CN110776089A - 一种脱氮滤料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，制备所述外壳层的原料包括以下重量比的各组分：粘土20‑30份、铁矿石60‑70份、硫铁矿20‑30份、硫磺20‑30份、铁粉5‑10份、活性炭10‑15份、碳纳米管2‑8份、硅藻土5‑10份和硅酸盐40‑50份。本发明的脱氮滤料可有效去除水体中的氮元素，使水体中的总氮含量为5mg/L以下，最低可达1.2mg/L以下。

Description

一种脱氮滤料
技术领域
本发明涉及一种滤料，尤其涉及一种脱氮滤料。
背景技术
滤料是水处理过滤材料的总称，主要用于生活污水、工业污水、纯水、饮用水的过滤。滤料主要分为两类，一类是用以水处理设备中的进水过滤的粒状材料，另一类是物理分离的过滤介质。
随着我国经济的迅速发展，水污染问题日益严重，尤其是水体的富营养化问题日益严重。导致水体富营养化的主要原因是水体中氮、磷元素的严重超标。申请号为201410048193.8、201620463431.6、201710062375.4、201110134017.2的中国专利公开了一系列的脱氮除磷滤料，但是滤料需兼顾氮、磷元素的去除，而难以保证其对单一元素的去除率，若开发一种对单一元素的去除率很高的滤料，在实际应用时，将具有不同功能且针对不同元素均具有较高去除率的滤料混合使用，可以有效提高水体净化效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种脱氮滤料，本发明的脱氮滤料可有效去除水体中的氮元素，使水体中的总氮含量为5mg/L以下，最低可达1.2mg/L以下。
本发明的一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，制备所述外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土20-30份、铁矿石60-70份、硫铁矿20-30份、硫磺20-30份、铁粉5-10份、石灰石5-10份、活性炭10-15份、碳纳米管2-8份、硅藻土5-10份和硅酸盐40-50份。
进一步地，空心球包括空心陶瓷球，所述空心陶瓷球内、外表面涂覆有二氧化钛层，所述空心陶瓷球上开设有多个贯通其内外表面的通孔。优选地，空心球为CN208599771U中公开的空心陶瓷球。
进一步地，空心球包括第一半圆体、扣合所述第一半圆体的第二半圆体，所述空心球上绕其中心轴线开设有多个通孔组成的通水口，所述通水口同心设置有多组，所述空心球内设置有配合所述通水口以对水流进行折流的折流组件。优选地，空心球为CN208776376U中所公开的填料球。
进一步地，粘土的粒度为20-50μm。
进一步地，铁粉的粒度为1-2mm。
进一步地，碳纳米管的粒径为200-500nm。
进一步地，制备所述外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土22-26份、铁矿石64-68份、硫铁矿20-25份、硫磺25-30份、铁粉5-8份、活性炭12-15份、碳纳米管4-6份、硅藻土4-8份和硅酸盐45-48份。
进一步地，脱氮滤料的制备方法包括以下步骤：
(1)将外壳层的原料中的各组分混匀后，在无氧条件下于1000-1500℃烧结，然后自然冷却至室温，得到所述纳米级的外壳层粉体；
(2)使用包衣机，将外壳层粉体的悬浮液包覆于所述空心球上，得到包裹好的滤料，然后在20℃-30℃下养护，得到所述脱氮滤料。
进一步地，在步骤(1)中，烧结时间为1-2h。
进一步地，在步骤(1)中，所述纳米级的外壳层粉体的粒径为100-300nm。
进一步地，在步骤(2)中，包衣机的转速为100-150r/min，养护时间为5-15天。
铁矿石和硫铁矿中富含铁元素，铁元素能促进硝化菌、反硝化菌、反硝化聚磷菌的酶活性，提高了滤料的脱氮除磷效果。
硫铁矿中同时含有硫元素，硫磺中含有单质硫，硫元素可促进自养反硝化微生物将水中的NO3--N转化为氮气。
活性炭及碳纳米管配合使用，可以形成网状结构，使得滤料构造更加稳定，为微生物的附着提供更大的比表面积，提高了氮的去除率。
硅酸盐可以提高外壳层中各原料的粘结作用，提高外壳层与内核层的结合力。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明滤料采用多种组分混合，具有较好的同步脱氮功效，使出水各指标达到国家一级A标准，水体中的总氮含量为5mg/L以下，最低可达1.2mg/L以下。
本发明滤料制备方法简便，制备成本低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，优选地，其为CN208776376U中所公开的填料球。
制备外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土20份、铁矿石60份、硫铁矿20份、硫磺20份、铁粉5份、石灰石5份、活性炭10份、碳纳米管2份、硅藻土5份和硅酸盐40份。
上述脱氮滤料的制备方法如下：
(1)将外壳层的原料中的各组分混匀后，在无氧条件下于1000℃烧结2h，然后自然冷却至室温，得到粒径为300nm的外壳层粉体；
(2)使用包衣机，在转速为100r/min的条件下进行包衣，将外壳层粉体的悬浮液(溶剂为水)包覆于空心球上，得到包裹好的滤料，然后在室温下养护5天，得到脱氮滤料。
实施例2
一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，优选地，其为CN208776376U中所公开的填料球。
制备外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土30份、铁矿石70份、硫铁矿30份、硫磺30份、铁粉10份、石灰石6份、活性炭15份、碳纳米管8份、硅藻土10份和硅酸盐50份。
上述脱氮滤料的制备方法如下：
