CN108793288A - 一种可重复使用的污水处理材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可重复使用的污水处理材料，属于污水处理领域，包括球状核，球状核的外部包覆有吸附层。主要通过将球状核与混合粉按比例在制丸机中制成球状坯丸，坯丸经过干燥得到干坯丸，干坯丸经过烧结即得。所述可重复使用的污水处理材料对生活污水中污染物的吸附效率高，吸附效果好，能够重复使用100次以上，有利于节约资源；在吸附污水后与污水分离只需要使用滤网进行过滤即可分离，过滤过程中无需加压处理，操作简单方便。

Description

一种可重复使用的污水处理材料

技术领域

本发明涉及一种可重复使用的污水处理材料，属于污水处理技术领域。

背景技术

凹凸棒石粘土简称凹凸棒土，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，在其结构中存在晶格置换，晶体中含有不定量的Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，晶体呈针状、纤维状或纤维集合状。凹凸棒土具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。

加工后的凹凸棒土制品是较为理想的吸附剂、食品加工助剂和食品添加剂，可取代活性炭。它不仅能脱色，还可除臭除味，除重金属离子和致癌物质，还具有一定的选择性，这就为生产提供了便利，它可作为污水处理剂，效果极为明显。凹凸棒石粘土选择吸附能力大小的次序为：水>醇>酸>醛>正烯烃>中性脂>芳香烃>环烷烃>烷烃，直链烃>环烷烃>烷烃，直链烃比支链烃吸附得快。

水净化的常规方法是经过絮凝、沉淀、过滤和化学处理，一般能有效地除去大多数污物和杀死大多数微生物，然而不能很有效地除去诸如激素、农药、病毒、毒素和重金属离子等类物质。这些有害物质仍留在水源中，给人造成危害。而凹凸棒土可用接触或过滤技术处理水，可以消除这些有害物质。若使吸附污染物的凹凸棒土再生，可加热或以化学剂加以处理，这使得凹凸棒土可重复利用。但是，目前直接循环使用凹凸棒土会导致凹凸棒土的吸附性能下降，通常重复使用20~50次后即需要更换；并且使用凹凸棒土通常是制成粉状来处理污水，这使得凹凸棒土在回收利用时，需要利用滤布来过滤，为保证过滤效率，通常还需要加压处理，操作较为麻烦。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种可再生（可重复使用）的污水处理材料，具体技术方案如下：

一种可重复使用的污水处理材料，包括球状核，所述球状核的外部包覆有吸附层。

作为上述技术方案的改进，所述球状核由水浮石制成。

作为上述技术方案的改进，所述球状核的粒径为0.3~0.4cm。

作为上述技术方案的改进，将球状核与混合粉按照质量比（66~72）:（33~38）的比例在制丸机中制成球状坯丸，在制丸过程中不断的向制丸机内部喷洒水雾；所述坯丸在50~60℃的温度下干燥8~10h得到干坯丸，将干坯丸送入到烧结炉内部进行烧结，烧结温度为760~765℃，烧结后的干坯丸即为所述可重复使用的污水处理材料。

作为上述技术方案的改进，所述混合粉的制法如下：将凹凸棒土、膨润土、玻璃粉、改性石墨粉、沸石粉、碳酸氢钠、草酸镁按照质量比100:（22~26）:（17~19）:（33~36）:（19~21）:（29~31）:（11~13）的比例在球磨机中球磨后过80目筛即制成所述混合粉。

作为上述技术方案的改进，所述改性石墨粉的制法如下：将过30~40目的石墨粉、过30~40目的黏土粉、碳酸锌、碳酸钠、水按照质量比100:（35~39）:（29~33）:（25~27）:（35~40）的比例混合搅拌成泥料，将泥料制成长条状并自然晾干得到条坯，将条坯放入真空烧结炉中进行真空烧结得到烧结棒，烧结温度为885~895℃；将烧结棒粉碎成过80目的粉体即得到所述改性石墨粉。

作为上述技术方案的改进，所述球磨机在进行球磨作业时的温度不超过50℃。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃粉由硅酸盐玻璃粉碎制成。

