CN110697908A - 一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯及其制备方法，其滤芯由按水流方向依次设置的硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和抑菌层组成，按上述结构依次固定连接后即得，本发明污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯具有吸附性能良好的硅藻土陶瓷层，还具有生物膜层、活性炭层和抑菌层，以一定次序组成的滤芯可用于生活用水除菌除浊，能有效保证水质微生物安全，具有耐压、耐温、抗老化、抗腐蚀、净化效率高、压力损失小、耐腐蚀、使用寿命长等优点，且可反复清洗使用，同时也可滤除铁锈、虫类、藻类、尘埃等悬浮污染物，出水达国家生活饮用水卫生标准中微生物指标要求，可生产无菌、洁净、安全、口感好的可直饮水。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤芯及其制备方法，具体涉及一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯及其制备方法，属于污水处理领域。
背景技术
饮用水的污染物主要有细菌(例如大肠杆菌)、有机物(例如含氯代烃、苯类化合物)和重金属离子(例如铅、镉)。我们日常使用的自来水在杀菌处理过程中，一部分有机物和游离氯结合形成致癌的有机氯化物(如三氯甲烷)，此外管道内微生物也会再繁殖，这些都影响了水的品质，因此一般需要经过进一步纯化处理方可饮用。适合人类饮用的水不是越纯净越好，微量元素在人骨骼、神经系统、新陈代谢系统等的发育过程中起到至关重要的作用，而这些微量元素主要是从饮用水中汲取的。因此在水处理过程中，要尽量保留这些有益的矿物质。
传统水体净化剂主要采用氯气和次氯酸，虽然杀菌和微生物的效果较好，但是并不能去除污水中的重金属和颗粒污染物。絮凝剂包括硫酸铝、硫酸铁等材料虽然可以去除污水中的颗粒污染物，但是对有机污染物的分解并不能发挥有效作用。而具有较大比表面积的材料如硅藻土等通过物理吸附净化污水的作用单一，不适合工业大规模使用，现有过滤材料主要有蜂窝陶瓷、滤纸等，功能单一，不能满足技术不断发展的要求。
硅藻土属于天然硅质沉积岩，储量相当丰富，具有发达且排列规律的微孔结构，孔径一般为0.1-0.3μm之间，有很强的吸附作用和过滤作用，目前被广泛应用于生物制品、制糖、酿酒、制药行业的除浊除菌助滤剂。将硅藻土与烧结助剂烧结成型后，仍然保持有多孔结构，孔径在0.1-1μm，能有效吸附和过滤水中的细菌和颗粒物。
硅藻土的多孔结构和表面含有大量的硅羟基Si-OH有利于将银离子吸附到内部的孔结构中或表面，在碱性条件下银离子生成氢氧化银或银氨络合离子，煅烧后成为粒径在25-100nm的纳米银，对被硅藻土滤芯吸附和拦截的多种细菌能够产生强烈的抑制和杀灭作用，可以充分保护后续活性炭滤芯以及净水膜的功能，延长滤芯使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯及其制备方法，通过硅藻土与辅料复配，得到滤芯的硅藻土陶瓷层，并辅助以生物膜层、活性炭层和抑菌层，通过各层协同作用，得到滤芯材料具有净化效率高、压力损失小、耐腐蚀、使用寿命长等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯，由按水流方向依次设置的硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和抑菌层组成，
其中，硅藻土陶瓷层由以下质量份数的原料制备得到：硅藻土100-120份、高岭土60-70份、溶剂80-110份、稳定剂16-18份、分散剂16-20份、絮凝剂3-7份、粘结剂3-10份、造孔剂2-8份，生物膜层上附着有厌氧菌群，抑菌层为纳米银抑菌层。
本发明污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯具有吸附性能良好的硅藻土陶瓷层，还具有生物膜层、活性炭层和抑菌层，以一定次序组成的滤芯可用于生活用水除菌除浊，能有效保证水质微生物安全，具有耐压、耐温、抗老化、抗腐蚀、净化效率高、压力损失小、耐腐蚀、使用寿命长等优点，可反复清洗使用，同时也可滤除铁锈、虫类、藻类、尘埃等悬浮污染物，出水达国家生活饮用水卫生标准中微生物指标要求，可生产无菌、洁净、安全、口感好的可直饮水。
