CN109776068A - 一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法 - Google Patents

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张榆敏
何芙蓉
杨月婷
张宝
张炜豪
杨子显
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Abstract

本发明涉及一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，该方法是指：首先将改性黄土、改性煤矸石、膨润土、硅酸钠、碳酸钙混合均匀后加水搅拌均匀制成泥料，该泥料利用制丸机制得粒径为5~10mm的球粒；然后将成型的所述球粒于105℃干燥2~4h，再马弗炉中进行烧制，待炉膛自然冷却后取出，即得黄土基陶粒。本发明具有原料易得、成本低、实用性强的特点，所得的改性黄土基陶粒可用于处理初期雨水径流。

Description

一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法
技术领域
本发明涉及水处理填料领域，尤其涉及一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法。
背景技术
兰州市地处黄土高原，境内大部分地区为黄土覆盖的丘陵和盆地。黄土是第四纪以来经过风的吹扬、搬运、堆积形成的。兰州地区的马兰黄土孔隙和垂直节理发育，以粉土为主，含多种易溶盐，含水量低、疏松多孔，因而易被冲刷，加之其所在的黄土高原地区降水在年内高度集中，多暴雨，特别容易造成严重的水土流失。而黄土又属于典型的自重湿陷性黄土，即受水浸湿后在饱和自重压力下发生湿陷的湿陷性黄土。因此黄土在受水浸湿后其结构迅速被破坏而发生下沉，从而使修建在上面的建筑物遭到破坏。黄土具有各种大小和形状不同的孔隙和孔洞，使其具有一定的吸附性能，又由于其储量丰富、价格低廉，黄土在水处理领域被大量研究。一些学者用黄土来处理水溶液中的重金属离子或有机物，但天然黄土吸附效果较差，对其改性后吸附性能可显著提高。
煤矸石是采煤过程中排出的含碳量较少的黑色废石，我国煤矸石年排量达1亿多吨，其中80%未被利用。裸露堆积的煤矸石占用大量土地，在露天堆放环境下还会风化成粉尘，这些粉尘在风力作用下对大气环境造成了污染，还会污染水体及土壤环境。同时煤矸石山体的失稳、爆炸还会对矿区居民的生命财产造成威胁。而煤矸石作为一种天然吸附剂，将其改性可用来处理废水，达到变废为宝的目的。因此对其进行资源化利用，不仅能改善环境，还能变废为宝，有可能带来巨大的社会效益、环境效益及经济效益。
陶粒是一种经高温焙烧膨化而成的轻骨料，内部呈蜂窝状结构，因而具有轻质、保温隔热、耐火、吸水率大、抗渗、吸音、化学稳定性好等特点，是一种集多种优良性质于一身、广受推崇的多用途复合型材料，应用领域广泛。我国陶粒的原料主要为黏土和页岩，由于黏土大部分取自于农用耕地，页岩陶粒的原料也须开山取石，从而破坏生态环境，这不符合我国可持续发展战略需求，因此探索新型陶粒原材料有其必要性。目前研究较多的新型陶粒包括粉煤灰陶粒、污泥陶粒、煤矸石陶粒等等。陶粒用于饮用水的深度处理时，可吸附水体中的有害元素、细菌。在污水处理方面，除了广泛应用于滤池方面，还应用于有发展潜力的生物膜载体上，陶粒用作水处理滤料，生物培养3星期后，生物膜已明显可见。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原料易得、成本低、制作简单的处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，其特征在于：首先将改性黄土、改性煤矸石、膨润土、硅酸钠、碳酸钙混合均匀后加水搅拌均匀制成泥料，该泥料利用制丸机制得粒径为5~10mm的球粒；然后将成型的所述球粒于105℃干燥2~4h，再马弗炉中进行烧制，待炉膛自然冷却后取出，即得黄土基陶粒；所述改性黄土与所述改性煤矸石的质量比为2:1~1:1；所述膨润土质量为所述改性黄土与所述改性煤矸石质量之和的15~20%；所述硅酸钠质量为所述改性黄土与所述改性煤矸石质量之和的10~25%；所述碳酸钙质量为所述改性黄土与所述改性煤矸石质量之和的0~5%。
所述改性黄土是指将去除土壤中杂质的兰州地区黄土过60目筛，于105℃干燥2h所得。
所述改性煤矸石是指将煤矸石粉碎后过60目筛，于105℃干燥2h所得。
所述烧制条件是指预热温度为400℃，预热时间为10min；焙烧温度为900℃，焙烧时间为10min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用黄土和煤矸石混合制成用于处理雨水的改性黄土基陶粒，不仅能有效利用二者的吸附性，还改善了黄土渗滤性能差、易板结的问题，提高黄土利用效率，同时也能实现煤矸石的资源有效利用。
2、本发明采用黄土作为原料，黄土是储备丰富的天然吸附剂，广泛分布于西北地区，可就地取材，充分利用了天然材料。
3、本发明制备的改性黄土基陶粒通过扫描电镜（SEM）进行表征（参见图1）。从图中可看出，陶粒表面粗糙，有大量沟壑；内部为疏松多孔的蜂窝状结构网，包含有大量的气孔，适合用作水处理填料。
4、本发明制备的改性黄土基陶粒受水力冲刷影响小，可多次重复利用。
5、采用本发明改性黄土基陶粒对初期雨水径流进行渗滤实验，可以看出：改性黄土基陶粒对初期雨水径流中各污染物均有较好的去除效果，并且在反应器运行10h后，出水水质趋于稳定（参见图3）。
⑴配制模拟雨水径流，各污染物的起始浓度为：浊度为250±50 NTU，COD为200±20 mg/L，NH4 +-N为10±0.5mg/L，TN为15±2.0 mg/L，TP为2±0.5 mg/L。
⑵将制备的改性黄土基陶粒填入图2实验柱中，滤料层厚度为900mm，反应器的有效容积为1.6L。
⑶在进水流量为2.92ml/min，水力负荷为1.75m3/[m3（滤料）•d]的条件下，定时取样进行检测，计算各污染物的去除率。
6、本发明具有原料易得、成本低、制作简单、实用性强的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明制备的改性黄土基陶粒的SEM图。其中a：陶粒表面（100×）；b：陶粒表面（1500×）；c：陶粒截面（100×）；d：陶粒截面（1500×）。
图2为本发明制备的改性黄土基陶粒对初期雨水径流进行渗滤实验的装置图。
图3为本发明制备的改性黄土基陶粒对初期雨水径流中各污染物的去除率。
具体实施方式
实施例1 一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，该方法是指：首先将2kg改性黄土、1kg改性煤矸石、0.45kg膨润土、0.30kg硅酸钠、0.15kg碳酸钙混合均匀后加水搅拌均匀制成泥料，该泥料利用制丸机制得粒径为5~10mm的球粒；然后将成型的球粒于105℃干燥2~4h，再马弗炉中进行烧制，待炉膛自然冷却后取出，即得黄土基陶粒。
实施例2 一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，该方法是指：首先将1kg改性黄土、1kg改性煤矸石、0.40kg膨润土、0.50kg硅酸钠混合均匀后加水搅拌均匀制成泥料，该泥料利用制丸机制得粒径为5~10mm的球粒；然后将成型的球粒于105℃干燥2~4h，再马弗炉中进行烧制，待炉膛自然冷却后取出，即得黄土基陶粒。
实施例3 一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，该方法是指：首先将1.5kg改性黄土、1kg改性煤矸石、0.45kg膨润土、0.5kg硅酸钠、0.0625kg碳酸钙混合均匀后加水搅拌均匀制成泥料，该泥料利用制丸机制得粒径为5~10mm的球粒；然后将成型的球粒于105℃干燥2~4h，再马弗炉中进行烧制，待炉膛自然冷却后取出，即得黄土基陶粒。
上述实施例1~3中，改性黄土是指将去除土壤中杂质的兰州地区黄土过60目筛，于105℃干燥2h所得。
改性煤矸石是指将煤矸石粉碎后过60目筛，于105℃干燥2h所得。
烧制条件是指预热温度为400℃，预热时间为10min；焙烧温度为900℃，焙烧时间为10min。

