珠岩压缩营养土片状物输送到微波带式干燥灭菌机中进行低温灭菌和干燥，温度控制在80～150℃，时间控制在60～80分钟，灭菌和干燥后的珍珠岩压缩营养土片状物含水量≤15％；
步骤S8：将步骤S7中灭菌和干燥后的珍珠岩压缩营养土片状物，输送到保温灭菌库中，利用珍珠岩压缩营养土片状物中自身的余热，继续进行灭菌和干燥，待珍珠岩压缩营养土片状物冷却后包装为珍珠岩压缩营养土的成品。
为了进一步实现本发明，在所述步骤S2中，预热炉中的最佳预热温度为380℃，以使得预热后的珍珠岩矿砂中结晶水的重量含量保持在2％，最佳预热停留时间为30分钟，以使得珍珠岩矿砂经所述步骤S3中高温焙烧达到瞬间膨胀到其体积倍数的10～20倍。
为了进一步实现本发明，在所述步骤S2中，将预热脱水的珍珠岩矿砂、氟化钙、固化剂按照重量比为100：10：5的比例进行搭配，先将预热脱水的珍珠岩矿砂投放在搅拌机机筒中，在珍珠岩矿砂表面涂覆氟化钙，再加入氟硅酸钠固化剂并混合均匀，进行干燥脱水。
为了进一步实现本发明，在所述步骤S4中用于珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理的容置罐为具有一定容积的密封罐体，所述容置罐的顶端与底端分别设有进料口与出料口，进料口与出料口分别设有电机驱动的密封旋转阀，容置罐的底部设置有氮气入口、顶部设置有氮气出口，利用负压引风机将热氮气自容置罐的底部氮气入口不断引入容置罐的容腔内，热氮气的温度控制在250℃～300℃，以在容置罐内的膨胀珍珠岩在高温氮气环境下进行珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理。
为了进一步实现本发明，在所述步骤S4中的珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中，利用抽真空装置将所述容置罐进行抽真空处理，并利用离心装置对膨胀珍珠岩矿砂进行充分搅拌，以使得憎水剂与膨胀珍珠岩矿砂颗粒的外表面充分接触，达到最佳的覆膜改性处理效果。
为了进一步实现本发明，所述容置罐内的真空度维持在0.08MPa，所述离心装置的转速为230r/min，所述离心装置离心搅拌的时间为18min。
为了进一步实现本发明，所述步骤S4中的珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中所用的高聚物重金属离子吸附剂为有机硅类的憎水剂与聚甲基丙烯酸羟乙基酯的混合溶液。
为了进一步实现本发明，所述有机硅类的憎水剂的用量为被处理膨胀珍珠岩质量的0.5～2％，所述聚甲基丙烯酸羟乙基酯的用量为被处理膨胀珍珠岩质量的5％～10％。
为了进一步实现本发明，所述步骤S6中经过自然发酵后的污泥营养土pH值控制在5.5～7.0。
为了进一步实现本发明，所述步骤S6中污泥营养土是按重量百分比由污水处理厂的污泥50～60％、酸化后的膨胀珍珠岩15～20％、肥料组分A5～10％和辅料10％～20％组成；所述酸化后的膨胀珍珠岩是按重量百分比由吸附有重金属离子的膨胀珍珠岩混合物78％、稀硫酸20％和硫酸亚铁2％组成；所述肥料组分A为动物粪便生物肥发酵菌种溶液、生物型营养液的一种或者多种；所述辅料为草炭土、腐叶土、椰糠和蛭石中的一种或者多种组合。
本发明的有益效果：