作为上述技术方案的改进，所述坯丸的含水量为16~19%。

作为上述技术方案的改进，所述可重复使用的污水处理材料的孔隙率为1.88%~2.12%，所述可重复使用的污水处理材料的吸水率为0.63%~0.70%。

本发明的有益效果：

1）、本发明所述可重复使用的污水处理材料对生活污水中污染物的吸附效率高，吸附效果好。

2）、本发明所述可重复使用的污水处理材料对生活污水中化学需氧量的去除率达95.17%，对悬浮物的去除率达96.23%，对总磷的去除率达83.35%，对铵态氮的去除率达76.92%，对有机磷杀虫剂的去除率达85.11%，对氯化烟酰类杀虫剂的去除率达89.66%。

3）、本发明所述可重复使用的污水处理材料在经过100次的回收重复利用后，仍对生活污水中的污染物保持优良的吸附效果；即使经过100次的回收利用，对悬浮物、铵态氮、氯化烟酰类杀虫剂的去除率仍然能达到72%~92%。本发明所述可重复使用的污水处理材料能够重复使用100次以上，有利于节约资源。

4）、本发明所述可重复使用的污水处理材料在吸附污水后与污水分离只需要使用滤网进行过滤即可分离，过滤过程中无需加压处理，操作简单方便。

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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

实施例1

P1.1、将100Kg过30~40目的石墨粉、35Kg过30~40目的黏土粉、29Kg碳酸锌、25Kg碳酸钠、35Kg水混合搅拌成泥料，将泥料制成长条状并自然晾干得到条坯，将条坯放入真空烧结炉中进行真空烧结得到烧结棒，烧结温度为885℃；将烧结棒粉碎成过80目的粉体即得到改性石墨粉。

P1.2、将100Kg凹凸棒土、22Kg膨润土、17Kg玻璃粉、33Kg改性石墨粉、19Kg沸石粉、29Kg碳酸氢钠、11Kg草酸镁在球磨机中球磨制成过80目筛即制成混合粉；其中，所述球磨机在进行球磨作业时的温度不超过50℃。

P1.3、将粒径为0.3~0.4cm的球状核与混合粉按照质量比66:38的比例在制丸机中制成球状坯丸，在制丸过程中不断的向制丸机内部喷洒水雾，所述坯丸的含水量为16%；所述坯丸在50℃的温度下干燥10h得到干坯丸，将干坯丸送入到烧结炉内部进行烧结，烧结温度为760℃，烧结后的干坯丸即为可重复使用的污水处理材料。所述可重复使用的污水处理材料的孔隙率为1.91%~2.08%，吸水率为0.65%~0.68%。

实施例2

P2.1、将100Kg过30~40目的石墨粉、37Kg过30~40目的黏土粉、31Kg碳酸锌、26Kg碳酸钠、39Kg水混合搅拌成泥料，将泥料制成长条状并自然晾干得到条坯，将条坯放入真空烧结炉中进行真空烧结得到烧结棒，烧结温度为890℃；将烧结棒粉碎成过80目的粉体即得到改性石墨粉。

P2.2、将100Kg凹凸棒土、25Kg膨润土、18Kg玻璃粉、34Kg改性石墨粉、20Kg沸石粉、30Kg碳酸氢钠、12Kg草酸镁在球磨机中球磨制成过80目筛即制成混合粉；其中，所述球磨机在进行球磨作业时的温度不超过50℃。

P2.3、将粒径为0.3~0.4cm的球状核与混合粉按照质量比72:33的比例在制丸机中制成球状坯丸，在制丸过程中不断的向制丸机内部喷洒水雾，所述坯丸的含水量为17%；所述坯丸在55℃的温度下干燥9h得到干坯丸，将干坯丸送入到烧结炉内部进行烧结，烧结温度为763℃，烧结后的干坯丸即为可重复使用的污水处理材料。所述可重复使用的污水处理材料的孔隙率为2.08%~2.12%，吸水率为0.68%~0.70%。

实施例3

P3.1、将100Kg过30~40目的石墨粉、39Kg过30~40目的黏土粉、33Kg碳酸锌、27Kg碳酸钠、40Kg水混合搅拌成泥料，将泥料制成长条状并自然晾干得到条坯，将条坯放入真空烧结炉中进行真空烧结得到烧结棒，烧结温度为895℃；将烧结棒粉碎成过80目的粉体即得到改性石墨粉。

