CN107855101A - 利用沸石和玻璃制备强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用沸石和玻璃制备强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料及制备方法，先将沸石和玻璃混合，经球磨得到粉体配合料，再经发泡、退火处理得到新型的生物填料；填料制备所用的沸石为普通的矿石，玻璃是普通的平板玻璃。沸石的微孔结构适合微生物生长繁殖，将其进行微生物的适当引种、培养及驯化后，应用到污水脱氮领域，不仅可发挥其优良的吸附氮磷的性能，而且能利用微生物作用有效地去除各种形态的有机物和氮磷等物质。另外，悬浮式填料经过微生物附着可以控制在接近水体的密度，在污水处理方面具有无需固定支架，在全池流动性好，动力消耗小，孔隙率大，不易结团等优点，是一种很有前景的水处理填料。

Description

利用沸石和玻璃制备强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料及制 备方法

本申请为申请号为201510541822.5、申请日为2015年08月31日、发明名称为“一种强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料及其制备方法和用途”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明属于环保材料领域，尤其涉一种强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料及其制备方法和用途。

背景技术

污水处理方式较多，生物膜法的应用优势，膜技术的出现减轻了水污染的现象。随着城市的不断发展，新兴行业不断的出现，环境污染的现象也加速的恶化。因此我国的水处理行业也在根据大环境的发展需要，加速更新技术。污水处理中运用了生物膜技术来缓解企业的水处理压力及污水对人们生活环境的污染。生物膜技术中，填料十分重要。悬浮填料，主要有多孔旋转球形悬浮填料，是对国内处理污水、生物膜悬浮生物填料法处理技术采用的多种填料中开发的最新系列产品。主要起生物膜载体的作用，同时兼有截留悬浮物的作用，具有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高、化学和生物稳定性好、经久耐用、不溶出有害物、不引起二次污染、防紫外线、抗老化、亲水性能强等特点，在使用过程中，微生物易生成、易更换、耐酸碱、抗老化、不受水流影响、使用寿命长，剩余污泥少，安装方便。

泡沫玻璃是指在各种矿物废渣中通过添加适量的发泡剂、助溶剂及各种改性添加剂等经混合形成均匀的配合料,然后放入到特定的模具中,经过预热、熔融、发泡、冷却等工艺制成的多孔玻璃材料。泡沫玻璃内部充满无数微小、均匀、连通或封闭的气孔,是一种均匀的气相和固相体系。泡沫玻璃具有密度低、闭气孔量较多、热膨胀系数低、导热系数小、热学性能稳定、不燃烧、工作温度范围宽、使用寿命长、不受虫害、耐腐烛性能强、易机械加工、施工方便等各种优点,是一种性能优越的隔热、吸音、防潮、防火的轻质建筑材料和装饰材料，被用户称之为绿色环保型绝热材料。现在，泡沫玻璃在国内应用很少，是一种新型的材料，可以作为节能窗玻璃或是建筑围护结构的保温隔热材料。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种利用沸石和玻璃制备强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料，具体技术方案如下：

利用沸石和玻璃制备强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料由粉体配合料经发泡、退火处理制得，生物填料含有发泡的孔隙，体积密度为0.5-0.8g/cm³，比表面积为8.2m²/g以上，孔隙率为50％以上；粉体配合料的成分和质量份数为：

玻璃粉末：16-20份；

大理石粉末：1-3份；

其中玻璃粉末和大理石粉末均为200目以上的粉末。

作为优选，填料的成分还包括：

沸石粉末：2-4份；

其中沸石粉末为200目以上的粉末。

本发明的另一目的在于提供一种所述水处理悬浮式填料的制备方法，具体步骤为：将粉体配合料的各原料均匀混合后得到粉体配合料；将配合料装入模具中，按照以下烧制温度烧成：以10-15℃/min的升温速率升温至400-500℃，保温20-30min；再以10-15℃/min的升温速率升温至1000-1100℃，保温10-20min；然后以20-25℃/min的降温速率降温至850-900℃，最后自然冷却到常温，得到该水处理悬浮式填料；