本发明的可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，通过添加聚二甲基硅氧烷、木焦油等疏水防水成分，以及油性的高分子聚合物，使膨胀珍珠岩表面由亲水性变为疏水亲性，使得膨胀珍珠岩表面表现出较好的疏水性能，由于膨胀珍珠岩内部具有丰富的蜂窝状结构的微孔，因此内部干燥的膨胀珍珠岩具有类似活性炭的吸附功能；然后利用高聚物重金属离子吸附剂包覆在膨胀珍珠岩表面以对膨胀珍珠岩表层进行改性，实现以膨胀珍珠岩内部蜂窝状多孔结构的微孔为吸附载体，通过高聚物重金属离子吸附剂聚甲基丙烯酸羟乙基酯具有的氨基、羟基等等活性基团具有较强的选择性络合某些重金属能力，从而对废液中的重金属离子具有的选择性吸附，尤其对某些重金属离子(如锌、铜、镍、汞、镉、铅、铬等)特有的选择行吸附和较高的吸附能力。因此，可将珍珠岩吸附剂颗粒浸泡在工业废水中，大量珍珠岩吸附剂颗粒就可以对工业废水中的重金属离子(如锌、铜、镍、汞、镉、铅、铬等)进行选择性吸附。与传统的去除工业废水中的重金属离子相比，本发明的吸附剂具有较强的吸附能力，由于膨胀珍珠岩内部疏松多孔的蜂窝状结构微孔具有虹吸效应，吸附重金属的速度块，处于重金属吸附饱和状态的珍珠岩吸附剂沉在水底，便于集中回收处理。并将回收的吸附有重金属的珍珠岩与城市污水处理中的污泥混合生产加工形成珍珠岩压缩营养土，珍珠岩压缩营养土中不仅含有大量的氮、磷、钾、有机质和多种微量元素，是一种营养成份齐全、肥效高、无毒、无菌、无害、无臭味和保水性能好的优质营养土，能提供植物生长所必须的营养元素，不使用化学肥料和化学农药，减少病原菌和害虫对植物的危害，有利于植物的正常生长发育。而且珍珠岩压缩营养土的配料中大量采用各种废弃物，尤其是巧妙地将工业废水中存在的大量有害重金属离子进行回收处理并用于营养土的培养基质，用于种植可吸收重金属离子的小球藻、三叶木蓝、金叶马兰、野古草、淡黄鼠李或者多肉植物等，不仅有利于提高资源利用率，还能减少城市污水处理过程中的污泥占用土地，不但能带来良好的经济效益、环境效益和社会效益，而且能实现变废为宝，避免工业废液中的重金属离子给周围环境带来重大污染。
2、本发明的可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，生产加工的珍珠岩压缩营养土利用膨胀珍珠岩具有很适合植物生长的物理特性，膨胀珍珠岩内部具有高达60％的孔隙率，外部包覆有一层憎水剂薄膜层，可以避免营养土过于潮湿结块而保持营养土内部具有较好的通气性，有利于植物的的生长；此外，膨胀珍珠岩具有较高的孔隙率和较大的比表面积，给营养土里的有益于植物生长的微生物提供良好的生存繁殖环境，因此，在植物生长时，植物的根部与膨胀珍珠岩接触，可以在植物根部周围既能够提供足够的空气、又能形成有利于微生物繁殖的有用物质及好的生长环境，达到微生物与植物良好共生的关系。本发明提供的珍珠岩吸附剂可广泛应用于富集有大量的重金属离子的工业污水净化，并且该珍珠岩吸附剂吸附金属离子后，加工生产的珍珠岩压缩营养土用于种植具有吸收富集重金属的植物，不会对环境产生二次污染。
3、本发明的可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，采用喷雾装置将高聚物重金属离子吸附剂以雾状均匀地喷涂在膨胀珍珠岩矿砂的表面，并通过离心装置对容置罐容腔内的膨胀珍珠岩矿砂进行离心搅拌，同时喷雾装置的喷头从不同的部位和不同的方向不断向容置罐容腔内喷出雾状高聚物重金属离子吸附剂，这样通过离心搅拌和憎水剂的雾状喷涂，使得高聚物重金属离子吸附剂与膨胀珍珠岩矿砂比较均匀地混合，以保证膨胀珍珠岩矿砂的外表面充分与高聚物重金属离子吸附剂接触，从而有效提高珍珠岩外表面高聚物重金属离子吸附剂覆膜改性处理的效果。