P3.2、将100Kg凹凸棒土、26Kg膨润土、19Kg玻璃粉、36Kg改性石墨粉、21Kg沸石粉、31Kg碳酸氢钠、13Kg草酸镁在球磨机中球磨制成过80目筛即制成混合粉；其中，所述球磨机在进行球磨作业时的温度不超过50℃。

P3.3、将粒径为0.3~0.4cm的球状核与混合粉按照质量比70:36的比例在制丸机中制成球状坯丸，在制丸过程中不断的向制丸机内部喷洒水雾，所述坯丸的含水量为19%；所述坯丸在60℃的温度下干燥8h得到干坯丸，将干坯丸送入到烧结炉内部进行烧结，烧结温度为765℃，烧结后的干坯丸即为可重复使用的污水处理材料。所述可重复使用的污水处理材料的孔隙率为1.88%~1.93%，吸水率为0.63%~0.66%。

污水处理实验

S1.1、取实施例2中所述可重复使用的污水处理材料10个并将其标记为成品球A，成品球A置于500mL的锥形瓶中，加入100mL生活污水，生活污水的主要成分如表1所示；调节锥形瓶中液体的PH为5.5~6，然后使用搅拌桨在200r/min的转速下搅拌60min，之后将锥形瓶中的液体进行离心分离后，测定上层清液中化学需氧量、悬浮物、总磷、铵态氮、有机磷杀虫剂的含量、氯化烟酰类杀虫剂的含量，用差减法计算去除率；然后将上述成品球A用去离子水清洗3~5遍，将该成品球A用去离子水煮沸20~30min，再用去离子水清洗3~5遍即回收得到所述成品球A。

表1 生活污水的主要成分

。

S1.2、利用S1.1中回收得到的成品球A重复S1.1并记录数据。

S1.3、设置对照组1，对照组1是将S1.1中成品球A替换成同等质量的凹凸棒土。

S1.4、设置对照组2，对照组2是将S1.3中的凹凸棒土替换成同等质量的改性土X，所述改性土X在763℃的温度下进行烧结后粉碎制成。

S1.5、设置对照组3，对照组3是将S1.3中的凹凸棒土替换成同等质量的改性土Y，所述改性土Y在420℃的温度下进行烧结后粉碎制成。

S1.6、设置对照组4，对照组4是将S1.1中成品球A替换成同等质量的对照球M，所述对照球M由水浮石制成，对照球M的孔隙率与成品球A的孔隙率相差不超过2%。

表2 污水处理实验数据

通过分析表2的数据可知：

1）、所述成品球A对生活污水中污染物的吸附效果要高于普通凹凸棒土、烧结处理的凹凸棒土。

2）、所述成品球A对生活污水中化学需氧量的去除率达95.17%，对悬浮物的去除率达96.23%，对总磷的去除率达83.35%，对铵态氮的去除率达76.92%，对有机磷杀虫剂的去除率达85.11%，对氯化烟酰类杀虫剂的去除率达89.66%。

3）、所述成品球A在经过100次的回收重复利用后，其对生活污水中污染物的去除率虽然有所下降，但是下降幅度不超过6.2%；也就是说，所述成品球A在经过100次的回收重复利用后仍保持优异的吸附性能，因此本发明所述成品球A可重复使用100次以上，有利于节约资源。

4）、凹凸棒土在重复使用过程中，其吸附性能下降，尤其是悬浮物、铵态氮、氯化烟酰类杀虫剂的去除率下降幅度显著；回收利用100次后，悬浮物、铵态氮、氯化烟酰类杀虫剂的去除率下降幅度超过50%，而化学需氧量、总磷、有机磷杀虫剂的下降幅度不超过5.9%。而本发明所述成品球A的主要成分为水浮石与混合粉，混合粉的主要成分为凹凸棒土，而水浮石自身对生活污水中污染物的吸附效果远低于凹凸棒土，因此水浮石与凹凸棒土的简单结合无法提升凹凸棒土的吸附性能。所述成品球A即使重复使用100后，所述悬浮物、铵态氮、氯化烟酰类杀虫剂以及化学需氧量、总磷、有机磷杀虫剂的去除率下降幅度均不超过6.2%；也就是说，虽然凹凸棒土在多次重复使用后会导致悬浮物、铵态氮、氯化烟酰类杀虫剂的去除率大幅度下降，但是，通过对凹凸棒土进行优化改进所得到的成品球A不具有上述缺陷，换句话说，成品球A的制作工艺能够将凹凸棒土本身具有的缺陷给克服。