其中粉体配合料的各原料成分及质量份数分为两种方案：

方案一：

玻璃粉末：16-20份；

大理石粉末：1-3份；

方案二：

玻璃粉末：16-20份；

大理石粉末：1-3份；

沸石粉末：2-4份；

其中玻璃粉末、大理石粉末和沸石粉末均为200目以上的粉末。

本发明的第三个目的在于提供一种上述两种水处理悬浮式填料在同时处理废水中氮和磷的用途。

作为上述用途的优选，其具体处理方法为：将生物填料填充于人工湿地中，使待处理废水通过该生物填料，通过生物填料自身的吸附性能对废水中的磷进行处理；继续将生物填料置于湿地中待其挂膜，挂膜后通过微生物进一步对废水中的氮、磷及有机物进行处理。

本发明的第四个目的在于提供另一种上述两种水处理悬浮式填料的用途，其特征在于，将上述填充于人工湿地中，处理完废水且失效的生物填料磨成粉末，作为土壤改良剂抛洒或翻耕于土壤中。

本发明的有益效果：

1.本发明的水处理悬浮式填料含有发泡的孔隙，填料的体积密度在0.8g/cm³左右，比表面在4.2m²/g以上，孔隙率在50％以上，吸水率超过30％，比表面积大，容易挂膜，且成膜时间较短，膜均匀且不易脱落，膜中物种高级、丰富。

2.水处理悬浮式填料密度小于水，具有和常用空心悬浮球填料一样的悬浮特性，流化性好，不易堵塞，设备简单，造价低，运行费用低；而且该填料的制备采用了成本低廉的废弃物，实现了资源化回收利用。

3.水处理悬浮式填料充分结合了固定生物沸石填料对污水中氨氮的高去除性能,且抗负荷变化能力较强,推广到污水的再生回用水处理工艺中将有较好的前景。

4.水处理悬浮式填料在进行人工湿地处理失效后，还能用于制备土壤改良剂，实现多重利用。

具体实施方式

实施例1：

将废玻璃和大理石磨至200目以上，取18g玻璃粉末和2g大理石粉末混合后得到粉体配合料，用于经发泡、退火处理制备生物填料。废玻璃可以是废弃的平板玻璃、压花玻璃、瓶罐玻璃或阴极射线管玻璃等。水处理悬浮式填料的具体制备方法为：

将上述制得的粉体配合料堆积到箱式电阻炉中的模具中，粉体配合料在加热炉中经预热、升温加热和发泡加热后进行快速冷却制得烧结发泡加热物，然后将烧结发泡加热物从电阻炉中取出后自然冷却至室温即可以得到具有吸附效果的生物填料，具体温度控制情况为：自室温以10℃/min的升温速率升温至400℃，保温30min；再以10℃/min的升温速率升温至 1000℃，保温10min；然后以25℃/min的降温速率降温至850℃，最后自然冷却到常温25℃，得到该水处理悬浮式填料。该填料的形态为：填料的表面和内部充满微小、连通或封闭的气孔。填料整体机械强度较强。填料含有发泡的孔隙，在多次烧结过程中，由于电阻炉本身热量散布不均匀，因此烧结得到的填料性质略微存在差异，但总体上：填料的体积密度为 0.5-0.8g/cm³，比表面积为8.2m²/g以上，孔隙率为50％以上。烧结得到的填料吸水率在30％以上，耐酸度在99.5％以上，具有优异的化学稳定性。而且填料密度小于水，具有和常用空心悬浮球填料一样的悬浮特性,流化性好,不易堵塞,设备简单,造价低,运行费用低。

通过以下试验验证其对废水中磷的吸附效果：

含氮磷废水的制备：取2个烧杯中配制100ml的含氮磷废水，其中磷酸氢钾的浓度为 10mg/L，氯化铵的浓度为50mg/L混合均匀后，静置。

2个烧杯中一个放入6g生物填料、剩余一个为对照组，2个烧杯用保鲜膜密封。每隔12 小时，共36小时，对两组的废水中的氮磷浓度进行测量。

实施例1的废水在不同时段的氨氮、总磷浓度 单位mg/L

由此表明，填料对废水中的磷具有明显且快速的吸收能力，但该配比下，填料对氮的吸附能力较弱。因此该生物填料可用于处理含磷废水。具体处理方法为：将生物填料填充于人工湿地的填料层中，使待处理废水通过该生物填料，首先通过生物填料自身的吸附性能对废水中的磷进行初步处理，降低其初始浓度；然后继续将生物填料置于湿地中，使微生物在填料表面生长，待其挂膜后通过微生物进一步对废水中的氮、磷及有机物进行处理。