4、本发明的可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，采用在珍珠岩表面涂敷氟化钙，利用氟化钙附着在珍珠岩的表面，并允许少量氟化钙进入表层缝隙、裂纹和孔洞中，使得氟化钙分布在珍珠岩表面、缝隙和晶粒之间，可以防止后续加入的高聚物重金属离子吸附剂的进入珍珠岩矿砂颗粒的内部，保证了膨胀珍珠岩内部蜂窝状微孔不被高聚物重金属离子吸附剂充填。在高温受热的条件下，氟化钙与珍珠岩矿砂颗粒烧结，由于氟化钙进入珍珠岩表层的裂纹和孔洞之中，高温烧结后能修补珍珠岩矿砂颗粒表层的裂纹和较大孔洞，从而提高珍珠岩的闭孔效果和耐压强度。
5、本发明的可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，在对膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中，保持在氮气循环流通环境中进行，避免由于膨胀珍珠岩矿砂内部蜂窝状结构内锁住的空气不断释放，造成容置罐容腔内的真空度难以维持，导致膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中效果变差。用热氮气不断对容置罐容腔内的珍珠岩进行复热、干燥，能够有效减少膨胀珍珠岩矿砂在高聚物重金属离子吸附剂覆膜处理中的含水量，置换出膨胀珍珠岩矿砂内部蜂窝状结构吸附的不凝性气体，并使得膨胀珍珠岩矿砂保持烘干加热状态，有利于提高膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理的喷涂效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步阐述。
本发明的可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，它包括以下步骤：
步骤S1：原料矿砂筛选，选择按质量百分比组分包括二氧化硅72％～75％、三氧化二铝15～18％、氧化铁0.5～1％、氧化钠2.9％～3.5％、氧化钙0.5～2％、氧化钾2.5～3％、氧化锰0.1％～0.4％、水余量，其它成分余量的珍珠岩矿砂作为原料，筛选出适合粒度级别的珍珠岩矿砂为原料，优选原砂粒度为0.2～0.5mm的珍珠岩矿砂；
步骤S2：矿砂预热，将步骤S1中筛选的符合加工规格的珍珠岩矿砂经漏斗投入预热炉内进行预热，利用废气循环对预热炉内的珍珠岩矿砂进行加热，令预热炉腔体内温度达到所需预热温度，以去除珍珠岩矿砂中附着的水分以及多余的结晶水，使珍珠岩矿砂中的结晶水符合高温焙烧瞬间膨胀所需的结晶水；一般将预热炉中的预热温度保持在380℃，以使得预热后的珍珠岩矿砂中结晶水的重量含量保持在2％，该重量含量保持在2％的结晶水，最佳预热停留时间为30分钟，可使得珍珠岩矿砂经步骤S3中高温焙烧可瞬间膨胀到其体积倍数的10～20倍；
进一步地，本步骤中，将预热脱水的珍珠岩矿砂、氟化钙、固化剂、木焦油、硅烷偶联剂按照重量比为100：10：5：8：3的比例进行搭配，其中，氟化钙为具有疏水性的粉末状氟化钙粉末，固化剂为氟硅酸钠，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷的一种或者多种组合；先将预热脱水的珍珠岩矿砂投放在搅拌机机筒中，在珍珠岩矿砂表面涂覆氟化钙(粉末状)并进行预混2-5分钟，使氟化钙粉末均匀涂布在珍珠岩的表面，混合均匀后再加入固化剂(氟硅酸钠)木焦油、硅烷偶联剂，混合均匀后进行干燥脱水。本步骤中采用在珍珠岩表面涂敷氟化钙，利用氟化钙附着在珍珠岩的表面，并允许少量氟化钙进入表层缝隙、裂纹和孔洞中，使得氟化钙分布在珍珠岩表面、缝隙和晶粒之间，可以防止后续加入的防水剂的进入珍珠岩矿砂颗粒的内部，保证了膨胀珍珠岩内部蜂窝状微孔不被防水剂充填。在高温受热的条件下，氟化钙与珍珠岩矿砂颗粒烧结，由于氟化钙进入珍珠岩表层的裂纹和孔洞之中，高温烧结后能修补珍珠岩矿砂颗粒表层的裂纹和较大孔洞，从而提高珍珠岩的闭孔效果和耐压强度。