其中，硅藻土陶瓷层孔径为0.1μm，除菌率可达99.9999％，滤孔相互均匀交错，机械强度高，能够承受较大的压差，滤孔形状稳定，吸附效率高。
进一步，溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙二醇中的任一种；稳定剂为钙基膨润土或钠基膨润土；分散剂为碳酸钠；絮凝剂为平均分子量为300万-350万的聚丙烯酰胺、阿拉伯树胶、羧甲基纤维素钠或高岭土中的任一种或几种的混合；粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的任一种或几种的混合；造孔剂为淀粉和/或植物纤维粉末(木屑、秸秆、麦秆中的任一种或几种的混合物粉碎后得到)。
采用上述进一步的有益效果在于，上述组分可以与硅藻土配合后制得孔隙率较大、孔洞分布均匀的硅藻土陶瓷层。
本发明还提供了上述污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的制备方法，步骤如下：取硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和抑菌层，按上述污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的结构依次固定连接后，即按水流方向依次固定连接有硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和抑菌层。
进一步，上述的硅藻土陶瓷层的制备方法步骤如下：
(1)按上述硅藻土陶瓷层原料重量份数称取原料；
(2)取硅藻土煅烧自然冷却，盐酸溶液浸泡1-2h后清水洗净，备用；
(3)将步骤(2)处理过的硅藻土、高岭土与造孔剂混合粉碎至粒径为30-35μm后搅拌均匀，得到粉料；
(4)将粉料与溶剂、稳定剂、分散剂、絮凝剂和粘结剂混合搅拌，得到混合料；
(5)将混合料模具压制成型后烧结即得硅藻土陶瓷层。
进一步，上述步骤(2)中煅烧的温度为500-650℃，煅烧时间为3-4h；盐酸溶液的浓度为2％-10％。
进一步，上述步骤(5)中烧结的操作为以1-2℃/min的升温速率升温至700℃后以3-5℃/min的升温速率升温至1000℃并保温3-4h。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯硅藻土陶瓷层和对比例1所制备的陶瓷滤芯的电镜扫描图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
硅藻土陶瓷层的制备方法步骤如下：
(1)按硅藻土100g、高岭土60g、乙二醇110g、钠基膨润土18g、碳酸钠20g、平均分子量为300万的阿拉伯树胶5g、聚乙烯吡咯烷酮10g、淀粉5g称取原料；
(2)取硅藻土500℃煅烧4h后自然冷却，2％盐酸溶液浸泡1h后清水洗净，备用；
(3)将步骤(2)处理过的硅藻土、高岭土与淀粉混合粉碎至粒径为30μm后搅拌均匀，得到粉料；
(4)将粉料与乙二醇、钠基膨润土、碳酸钠、阿拉伯树胶和聚乙烯吡咯烷酮混合搅拌，得到混合料；
(5)将混合料模具压制成型后以2℃/min的升温速率升温至700℃后以5℃/min的升温速率升温至1000℃并保温3h，自然冷却后即得硅藻土陶瓷层，其电镜扫描图如图1A。
取上述硅藻土陶瓷层，按水流方向依次固定连接硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和纳米银抑菌层后即得到污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯。
对比例1
陶瓷滤芯，其制备方法如下：
取麦饭石40g、粘土30g、氧化钙10g、二氧化硅20g混合粉碎后，加入至模具内定型，在其表面喷涂纳米二氧化钛银离子溶液，450℃烧制后得到，其电镜扫描图如图1B。
通过图1中A、B对比可知，本发明所制备的硅藻土陶瓷层与陶瓷滤芯相比，孔径更小，孔洞分布更致密，孔隙率更高，相应的，过滤效果也更好。
实施例2
硅藻土陶瓷层的制备方法步骤如下：
(1)按硅藻土100g、高岭土60g、乙醇80g、钠基膨润土16g、碳酸钠16g、平均分子量为300万的聚丙烯酰胺3g、聚乙烯醇3g、秸秆粉末2g称取原料；
(2)取硅藻土500℃煅烧3h后自然冷却，2％盐酸溶液浸泡1h后清水洗净，备用；
(3)将步骤(2)处理过的硅藻土、高岭土与秸秆粉末混合粉碎至粒径为30μm后搅拌均匀，得到粉料；