Claims (4)

1.一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，其特征在于：首先将改性黄土、改性煤矸石、膨润土、硅酸钠、碳酸钙混合均匀后加水搅拌均匀制成泥料，该泥料利用制丸机制得粒径为5~10mm的球粒；然后将成型的所述球粒于105℃干燥2~4h，再马弗炉中进行烧制，待炉膛自然冷却后取出，即得黄土基陶粒；所述改性黄土与所述改性煤矸石的质量比为2:1~1:1；所述膨润土质量为所述改性黄土与所述改性煤矸石质量之和的15~20%；所述硅酸钠质量为所述改性黄土与所述改性煤矸石质量之和的10~25%；所述碳酸钙质量为所述改性黄土与所述改性煤矸石质量之和的0~5%。
2.如权利要求1所述的一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，其特征在于：所述改性黄土是指将去除土壤中杂质的兰州地区黄土过60目筛，于105℃干燥2h所得。
3.如权利要求1所述的一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，其特征在于：所述改性煤矸石是指将煤矸石粉碎后过60目筛，于105℃干燥2h所得。
4.如权利要求1所述的一种处理雨水的改性黄土基陶粒的制备方法，其特征在于：所述烧制条件是指预热温度为400℃，预热时间为10min；焙烧温度为900℃，焙烧时间为10min。
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