步骤S3：高温焙烧膨胀，将步骤S2中预热脱水的的珍珠岩矿砂经提升机投入到膨胀炉进行高温焙烧以达到瞬间膨胀，温度控制在950℃～1000℃之间，高温焙烧的时间控制在1～2s；经高温焙烧的珍珠岩矿砂，其内部具有蜂窝状多孔结构的蓬松疏松内核，其外层为形成具有微小开孔的致密层；经过高温焙烧膨胀的珍珠岩矿砂颗粒均匀饱满，平均粒径范围在2～10mm，内部蜂窝状多孔结构的孔隙率可达到50％～60％，松散密度(容重)为60～80kg/m3。
步骤S4：膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理，将步骤S3中高温焙烧的膨胀珍珠岩矿砂添加至容置罐中，容置罐为具有一定容积的密封罐体，本发明的容置罐采用立式容置罐，容置罐的顶端与底端分别设有进料口与出料口，进料口与出料口分别设有电机驱动的密封旋转阀，容置罐的底部可以设置有氮气入口、顶部可以设置有氮气出口。利用负压引风机将热氮气自容置罐的底部氮气入口不断引入容置罐的容腔内，热氮气的温度控制在250℃～300℃，以在容置罐内形成氮气环境，使得容置罐内的膨胀珍珠岩矿砂保持脱水、烘干状态，防止容置罐内的膨胀珍珠岩矿砂在膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中含水量增加并吸附大量不凝性气体。在膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜处理过程中，利用喷雾装置将液态的高聚物重金属离子吸附剂以水雾状均匀喷入容置罐的容腔内并与膨胀珍珠岩矿砂混合，以对容置罐容腔内的膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理处理。更佳地，利用抽真空装置将容置罐容腔内进行抽真空处理，并利用离心装置将容置罐容腔内的膨胀珍珠岩矿砂进行充分搅拌，以使得高聚物重金属离子吸附剂与膨胀珍珠岩矿砂颗粒的外表面充分接触并形成一层薄膜，达到最佳的覆膜效果。其中，容置罐内的负压真空度，可以依据需要膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜的厚度而在较宽的数值(0.06～0.09MPa)内选取，离心装置装置的转速在200r/min～250r/min为宜，离心搅拌的时间为10～20min，具体数值可以根据实际加工工艺要求而选取。通过大量的试验数据表明，真空度维持在0.08MPa、离心装置的转速为230r/min、离心搅拌的时间为18min较为适宜，通过膨胀珍珠岩矿砂表面涂敷的氟化钙、以及其内部蜂窝状结构微孔内锁住的空气与容置罐内的氮气形成压强差，使得高聚物重金属离子吸附剂只在膨胀珍珠岩矿砂带有微孔的表层包裹形成一层高聚物重金属离子吸附剂覆膜，高聚物重金属离子吸附剂覆膜厚度约为0.2～1mm，而不会造成过多的高聚物重金属离子吸附剂进入并充填膨胀珍珠岩矿砂内部的蜂窝状结构微孔。因此，一方面，这可以有效减少高聚物重金属离子吸附剂喷入到膨胀珍珠岩矿砂内部蜂窝状结构微孔内，节约高聚物重金属离子吸附剂的使用成本；另一方面，其可保证膨胀珍珠岩矿砂内部具有较高的空隙率，避免高聚物重金属离子吸附剂充填膨胀珍珠岩矿砂内部蜂窝状结构微孔而降低膨胀珍珠岩的可吸附重金属离子的有效空间。