(4)将粉料与乙醇、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇混合搅拌，得到混合料；
(5)将混合料模具压制成型后以1℃/min的升温速率升温至700℃后以3℃/min的升温速率升温至1000℃并保温3h，自然冷却后即得硅藻土陶瓷层。
取上述硅藻土陶瓷层，按水流方向依次固定连接硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和纳米银抑菌层后即得到污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯。
实施例3
硅藻土陶瓷层的制备方法步骤如下：
(1)按硅藻土120g、高岭土70g、丙二醇110g、钙基膨润土18g、碳酸钠20g、平均分子量为350万的高岭土7g、聚乙二醇10g、麦秆粉末8g称取原料；
(2)取硅藻土650℃煅烧4h后自然冷却，10％盐酸溶液浸泡2h后清水洗净，备用；
(3)将步骤(2)处理过的硅藻土、高岭土与麦秆粉末混合粉碎至粒径为35μm后搅拌均匀，得到粉料；
(4)将粉料与丙二醇、钙基膨润土、碳酸钠、高岭土和聚乙二醇混合搅拌，得到混合料；
(5)将混合料模具压制成型后以2℃/min的升温速率升温至700℃后以5℃/min的升温速率升温至1000℃并保温4h，自然冷却后即得硅藻土陶瓷层。
取上述硅藻土陶瓷层，按水流方向依次固定连接硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和纳米银抑菌层后即得到污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯。
实施例4
硅藻土陶瓷层的制备方法步骤如下：
(1)按硅藻土120g、高岭土60g、异丙醇80g、钠基膨润土18g、碳酸钠20g、平均分子量为350万的絮凝剂(聚丙烯酰胺和阿拉伯树胶的混合物)5g、粘结剂(聚乙烯醇、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合物)10g、植物纤维粉末(木屑粉末、秸秆粉末、麦秆粉末的混合物)5g称取原料；
(2)取硅藻土600℃煅烧4h后自然冷却，8％盐酸溶液浸泡2h后清水洗净，备用；
(3)将步骤(2)处理过的硅藻土、高岭土与造孔剂混合粉碎至粒径为30μm后搅拌均匀，得到粉料；
(4)将粉料与异丙醇、钠基膨润土、碳酸钠、絮凝剂和植物纤维粉末混合搅拌，得到混合料；
(5)将混合料模具压制成型后以2℃/min的升温速率升温至700℃后以5℃/min的升温速率升温至1000℃并保温3h，自然冷却后即得硅藻土陶瓷层。
取上述硅藻土陶瓷层，按水流方向依次固定连接硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和纳米银抑菌层后即得到污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯。
实施例5
硅藻土陶瓷层的制备方法步骤如下：
(1)按硅藻土120g、高岭土60g、丙二醇100g、钙基膨润土18g、碳酸钠20g、平均分子量为300万的絮凝剂(阿拉伯树胶、高岭土的混合物)5g、聚乙烯吡咯烷酮10g、淀粉5g称取原料；
(2)取硅藻土650℃煅烧4h后自然冷却，2％盐酸溶液浸泡2h后清水洗净，备用；
(3)将步骤(2)处理过的硅藻土、高岭土与淀粉混合粉碎至粒径为30μm后搅拌均匀，得到粉料；
(4)将粉料与丙二醇、钙基膨润土、碳酸钠、絮凝剂和聚乙烯吡咯烷酮混合搅拌，得到混合料；
(5)将混合料模具压制成型后以2℃/min的升温速率升温至700℃后以3℃/min的升温速率升温至1000℃并保温4h，自然冷却后即得硅藻土陶瓷层。
取上述硅藻土陶瓷层，按水流方向依次固定连接硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和纳米银抑菌层后即得到污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯。
性能检测
取实施例1-5中所制备的污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯，用孔隙率测定仪对硅藻土陶瓷层进行测定，并各取1L污水进行重力过滤的过滤效果检测，对滤芯中渗透出来的过滤后的水进行大肠杆菌去除率、氯离子去除率及重金属去除率进行检测，所得结果如下表：