基于上述处理方法，该强化吸附磷的生物填料可以实现另外一种用途，即将上述填充于人工湿地中处理完废水且失效的生物填料，即填料对废水的处理能力无法满足人工湿地要求后，将其取出，并将其磨成粉末，作为土壤改良剂抛洒或翻耕于土壤中。

实施例2

本实施例中，将废玻璃、大理石和沸石磨至200目以上，取18g玻璃粉末、2g大理石粉末和3g沸石粉末混合后得到粉体配合料，用于经发泡、退火处理制备生物填料。废玻璃可以是废弃的平板玻璃、压花玻璃、瓶罐玻璃或阴极射线管玻璃等。水处理悬浮式填料的具体制备方法与实施例1相同。但具体温度控制情况存在差异。

本实施例中温度控制为：

以15℃/min的升温速率升温至500℃，保温20min；再以15℃/min的升温速率升温至 1100℃，保温20min；然后以20℃/min的降温速率降温至900℃，最后自然冷却到常温。烧结得到的填料性质与实施例1得到的填料性质基本相同，各指标均处于上述范围内。

同样按照实施例1试验方法对本例中制备的生物填料的吸附效果进行验证，结果如下：

实施例2的废水在不同时段的氨氮、总磷浓度 单位mg/L

由此表明，填料对废水中的氮、磷均具有明显且快速的吸收能力，因此该生物填料可用于同时处理废水中氮和磷。该生物填料可用于作为人工湿地填料。处理完废水且失效的生物填料可以磨成粉末，作为土壤改良剂抛洒或翻耕于土壤中。

对比例1

本实施例利用市场上买到的市售的某环保公司生成的发泡玻璃(与本发明的填料相似)，按照实施例1的试验方案验证其对废水中磷的吸附效果，得到的实验结果：

对比例1的废水在不同时段的氨氮、总磷浓度 单位mg/L

由此表明市售的泡沫玻璃对废水中氨氮、磷的吸附能力较弱。而本发明的制备方法中创新性的利用沸石具有的吸附性，配合玻璃在大理石发泡的情况下，制作成的悬浮式生物填料除了具有填料本身的特性外，还对水中的磷具有良好的吸附此效果。这是对生物填料的一种改进，并且提供了新的泡沫玻璃的应用领域。市售填料与本发明制备的填料相比，吸附容量远远小于本发明。因此，本发明的相对于现有的发泡玻璃对废水中磷具有较好的吸附能力，是一种环保、低成本的新型吸附材料。

Claims (3)

1.一种利用沸石和玻璃制备强化氮磷吸附的水处理悬浮式填料，其特征在于,它由粉体配合料经发泡、退火处理制得，生物填料含有发泡的孔隙，体积密度为0.5-0.8g/cm³，比表面积为8.2m²/g以上，孔隙率为50％以上；粉体配合料的成分和质量份数为：

玻璃粉末：16-20份；

大理石粉末：1-3份；

其中玻璃粉末和大理石粉末均为200目以上的粉末。

2.如权利要求1所述的水处理悬浮式填料，其特征在于，填料的成分还包括：

沸石粉末：2-4份；

其中沸石粉末为200目以上的粉末。

3.一种水处理悬浮式填料的制备方法，其特征在于，将粉体配合料的各原料均匀混合后得到粉体配合料；将配合料装入模具中，按照以下烧制温度烧成：以10-15℃/min的升温速率升温至400-500℃，保温20-30min；再以10-15℃/min的升温速率升温至1000-1100℃，保温10-20min；然后以20-25℃/min的降温速率降温至850-900℃，最后自然冷却到常温，得到该水处理悬浮式填料；

其中粉体配合料的各原料成分及质量份数分为两种方案：

方案一：

玻璃粉末：16-20份；

大理石粉末：1-3份；

方案二：

玻璃粉末：16-20份；

大理石粉末：1-3份；

沸石粉末：2-4份；

其中玻璃粉末、大理石粉末和沸石粉末均为200目以上的粉末。