在对膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中，保持在氮气循环流通环境中进行，避免由于膨胀珍珠岩矿砂内部蜂窝状结构内锁住的空气不断释放，造成容置罐容腔内的真空度难以维持，导致膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜处理过程中效果变差。本步骤中，用热氮气不断对容置罐容腔内的珍珠岩进行复热、干燥，能够有效减少膨胀珍珠岩矿砂在膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中的含水量，置换出膨胀珍珠岩矿砂内部蜂窝状结构吸附的不凝性气体，并使得膨胀珍珠岩矿砂保持烘干加热状态，有利于提高膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜处理的喷涂效果。
本步骤中的热氮气产生装置与容置罐的底部的氮气入口相连通，热氮气产生装置用于将液氮罐内的液氮进行汽化并加热而产生所需温度的热氮气，其还可以对产生的热氮气进行压强调节，待膨胀珍珠岩矿砂加入容置罐后，在对膨胀珍珠岩矿砂进行烘干、防潮的同时，还可以将粒度较小的膨胀珍珠岩矿砂作为粉尘、以及离心搅拌的过程中产生的珍珠岩粉尘随热氮气从容置罐的顶部的氮气出口排出，使得容置罐容腔内的膨胀珍珠岩矿砂满足表面覆膜处理的粒度要求。
本步骤中的喷雾装置用于将高聚物重金属离子吸附剂以雾状均匀地喷涂在膨胀珍珠岩矿砂的表面，本步骤中的抽真空装置可以是与容置罐相互连通的真空泵，本步骤中的离心装置可以是用电机带动搅拌轴以及搅拌页旋转的搅拌器，膨胀珍珠岩矿砂在膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中，通过离心装置对容置罐容腔内的膨胀珍珠岩矿砂进行离心搅拌，同时喷雾装置的喷头从不同的部位和不同的方向不断向容置罐容腔内喷出雾状高聚物重金属离子吸附剂，这样通过离心搅拌和高聚物重金属离子吸附剂的雾状喷涂，使得高聚物重金属离子吸附剂与膨胀珍珠岩矿砂比较均匀地混合，以保证膨胀珍珠岩矿砂的外表面充分与高聚物重金属离子吸附剂接触，从而有效提高珍珠岩外表面的高聚物重金属离子吸附剂覆膜的效果。
本步骤中的膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜处理中所用的高聚物重金属离子吸附剂为有机硅类的憎水剂与聚甲基丙烯酸羟乙基酯的混合溶液，优选的，本实施例的有机硅类的憎水剂为一种反应型聚二甲基硅氧烷水性乳液，使用时，二甲基硅氧烷水性乳液和聚甲基丙烯酸羟乙基酯均可以任意的比例与水进行稀释，二甲基硅氧烷水性乳液和聚甲基丙烯酸羟乙基酯的用量分别在被处理膨胀珍珠岩材料质量的0.5～2％和5％～10％之间，具体使用量取决于对被处理材料具体的覆膜处理要求。最佳地，将1000克的聚二甲基硅氧烷水性乳液和1500克聚甲基丙烯酸羟乙基酯混合液与50kg的去离子水混合形成高聚物重金属离子吸附剂溶液，并用喷雾装置将混合均匀的高聚物重金属离子吸附剂溶液通过喷涂的方式，在容置罐内对100kg的膨胀珍珠岩矿砂在容置罐内抽真空离心搅拌的条件下进行表面覆膜处理。将经过表面覆膜处理过的膨胀珍珠岩矿砂置于50℃的烘箱中干燥1天即可制备得本发明的用于去除工业废水中重金属离子的珍珠岩吸附剂颗粒。本步骤中的高聚物重金属离子吸附剂以喷雾加入的方式喷涂在膨胀珍珠岩的表面，不会让聚二甲基硅氧烷高聚物重金属离子吸附剂大部分渗透到膨胀珍珠岩内部，有利于高聚物重金属离子吸附剂的均匀分布，达到良好的膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜效果。