(1)将外壳层的原料中的各组分混匀后，在无氧条件下于1200℃烧结1.5h，然后自然冷却至室温，得到粒径为250nm的外壳层粉体；
(2)使用包衣机，在转速为120r/min的条件下进行包衣，将外壳层粉体的悬浮液(溶剂为水)包覆于空心球上，得到包裹好的滤料，然后在室温下养护7天，得到脱氮滤料。
实施例3
一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，优选地，其为CN208776376U中所公开的填料球。
制备外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土26份、铁矿石64份、硫铁矿25份、硫磺25份、铁粉7份、石灰石7份、活性炭13份、碳纳米管4份、硅藻土6份和硅酸盐46份。
上述脱氮滤料的制备方法如下：
(1)将外壳层的原料中的各组分混匀后，在无氧条件下于1500℃烧结1h，然后自然冷却至室温，得到粒径为100nm的外壳层粉体；
(2)使用包衣机，在转速为150r/min的条件下进行包衣，将外壳层粉体的悬浮液(溶剂为水)包覆于空心球上，得到包裹好的滤料，然后在室温下养护15天，得到脱氮滤料。
实施例4
一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，优选地，空心球为CN208599771U中公开的空心陶瓷球。
制备外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土21份、铁矿石70份、硫铁矿20份、硫磺20份、铁粉5份、石灰石8份、活性炭10份、碳纳米管2份、硅藻土5份和硅酸盐40份。
本实施例的脱氮滤料的制备方法同实施例1，不同之处在于，所选用的空心球不同。
实施例5
一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，优选地，空心球为CN208599771U中公开的空心陶瓷球。
制备外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土29份、铁矿石68份、硫铁矿30份、硫磺28份、铁粉10份、石灰石10份、活性炭15份、碳纳米管8份、硅藻土10份和硅酸盐48份。
本实施例的脱氮滤料的制备方法同实施例2，不同之处在于，所选用的空心球不同。
实施例6
一种脱氮滤料，包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，优选地，空心球为CN208599771U中公开的空心陶瓷球。
制备外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土26份、铁矿石67份、硫铁矿25份、硫磺25份、铁粉5份、石灰石10份、活性炭13份、碳纳米管4份、硅藻土8份和硅酸盐44份。
本实施例的脱氮滤料的制备方法同实施例3，不同之处在于，所选用的空心球不同。
以上实施例中，制备外壳层的原料中，粘土的粒度为20-50μm。铁粉的粒度为1-2mm。碳纳米管的粒径为200-500nm。
配制硝酸盐氮浓度15-25mg/L、COD浓度为80-200mg/L的模拟废水。在过滤柱中分别填充实施例1-6中的滤料，以配制的模拟水进水，以水力停留时间1小时运行，实验温度25℃，分别测试不同滤料的脱氮效果，结果如表1所示。
表1不同滤料的脱氮效果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
出水氮浓度(mg/L) 4.2 4.6 3.8 2.4 1.1 0.9
出水COD浓度(mg/L) 13.6 14.2 13.5 12.4 10.1 10.2
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脱氮滤料，其特征在于：包括内核层和包覆在所述内核层外部的外壳层，所述内核层为空心球，制备所述外壳层的原料包括以下重量比的各组分：
粘土20-30份、铁矿石60-70份、硫铁矿20-30份、硫磺20-30份、铁粉5-10份、石灰石5-10份、活性炭10-15份、碳纳米管2-8份、硅藻土5-10份和硅酸盐40-50份。
2.根据权利要求1所述的脱氮滤料，其特征在于：所述空心球包括空心陶瓷球，所述空心陶瓷球内、外表面涂覆有二氧化钛层，所述空心陶瓷球上开设有多个贯通其内外表面的通孔。
3.根据权利要求1所述的脱氮滤料，其特征在于：所述空心球包括第一半圆体、扣合所述第一半圆体的第二半圆体，所述空心球上绕其中心轴线开设有多个通孔组成的通水口，所述通水口同心设置有多组，所述空心球内设置有配合所述通水口以对水流进行折流的折流组件。
4.根据权利要求1所述的脱氮滤料，其特征在于：所述粘土的粒度为20-50μm。
5.根据权利要求1所述的脱氮滤料，其特征在于：所述铁粉的粒度为1-2mm。
6.根据权利要求1所述的脱氮滤料，其特征在于：所述碳纳米管的粒径为200-500nm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的脱氮滤料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
(1)将外壳层的原料中的各组分混匀后，在无氧条件下于1000-1500℃烧结，然后自然冷却至室温，得到所述纳米级的外壳层粉体；
(2)使用包衣机，将外壳层粉体的悬浮液包覆于所述空心球上，得到包裹好的滤料，然后在20℃-30℃下养护，得到所述脱氮滤料。
8.根据权利要求7所述的脱氮滤料，其特征在于：在步骤(1)中，烧结时间为1-2h。
9.根据权利要求7所述的脱氮滤料，其特征在于：在步骤(1)中，所述纳米级的外壳层粉体的粒径为100-300nm。
10.根据权利要求7所述的脱氮滤料，其特征在于：在步骤(2)中，包衣机的转速为100-150r/min，养护时间为5-15天。
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