5）、对凹凸棒土在420℃的温度下进行烧结处理能够提高凹凸棒土对污染物的吸附性能，但仍低于所述成品球A对污染物的吸附性能。如果烧结温度过高，比如烧结温度达到763℃，那么这会引起凹土孔径塌陷、纤维束堆积，针状纤维束紧密烧结在一起，孔隙容积和比表面积减小，致使吸附能力显著减弱。

6）、通过对比凹凸棒土回收100次后去除率的下降幅度与改性土Y回收50次后去除率的下降幅度可知：即使对凹凸棒土在420℃的温度下进行烧结处理，其对悬浮物、铵态氮、氯化烟酰类杀虫剂的去除率仍然是大幅度下降，也就是说，只通过420℃烧结处理并不能克服重复利用的凹凸棒土会导致对悬浮物、铵态氮、氯化烟酰类杀虫剂的吸附能力变弱这种缺陷。

本发明所述成品球A在制作过程中如果不添加改性石墨粉和玻璃粉，而使用同等质量的凹凸棒土替代，最终得到对照球N。对照球N对化学需氧量的去除率要比成品球A低57%，对照球N对悬浮物的去除率要比成品球A低59%，对照球N对总磷的去除率要比成品球A低51%，对照球N对铵态氮的去除率要比成品球A低53%，对照球N对有机磷杀虫剂的去除率要比成品球A低51%~56%。对照球N对氯化烟酰类杀虫剂的去除率要比成品球A低95%~98%，重复使用100次后的对照球N对氯化烟酰类杀虫剂的去除率要比重复使用100次后的成品球A低92%~93%。本发明所述成品球A在制作过程中如果不添加改性石墨粉，而使用同等质量的凹凸棒土替代，最终得到对照球P。对照球P对氯化烟酰类杀虫剂的去除率要比成品球A低1.5%~2.3%。重复使用100次后的对照球P对氯化烟酰类杀虫剂的去除率要比重复使用100次后的成品球A低2.2%~4.1%。本发明所述成品球A在制作过程中如果不添加玻璃粉，而使用同等质量的凹凸棒土替代，最终得到对照球Q。对照球Q对氯化烟酰类杀虫剂的去除率与成品球A对氯化烟酰类杀虫剂的去除率相差不超过0.9%。重复使用100次后的对照球Q对氯化烟酰类杀虫剂的去除率与重复使用100次后的成品球A对氯化烟酰类杀虫剂的去除率相差不超过1.4%。本发明所述成品球A在制作过程中，虽然经过760~765℃的高温烧结处理，但由于在原料中添加有改性石墨粉和玻璃粉，这使得所述成品球A仍具有优良吸附性能，并能够很好地去除生活污水中的污染物；即使重复使用100次，仍然能够保持对氯化烟酰类杀虫剂的高去除率。

在上述实施例中，所述可重复使用的污水处理材料包括球状核，所述球状核的外部包覆有吸附层。所述球状核由水浮石制成。所述吸附层是利用混合粉附着在球状核的表面，成型后经过烧结得到。在所述可重复使用的污水处理材料中，吸附层与水浮石紧密结合。所述吸附层的成型过程是通过制丸机经过制丸成型。其中，制丸机的制丸原理与中药中采用泛制法制备药丸的方法相同，具体如下：混合粉被喷雾润湿后，通过转动制丸锅，球状核在制丸锅内部不断的滚动，在球状核不断滚动的过程中会不断的粘附混合粉形成球状丸粒，反复多次直至丸粒的粒径不断增大，最后筛去过大或过小以及异形的丸粒即得到球状坯丸。

膨润土具有强的吸湿性，可吸附8~15倍于自身体积的水量，具有较强的阳离子交换能力；对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，还具有可塑性和黏结性。因此，添加膨润土有助于提高污水处理球的吸附性。