采用采用表面涂敷氟化钙的方法对珍珠岩矿砂进行表面改性，然后在膨胀珍珠岩表面进行高聚物重金属离子吸附剂覆膜处理，以膨胀珍珠岩为骨架，以膨胀珍珠岩内部蜂窝状多孔结构的微孔为吸附载体，以高聚物重金属离子吸附剂聚甲基丙烯酸羟乙基酯具有的氨基、羟基等活性功能基团，这些氨基、羟基等活性基团具有较强的选择性络合某些重金属能力，而且吸附性能也较强，从而对废液中的重金属离子具有的选择性吸附，尤其对某些重金属离子(如铜、汞、铅等)特有的选择行吸附和较高的吸附能力；通过大量试验表明，经过高聚物重金属离子吸附剂中含有的成分聚二甲基硅氧烷水性乳液对膨胀珍珠岩进行憎水处理，膨胀珍珠岩的吸水率为原重量的10％～15％，而未经处理的珍珠岩的吸水率则远大于100％，因此在高聚物重金属离子吸附剂内混合二甲基硅氧烷憎水剂，以实现膨胀珍珠岩达到疏水的效果，保持膨胀珍珠岩内部蜂窝状多孔结构的微孔具有较低的吸水率，而使得膨胀珍珠岩内部蜂窝状多孔结构的微孔不会因为吸水过多而影响其吸附重金属离子的能力。
在制得的珍珠岩吸附剂颗粒成品中，选取颗粒直径为3mm的珍珠岩吸附剂颗粒，由于膨胀珍珠岩松散密度(容重)为60～80kg/m3，，质量较轻，且膨胀珍珠岩表面喷涂有聚二甲基硅氧烷水性乳液憎水剂，使得膨胀珍珠岩表面表现出较好的疏水性能，由于膨胀珍珠岩内部具有丰富的蜂窝状结构的微孔，因此内部干燥的膨胀珍珠岩具有类似活性炭的吸附功能；然后利用膨胀珍珠岩表面的高聚物重金属离子吸附剂覆膜层，以膨胀珍珠岩内部蜂窝状多孔结构的微孔为吸附载体，通过高聚物重金属离子吸附剂聚甲基丙烯酸羟乙基酯具有的氨基、羟基等等活性基团具有较强的选择性络合某些重金属能力，从而对废液中的重金属离子具有的选择性吸附，尤其对某些重金属离子(如锌、铜、镍、汞、镉、铅、铬等)特有的选择行吸附和较高的吸附能力。因此，可将珍珠岩吸附剂颗粒浸泡在工业废水中，大量珍珠岩吸附剂颗粒就可以对工业废水中的重金属离子(如锌、铜、镍、汞、镉、铅、铬等)进行选择性吸附。
对本发明制备的珍珠岩吸油剂颗粒的吸附水面油污进行测试：首先在1200ml的圆形容器(内径20cm)中加入1000ml蒸馏水，将100cm3体积的粒径为5mm的珍珠岩吸附剂颗粒投入到圆形容器内，在室温20℃、吸收时间为3个小时，测得平均100cm3珍珠岩吸油剂颗粒吸附10.8ml蒸馏水；然后在另一个1200ml的圆形容器(内径20cm)中配制出200mg/L的重金属离子(铬、铜、铅、锌离子各200mg)水溶液，将100cm3体积的粒径为5mm的珍珠岩吸油剂颗粒投入到圆形容器内，在室温20℃、吸收时间为3个小时，铬、铜、铅、锌离子分别从初始浓度100.0mg/L分别降到1.08、3.14、2.03和0.45mg/L，达到了良好的吸附效果，有效去除了重金属离子水溶液中的各种重金属离子。
步骤S5：将步骤S4中制备的表面具有高聚物重金属离子吸附剂覆膜层的膨胀珍珠岩投入具有高浓度重金属离子的工业废液中，直至膨胀珍珠岩吸附的重金属离子达到饱和状态，将处于吸附饱和状态的膨胀珍珠岩从工业废液中集中打捞出来备用。
步骤S6：将步骤S5中吸附有重金属离子的膨胀珍珠岩与污水处理厂的污泥组成的污泥营养土配料输入搅拌机中搅拌；搅拌均匀后，将污泥营养土输送到发酵池中自然发酵10天，并将经过自然发酵后的污泥营养土pH值控制在5.5～7.0，可以提高污泥营养土的利用率，有利于植物全面吸收污泥营养土中的营养，确保植物能正常快速生长发育。将经过自然发酵后的污泥营养土输入压片机中压缩为珍珠岩压缩营养土片状物，珍珠岩压缩营养土片状物的厚度控制在20～30mm。
本步骤中污泥营养土是由下列组分按重量百分比组成：污水处理厂的污泥为50～60％、酸化后的膨胀珍珠岩为15～20％、肥料组分A为5～10％和辅料为10％～20。其中，酸化后的膨胀珍珠岩是按重量百分比由下列组分组成：步骤S5中吸附有重金属离子的膨胀珍珠岩混合物78％、稀硫酸20％和硫酸亚铁2％；稀硫酸的配料按重量百分比由下列组分组成，浓度为98％的浓硫酸8％和水92％；肥料组分A为动物粪便生物肥发酵菌种溶液、生物型营养液的一种或者多种；辅料为草炭土、腐叶土、椰糠和蛭石中的一种或者多种。
