CN111362716A - 基于河道底泥制备的陶粒滤料及其方法 - Google Patents

基于河道底泥制备的陶粒滤料及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于河道底泥制备的陶粒滤料及其方法，步骤包括：将底泥烘干研磨后过筛，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；将底泥粉末、无机添加剂和粘结剂在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料；将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入水；将搅拌完成的原料，制成颗粒；采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定温度梯度来控制马弗炉的升温过程；降温后用铝箔覆盖，并洒水养护。本发明将陶粒滤料运用于水处理领域中实现资源化利用，同时其高温烧制的过程可以固结重金属，避免二次污染，有效解决了河道底泥的资源化利用问题。

Description

基于河道底泥制备的陶粒滤料及其方法
技术领域
本发明属于河道疏浚行业和水处理技术领域，具体涉及一种基于河道底泥制备的陶粒滤料及其方法。
背景技术
河道底泥是沉积于河道底部，含有砂、粘土、残渣和其它物质的松散颗粒集合体，主要来源于土壤的侵蚀作用、动植物机体的分解以及排入河道的污水中所含的颗粒物。河道底泥淤积在河道底部、影响河道流通，底泥蓄积的污染物还会影响河流水质，所以要对其进行疏浚清掏。随着我国生态文明建设的不断推进，河道疏浚行业不断发展，每年清理后倾倒至海洋的底泥达2亿m3。但污染的底泥中含有氮磷化合物、有机物、重金属等污染物，极易对水体造成二次污染，因此人们开始研究底泥的处置问题。底泥的资源化就是其中一种主要的处置方法。
目前，底泥的资源化利用主要包括工程加固、制备建材、农业肥料、湿地修复等方式，但这些常用的手段都存在着一定的缺陷：例如，采用底泥作肥料对底泥的污染程度、植物的类型有较为严格的要求，不能用于种植蔬菜水果的农田，同时植物对重金属的富集作用会对地下水造成潜在的威胁；而用底泥烧制砖瓦时，由于底泥中的CaO含量达不到建材的标准，往往需要添加大量含CaO的添加剂，而且底泥中存在的油类有机物、黏土矿物会减弱砖瓦的强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于河道底泥制备的陶粒滤料及其方法，针对现有的河道底泥产量大、难以有效利用、易造成二次污染的问题，将陶粒滤料运用于水处理领域中实现资源化利用，同时其高温烧制的过程可以固结重金属，避免二次污染，解决河道底泥的资源化利用问题。
本发明所采用的技术方案为：
基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
（1）河道底泥的筛选：将底泥烘干研磨后过筛，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；
（2）陶粒原料：将底泥粉末、无机添加剂和粘结剂在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料；
各组分的质量配比为：底泥粉末50-60份、无机添加剂15-20份、粘结剂1-2份；
（3）陶粒原料加水搅拌：将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入原料总质量5%-10%的水；
（4）陶粒成型烧制：将搅拌完成的原料，制成粒径6-8mm的颗粒；采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定温度梯度来控制马弗炉的升温过程；
（5）陶粒养护：降温后用铝箔覆盖，并洒水养护。
步骤（1）中，底泥烘干研磨后过150目筛网。
步骤（2）中，混合转速300r/min，时间2h。
步骤（2）中，无机添加剂为粉煤灰、膨润土、广西白泥、沉珠粉、硅藻土中的任一种。
步骤（2）中，粘结剂为水玻璃，模数3.0。
步骤（2）中，混合完毕后的原料应密封放入60℃的烘箱内保存。
步骤（3）中，搅拌时间5min。
步骤（4）中，烧制程序为：200℃干燥2h、500℃预热30min、600℃焙烧30min、1050℃烧结6min。
步骤（5）中，洒水养护1-3天，洒水的时间间隔为8-12h。
如所述的方法制得的陶粒滤料。
本发明具有以下优点：
（1）本发明中，陶粒滤料原料中河道底泥的投加量为50-60份，质量占比约达74%，底泥资源化利用效率高；
（2）本发明中，通过高温焙烧促进了底泥中有机成分的分解产气过程，在表面形成了大量的微孔结构，大大增加了陶粒的孔隙率和比表面积，提升了吸附性能，有利于其作为滤料应用于水处理技术中；
（3）本发明中，河道底泥中原有的重金属污染物，通过高温焙烧被有效固化和固结在陶粒中，避免了陶粒滤料在使用过程中释放重金属、产生二次污染；
（4）本发明中，配料使用的无机添加剂和粘结剂效果显著、廉价易得，得到的陶粒滤料强度性能良好并且成本较低。
附图说明
图1为本发明步骤（4）的烧制温度程序图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一中基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，包括以下步骤：