沸石粉具有离子交换性、吸附分离性、催化性、稳定性、可逆的脱水性等，添加沸石粉有助于提高污水处理球的吸附性。

所述玻璃粉由硅酸盐玻璃粉碎制成，这使得所述玻璃粉在760~765℃时能够从固态转化为液态，这有利于其均匀分布并与其它物质结合。

草酸镁在150℃分解，其沸点为365.1℃。改性石墨粉的主要成分为石墨，石墨在高温下会与氧气反应生成二氧化碳气体。碳酸氢钠固体在50℃以上开始逐渐分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，270℃时完全分解生成碳酸钠。而碳酸钠在744℃分解。因此，在干坯丸的烧结过程中，碳酸氢钠、草酸镁、改性石墨粉会在不同的温度段产生大量的气体，这些气体会使得干坯丸在烧结的过程中形成不同层次、不同大小的孔隙，这使得所述可重复使用的污水处理材料具有优良的孔隙率。位于中央的水浮石多孔而质轻，具有很强的吸水性，水浮石的孔隙率要比吸附层的孔隙率大，这有利于对污水中的污染物进行吸附，还有助于其回收、重复利用。由于在不同的温度段按照梯度产生气体，这就避免一次性爆发过多的气体导致烧结过程中的球体发生掉渣、破碎，保证成品的质量。

在改性石墨粉的制作过程中，碳酸钠在744℃分解。碳酸锌在300℃分解。在真空烧结炉中进行烧结的过程中，碳酸锌和碳酸钠会在不同温度段分解产生大量气体，这使得改性石墨粉成为多孔结构。由于石墨粉本身具有润滑性，这使得石墨粉本身在制丸机中不易于其他粉体结合。因此，石墨粉、黏土粉进行烧结结合并形成多孔结构，这使得在制丸机中制成的球状坯丸合格率达到95.6%以上，在后续烧结过程中，所述干坯丸不易崩开，成品的合格率为97.3%。如果只使用同等质量的石墨粉替代改性石墨粉，那么在制丸机中制成的对照坯丸的合格率不超过61.7%；在经过后续烧结得到的对照成品的合格率为74.2%。

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)

1.一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：包括球状核，所述球状核的外部包覆有吸附层。

2.根据权利要求1所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述球状核由水浮石制成。

3.根据权利要求1所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述球状核的粒径为0.3~0.4cm。

4.根据权利要求2所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：将球状核与混合粉按照质量比（66~72）:（33~38）的比例在制丸机中制成球状坯丸，在制丸过程中不断的向制丸机内部喷洒水雾；所述坯丸在50~60℃的温度下干燥8~10h得到干坯丸，将干坯丸送入到烧结炉内部进行烧结，烧结温度为760~765℃，烧结后的干坯丸即为所述可重复使用的污水处理材料。

5.根据权利要求4所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述混合粉的制法如下：将凹凸棒土、膨润土、玻璃粉、改性石墨粉、沸石粉、碳酸氢钠、草酸镁按照质量比100:（22~26）:（17~19）:（33~36）:（19~21）:（29~31）:（11~13）的比例在球磨机中球磨后过80目筛即制成所述混合粉。

6.根据权利要求5所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述改性石墨粉的制法如下：将过30~40目的石墨粉、过30~40目的黏土粉、碳酸锌、碳酸钠、水按照质量比100:（35~39）:（29~33）:（25~27）:（35~40）的比例混合搅拌成泥料，将泥料制成长条状并自然晾干得到条坯，将条坯放入真空烧结炉中进行真空烧结得到烧结棒，烧结温度为885~895℃；将烧结棒粉碎成过80目的粉体即得到所述改性石墨粉。

7.根据权利要求5所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述球磨机在进行球磨作业时的温度不超过50℃。

8.根据权利要求5所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述玻璃粉由硅酸盐玻璃粉碎制成。

9.根据权利要求4所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述坯丸的含水量为16~19%。

10.根据权利要求4所述的一种可重复使用的污水处理材料，其特征在于：所述可重复使用的污水处理材料的孔隙率为1.88%~2.12%，所述可重复使用的污水处理材料的吸水率为0.63%~0.70%。