步骤S7：将步骤S6中的珍珠岩压缩营养土片状物输送到微波带式干燥灭菌机中进行低温灭菌和干燥，温度控制在80～150℃，时间控制在60～80分钟，灭菌和干燥后的珍珠岩压缩营养土片状物含水量≤15％；
步骤S8：将步骤S7中灭菌和干燥后的珍珠岩压缩营养土片状物，输送到保温灭菌库中，利用珍珠岩压缩营养土片状物中自身的余热，继续进行灭菌和干燥，珍珠岩压缩营养土片状物冷却后包装为珍珠岩压缩营养土的成品。
珍珠岩压缩营养土中含有大量的氮、磷、钾、有机质和多种微量元素，是一种营养成份齐全、肥效高、无毒、无菌、无害、无臭味和保水性能好的优质营养土，能提供植物生长所必须的营养元素，不使用化学肥料和化学农药，减少病原菌和害虫对植物的危害，有利于植物的正常生长发育。珍珠岩压缩营养土的配料中大量采用各种废弃物，尤其是巧妙地将工业废水中存在的大量有害重金属离子进行回收处理并用于营养土的培养基质，用于种植可吸收重金属离子的多肉景观植物，不仅有利于提高资源利用率，还能减少城市污水处理过程中的污泥占用土地，不但能带来良好的经济效益、环境效益和社会效益，而且能实现变废为宝，避免工业废液中的重金属离子给周围环境带来重大污染。
膨胀珍珠岩具有很适合植物生长的物理特性，膨胀珍珠岩内部具有高达60％的孔隙率，外部包覆有一层憎水剂薄膜层，可以避免营养土过于潮湿结块而保持营养土内部具有较好的通气性，有利于植物的的生长；此外，膨胀珍珠岩具有较高的孔隙率和较大的比表面积，给营养土里的有益于植物生长的微生物提供良好的生存繁殖环境，因此，在植物生长时，植物的根部与膨胀珍珠岩接触，可以在植物根部周围既能够提供足够的空气、又能形成有利于微生物繁殖的有用物质及好的生长环境，达到微生物与植物良好共生的关系。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (1)

1.一种可处理废液中重金属的珍珠岩压缩营养土的生产方法，其特征在于：它包括如下步骤，
步骤S1：原料矿砂筛选，选择按质量百分比组分为二氧化硅72％～75％、三氧化二铝15～18％、氧化铁0.5～1％、氧化钠2.9％～3.5％、氧化钙0.5～2％、氧化钾2.5～3％、氧化锰0.1％～0.4％、水余量的珍珠岩矿砂作为原料，并筛选出粒度为0.2～0.5mm的珍珠岩矿砂为原料矿砂；
步骤S2：矿砂预热，将步骤S1中筛选的符合加工工艺要求规格的珍珠岩矿砂经漏斗投入预热炉内进行预热脱水，以去除珍珠岩矿砂中附着的水分以及多余的结晶水，使珍珠岩矿砂中的结晶水含量符合高温焙烧瞬间膨胀所需的结晶水含量要求；
步骤S3：高温焙烧膨胀，将步骤S2中预热脱水的珍珠岩矿砂经提升机投入到膨胀炉炉膛内进行高温焙烧以达到瞬间膨胀，温度控制在950℃～1000℃之间，高温焙烧的时间控制在1～2s；经高温焙烧的珍珠岩矿砂，其内部具有蜂窝状多孔结构的蓬松疏松内核，其外层为形成具有微小开孔的致密层；
步骤S4：膨胀珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理，将步骤S3中高温焙烧的膨胀珍珠岩矿砂定量加入至容置罐中，利用喷雾装置将液态高聚物重金属离子吸附剂以水雾状均匀地喷入容置罐内，使高聚物重金属离子吸附剂与膨胀珍珠岩矿砂充分混合，以膨胀珍珠岩矿砂颗粒表层进行覆膜改性处理，再将经过覆膜改性处理过的膨胀珍珠岩矿砂置于50℃的烘箱中干燥1天，即可制备得到可吸附重金属离子的膨胀珍珠岩吸附剂颗粒；