（1）河道底泥的筛选：将底泥烘干研磨后过筛，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；
（2）陶粒原料：将底泥粉末、无机添加剂和粘结剂在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料；
各组分的质量配比为：底泥粉末50-60份、无机添加剂15-20份、粘结剂1-2份；
（3）陶粒原料加水搅拌：将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入原料总质量5%-10%的水；
（4）陶粒成型烧制：将搅拌完成的原料，制成粒径6-8mm的颗粒；采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定一定的温度梯度来控制马弗炉的升温过程；
（5）陶粒养护：降温后用铝箔覆盖，并洒水养护。
上述步骤中：
步骤（1）中，底泥烘干研磨后过150目筛网。
步骤（2）中，混合转速300r/min，时间2h。
步骤（2）中，无机添加剂为粉煤灰、膨润土、广西白泥、沉珠粉、硅藻土中的任一种。添加剂可以提升陶粒的物理强度。
步骤（2）中，粘结剂为水玻璃，模数3.0。粘结剂可以提升原料中各组分的结合力。
步骤（2）中，混合完毕后的原料应密封放入60℃的烘箱内保存。
步骤（3）中，搅拌时间5min。
步骤（4）中，烧制程序为：200℃干燥2h、500℃预热30min、600℃焙烧30min、1050℃烧结6min。
步骤（5）中，洒水养护1-3天，洒水的时间间隔为8-12h即每天2-3次。
本发明的亚铁离子活化过硫酸盐预处理提升超滤膜净水效能方法的原理为：
（1）河道底泥中有机成分多，烧胀性能良好，烧制过程中易发泡，有助于陶粒中微孔的形成，降低陶粒的松散容重，增大比表面积，大大提升陶粒的吸附性能；
（2）广西白泥、硅藻土等无机添加剂中含有Al、SiO2等刚性无机质，可以增强原料的塑性，同时提升陶粒滤料的强度；
（3）水玻璃具有良好的粘结性和胶凝性，有助于陶粒原料的成型和烧结。
需要说明的是：
1、本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。
2、所用的粉煤灰和沉珠粉是燃煤电厂产生的飞灰收集所得，其质量符合GB1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求；所用的膨润土为钠基膨润土，质量符合GB20973-2007《膨润土》的要求；所用的硅藻土质量符合GB24265-2014《工业用硅藻土助滤剂》的要求；所用水玻璃为普通工业用水玻璃，模数为3.0，质量符合GB4209-2008《工业水玻璃》的要求。
下面通过几个实施例，具体描述本发明申请的技术内容。
实施例一：
利用河道底泥制备陶粒滤料的方法，包括步骤如下：
（1）河道底泥的筛选：将底泥烘干研磨后过150目筛网，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；
（2）陶粒原料：将底泥粉末、粉煤灰和水玻璃在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料。各组分的质量配比为：底泥粉末55份、粉煤灰16份、水玻璃1份。混合转速300r/min，时间2h；
（3）陶粒原料加水搅拌：将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入原料总质量10%的水，搅拌时间5min；
（4）陶粒成型烧制：将搅拌完成的原料，制成粒径6-8mm的颗粒。烧制采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定一定的温度梯度来控制马弗炉的升温过程。烧制程序为：200℃干燥2h、500℃预热30min、600℃焙烧30min、1050℃烧结6min；
（5）陶粒养护：降温后用铝箔覆盖，并洒水养护1-3天。
通过检验，本实施例所得的陶粒滤料的筒压强度为3.62MPa，孔隙率为53%，比表面积为3.47m2/g，具有良好的物理强度和吸附性能，适宜在水处理工艺中使用。
实施例二：
利用河道底泥制备陶粒滤料的方法，包括步骤如下：
（1）河道底泥的筛选：将底泥烘干研磨后过150目筛网，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；
（2）陶粒原料：将底泥粉末、膨润土和水玻璃在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料。各组分的质量配比为：底泥粉末55份、膨润土20份、水玻璃1份。混合转速300r/min，时间2h；
（3）陶粒原料加水搅拌：将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入原料总质量8%的水，搅拌时间5min；
（4）陶粒成型烧制：将搅拌完成的原料，制成粒径6-8mm的颗粒。烧制采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定一定的温度梯度来控制马弗炉的升温过程。烧制程序为：200℃干燥2h、500℃预热30min、600℃焙烧30min、1050℃烧结6min；