| 项目 | 孔隙率，％ | 大肠杆菌去除率，％ | 氯离子去除率，％ | 重金属去除率，％ |
| 实施例1 | 66.7 | ＞99.9 | ＞99 | ＞99 |
| 实施例2 | 68.9 | ＞99.9 | ＞99 | ＞99 |
| 实施例3 | 60.3 | ＞99.9 | ＞99 | ＞99 |
| 实施例4 | 64.8 | ＞99.9 | ＞99 | ＞99 |
| 实施例5 | 66.1 | ＞99.9 | ＞99 | ＞99 |
Claims (10)
1.一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯，其特征在于，由按水流方向依次设置的硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和抑菌层组成；
所述硅藻土陶瓷层由以下质量份数的原料制备得到：硅藻土100-120份、高岭土60-70份、溶剂80-110份、稳定剂16-18份、分散剂16-20份、絮凝剂3-7份、粘结剂3-10份、造孔剂2-8份。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯，其特征在于，所述生物膜层上附着有厌氧菌群。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯，其特征在于，所述抑菌层为纳米银抑菌层。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯，其特征在于，所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙二醇中的任一种；
所述稳定剂为钙基膨润土或钠基膨润土；
所述分散剂为碳酸钠；
所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、阿拉伯树胶、羧甲基纤维素钠或高岭土中的任一种或几种的混合；
所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的任一种或几种的混合；
所述造孔剂为淀粉和/或植物纤维粉末。
5.根据权利要求4所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯，其特征在于，所述絮凝剂的平均分子量为300万-350万；
所述植物纤维粉末由木屑、秸秆、麦秆中的任一种或几种的混合物粉碎后得到。
6.一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的制备方法，其特征在于，步骤如下：取硅藻土陶瓷层、生物膜层、活性炭层和抑菌层，按权利要求1-5任一项所述的污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的结构依次固定连接后即得。
7.根据权利要求6所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的制备方法，其特征在于，所述硅藻土陶瓷层的制备方法步骤如下：
(1)按权利要求1-5任一项所述的硅藻土陶瓷层原料重量份数称取原料；
(2)取硅藻土煅烧自然冷却，盐酸溶液浸泡1-2h后清水洗净，备用；
(3)将步骤(2)处理过的硅藻土、高岭土与造孔剂混合粉碎后搅拌均匀，得到粉料；
(4)将粉料与溶剂、稳定剂、分散剂、絮凝剂和粘结剂混合搅拌，得到混合料；
(5)将混合料模具压制成型后烧结即得所述硅藻土陶瓷层。
8.根据权利要求7所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述煅烧的温度为500-650℃，煅烧时间为3-4h；
所述盐酸溶液的浓度为2％-10％。
9.根据权利要求7所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述粉碎为粉碎至粒径为30-35μm。
10.根据权利要求7所述的一种污水处理硅藻土陶瓷生物膜滤芯的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述烧结的操作为以1-2℃/min的升温速率升温至700℃后以3-5℃/min的升温速率升温至1000℃并保温3-4h。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200117 |