步骤S5：将步骤S4中制备的可吸附重金属离子的膨胀珍珠岩吸附剂颗粒投入具有高浓度重金属离子的工业废液中，直至膨胀珍珠岩吸附的重金属离子达到饱和状态，将处于吸附饱和状态的膨胀珍珠岩从工业废液中进行集中打捞以备用；
步骤S6：将步骤S5中吸附有重金属离子的膨胀珍珠岩与污水处理厂的污泥组成的污泥营养土配料输入搅拌机中搅拌；待搅拌均匀后，将污泥营养土配料输送到发酵池中自然发酵10天；将经过自然发酵后的污泥营养土输入压片机中压缩为珍珠岩压缩营养土片状物，珍珠岩压缩营养土片状物的厚度控制在20～30mm；
步骤S7：将步骤S6中的珍珠岩压缩营养土片状物输送到微波带式干燥灭菌机中进行低温灭菌和干燥，温度控制在80～150℃，时间控制在60～80分钟，灭菌和干燥后的珍珠岩压缩营养土片状物含水量≤15％；
步骤S8：将步骤S7中灭菌和干燥后的珍珠岩压缩营养土片状物，输送到保温灭菌库中，利用珍珠岩压缩营养土片状物中自身的余热，继续进行灭菌和干燥，待珍珠岩压缩营养土片状物冷却后包装为珍珠岩压缩营养土的成品；
其中，所述步骤S2中，预热炉中的最佳预热温度为380℃，以使得预热后的珍珠岩矿砂中结晶水的重量含量保持在2％，最佳预热停留时间为30分钟，以使得珍珠岩矿砂经所述步骤S3中高温焙烧达到瞬间膨胀到其体积倍数的10～20倍；所述步骤S2中将预热脱水的珍珠岩矿砂、氟化钙、固化剂按照重量比为100∶10∶5的比例进行搭配，先将预热脱水的珍珠岩矿砂投放在搅拌机机筒中，在珍珠岩矿砂表面涂覆氟化钙，再加入氟硅酸钠固化剂并混合均匀，进行干燥脱水；
步骤S4中用于珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理的容置罐为具有一定容积的密封罐体，所述容置罐的顶端与底端分别设有进料口与出料口，进料口与出料口分别设有电机驱动的密封旋转阀，容置罐的底部设置有氮气入口、顶部设置有氮气出口，利用负压引风机将热氮气自容置罐的底部氮气入口不断引入容置罐的容腔内，热氮气的温度控制在250℃～300℃，以在容置罐内的膨胀珍珠岩在高温氮气环境下进行珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理；
所述步骤S4中的珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中，利用抽真空装置将所述容置罐进行抽真空处理，并利用离心装置对膨胀珍珠岩矿砂进行充分搅拌，以使得憎水剂与膨胀珍珠岩矿砂颗粒的外表面充分接触，以提高覆膜改性处理效果；所述容置罐内的真空度维持在0.08MPa，所述离心装置的转速为230r/min，所述离心装置离心搅拌的时间18min；所述步骤S4中的珍珠岩矿砂表面覆膜改性处理过程中所用的高聚物重金属离子吸附剂为有机硅类的憎水剂与聚甲基丙烯酸羟乙基酯的混合溶液；所述有机硅类的憎水剂的用量为被处理膨胀珍珠岩质量的0.5～2％，所述聚甲基丙烯酸羟乙基酯的用量为被处理膨胀珍珠岩质量的5％～10％；所述步骤S6中经过自然发酵后的污泥营养土pH值控制在5.5～7.0；
所述步骤S6中污泥营养土是按重量百分比由污水处理厂的污泥50～60％、酸化后的膨胀珍珠岩15～20％、肥料组分A5～10％和辅料10％～20％组成；所述酸化后的膨胀珍珠岩是按重量百分比由吸附有重金属离子的膨胀珍珠岩混合物78％、稀硫酸20％和硫酸亚铁2％组成；
所述肥料组分A为动物粪便生物肥发酵菌种溶液、生物型营养液的一种或者多种；所述辅料为草炭土、腐叶土、椰糠和蛭石中的一种或者多种组合。
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