（5）陶粒养护：降温后用铝箔覆盖，并洒水养护1-3天。
通过检验，本实施例所得的陶粒滤料的筒压强度为3.53MPa，孔隙率为56%，比表面积为3.79m2/g，具有良好的物理强度和吸附性能，适宜在水处理工艺中使用。
实施例三：
利用河道底泥制备陶粒滤料的方法，包括步骤如下：
（1）河道底泥的筛选：将底泥烘干研磨后过150目筛网，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；
（2）陶粒原料：将底泥粉末、广西白泥和水玻璃在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料。各组分的质量配比为：底泥粉末60份、广西白泥18份、水玻璃1份。混合转速300r/min，时间2h；
（3）陶粒原料加水搅拌：将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入原料总质量10%的水，搅拌时间5min；
（4）陶粒成型烧制：将搅拌完成的原料，制成粒径6-8mm的颗粒。烧制采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定一定的温度梯度来控制马弗炉的升温过程。烧制程序为：200℃干燥2h、500℃预热30min、600℃焙烧30min、1050℃烧结6min；
（5）陶粒养护：降温后用铝箔覆盖，并洒水养护1-3天。
通过检验，本实施例所得的陶粒滤料的筒压强度为3.58MPa，孔隙率为55%，比表面积为3.61m2/g，具有良好的物理强度和吸附性能，适宜在水处理工艺中使用。
实施例四：
利用河道底泥制备陶粒滤料的方法，包括步骤如下：
（1）河道底泥的筛选：将底泥烘干研磨后过150目筛网，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；
（2）陶粒原料：将底泥粉末、硅藻土和水玻璃在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料。各组分的质量配比为：底泥粉末55份、硅藻土16份、水玻璃1份。混合转速300r/min，时间2h；
（3）陶粒原料加水搅拌：将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入原料总质量10%的水，搅拌时间5min；
（4）陶粒成型烧制：将搅拌完成的原料，制成粒径6-8mm的颗粒。烧制采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定一定的温度梯度来控制马弗炉的升温过程。烧制程序为：200℃干燥2h、500℃预热30min、600℃焙烧30min、1050℃烧结6min；
（5）陶粒养护：降温后用铝箔覆盖，并洒水养护1-3天。
通过检验，本实施例所得的陶粒滤料的筒压强度为3.48MPa，孔隙率为57%，比表面积为3.86m2/g，具有良好的物理强度和吸附性能，适宜在水处理工艺中使用。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
（1）河道底泥的筛选：将底泥烘干研磨后过筛，最终筛分出供制备陶粒的底泥粉末；
（2）陶粒原料：将底泥粉末、无机添加剂和粘结剂在球磨机均匀混合，得到制备陶粒的原料；
各组分的质量配比为：底泥粉末50-60份、无机添加剂15-20份、粘结剂1-2份；
（3）陶粒原料加水搅拌：将原料放在搅拌机搅拌，过程中加入原料总质量5%-10%的水；
（4）陶粒成型烧制：将搅拌完成的原料，制成粒径6-8mm的颗粒；采取干燥、预热、焙烧、烧结的流程进行，设定温度梯度来控制马弗炉的升温过程；
（5）陶粒养护：降温后用铝箔覆盖，并洒水养护。
2.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（1）中，底泥烘干研磨后过150目筛网。
3.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（2）中，混合转速300r/min，时间2h。
4.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（2）中，无机添加剂为粉煤灰、膨润土、广西白泥、沉珠粉、硅藻土中的任一种。
5.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（2）中，粘结剂为水玻璃，模数3.0。
6.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（2）中，混合完毕后的原料应密封放入60℃的烘箱内保存。
7.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（3）中，搅拌时间5min。
8.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（4）中，烧制程序为：200℃干燥2h、500℃预热30min、600℃焙烧30min、1050℃烧结6min。
9.根据权利要求1所述的基于河道底泥制备陶粒滤料的方法，其特征在于：
步骤（5）中，洒水养护1-3天，洒水的时间间隔为8-12h。
10.如权利要求1所述的方法制得的陶粒滤料。
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