CN112062593B - 一种新型环保陶粒及其制备方法和在废水处理中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型环保陶粒及其制备方法和在废水处理中的应用。新型环保陶粒以污泥、预处理后的FCC废催化剂和稻壳为原料，以碳酸氢钠为外加剂烧制而成，具体步骤如下：(1)进行原料的预处理，将污泥烘干后研磨成粉，稻壳烘干后过筛，FCC废催化剂灼烧处理后过筛；(2)将步骤(1)预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂与碳酸氢钠混合后搅拌均匀，加水成型，自然风干；(3)将步骤(2)风干后的成型固体加热烧结，烧结结束后冷却至室温即得新型环保陶粒。该方法全部采用废弃资源为主要原材料，实现了废物利用，工艺简单，成本低，所得陶粒用于废水处理中可同时吸附重金属和有机物质，废水处理效果好。

Description

一种新型环保陶粒及其制备方法和在废水处理中的应用
技术领域
本发明涉及陶粒领域，具体涉及一种新型环保陶粒及其制备方法和在废水处理中的应用。
背景技术
重金属废水，一般指的是来自电镀、采矿、化工、金属加工、印染、医药、电池制造等行业，所排放的含有铅、汞、镉、镍等生物毒性强烈的重金属元素及其化合物的废水。但是废水中重金属的种类、形态以及含量有着较大的差异，很难有统一的处理方式。如果不经处理直接排放，不仅会对环境造成严重的破坏，同时会随着生物的富集作用，对人的身体健康造成较大的危害。
目前，我国处理重金属废水的主要措施主要吸附法、化学沉淀法、离子交换法、生物吸附法、电化学法、电解法、膜分离法等。但是这些传统方法往往难以同时兼具效率高和成本低两方面的优势，同时有可能造成二次的污染。
陶粒，是一类具有陶质的颗粒，大多数呈现为圆球状或者是椭球状，可用于废水处理中。但是目前市场上面所制造的陶粒主要为粘土陶粒和页岩陶粒，属于传统天然材料陶粒，成本较高，虽然也有使用废弃污泥或其他废弃物制备陶粒，但是废弃物在原料中占比有限，对成本的降低作用并不大。而陶粒用于废水处理中时，功能也比较单一，难以同时处理重金属和有机污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型环保陶粒及其制备方法和在废水处理中的应用。该方法全部采用废弃资源为主要原材料，充分实现了废物利用，工艺简单，成本低，所得陶粒结构致密，筒压强度高，用于废水处理中可同时吸附重金属和有机物质，废水处理效果好。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
提供一种新型环保陶粒，以污泥、预处理后的FCC废催化剂和稻壳为原料，以碳酸氢钠为外加剂烧制而成，其中所述FCC废催化剂预处理工艺为：在480～520℃温度条件下灼烧2.5～3.5h。
按上述方案，按质量份数计，所述原料为污泥2～4份、稻壳1～4份和FCC废催化剂2～5份；碳酸氢钠按质量分数计为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的4～7％。
提供一种新型环保陶粒的制备方法，以污泥、FCC废催化剂和稻壳为原料，以碳酸氢钠为外加剂，具体步骤如下：
(1)进行原料的预处理，将污泥烘干后研磨成粉，稻壳烘干后过筛，FCC废催化剂灼烧处理后过筛；
(2)将步骤(1)预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂与碳酸氢钠混合后搅拌均匀，加水成型，自然风干；
(3)将步骤(2)风干后的成型固体加热烧结，烧结结束后冷却至室温即得新型环保陶粒。
按上述方案，按质量份数计，所述原料为污泥2～4份、稻壳1～4份和FCC废催化剂2～5份；碳酸氢钠按质量分数计为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的4～7％。
按上述方案，所述步骤(1)中，污泥烘干温度为100～120℃，烘干时间为3.5～4.5h；稻壳烘干温度为100～110℃，烘干时间为1.5～2.5h，过100目筛。
按上述方案，所述步骤(1)中，FCC废催化剂灼烧温度为480～520℃，时间为2.5～3.5h；经过灼烧处理去除里面残余的碳分，防止其影响陶粒的成型，同时也可疏通分子筛孔隙，增强其活性。
按上述方案，所述步骤(1)中，FCC废催化剂灼烧后过100目筛。
按上述方案，所述步骤(2)中，成型粒径为10～25mm。
按上述方案，所述步骤(3)中，烧结条件为：先加热升温至470～530℃，保温25～35min，接着升温至1100～1200℃，保温17～23min。
按上述方案，所述的污泥来自污水处理厂；所述的FCC废催化剂来自石油工厂。
提供一种上述新型环保陶粒在处理污水中的重金属和有机污染物方面的应用。
按上述方案，所述重金属为Pb2+或Cr6+。
按上述方案，新型环保陶粒在污水处理中的用量为5-20mg/ml。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用污泥、废催化剂、稻壳作为主要原材料，碳酸氢钠为外加剂制备陶粒，其中FCC废催化剂里面含有一定量的分子筛结构和稀土元素，所制得陶粒不仅能够有效地吸附水中的重金属等杂质，同时对于废水中的有机物质也有着一定的催化降解作用；加入的碳酸氢钠可以使制得的陶粒多孔，增大与污水的接触面积，更好的吸附水中的重金属元素；同时所掺入的稻壳，不仅能够提供必要的硅质组分，还具有造孔效果，增加陶粒孔隙率；各原料之间充分协同配合，所得陶粒可同时处理废水中的重金属和有机污染物，废水处理效果显著。
2.本发明采用的原料FCC废催化剂经过高温灼烧预处理，可以去除里面残余的碳分，防止其影响陶粒的成型，同时也可疏通分子筛孔隙，增强其活性；调控原料配比和烧结条件，得到结构致密的陶粒，筒压强度高，可以有效固化原材料中的重金属，防止其进一步浸出污染环境。
3.本发明采用固废资源污泥、FCC废催化剂、稻壳作为主要原材料，实现了固废资源的再次利用，达到了以废治废的目的；主要原材料均为废弃资源，简单易得，大大的节省了生产成本；原材料的预处理工艺简单，且烧制工艺简单可行，易于工业化。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此，所属领域的普通技术人员应当理解，在本发明公开的范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明申请待批的权利要求保护范围之内。
实施例1
提供一种新型环保陶粒的制备方法，以污泥、稻壳和FCC废催化剂为原料，碳酸氢钠为外加剂，其中污泥、稻壳和FCC废催化剂质量比为3:3:4，碳酸氢钠的质量为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的5％，具体步骤如下：
(1)进行原料预处理，将污泥在110℃下烘干3h，稻壳105℃烘干1.5h，烘干后的污泥研磨成粉状，稻壳过100目筛子，FCC废催化剂500℃加热灼烧处理3h，冷却后过100目筛子。
(2)将步骤1)中预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂按照配比和碳酸氢钠混合在一起，手动搅拌均匀，然后加入适量的水调至可成型的状态，成型为球状，粒径为17～21mm；将成型好的陶粒置于托盘上面，自然风干。
(3)将步骤(2)中风干后的球状陶粒置于马弗炉中加热烧结，先加热升温至500℃，保温30分钟，接着升温至1150℃，保温20分钟；保温结束后，关掉电源，让陶粒随炉冷却，彻底冷却后取出，得到新型的环保陶粒。
实施例2
提供一种新型环保陶粒的制备方法，以污泥、稻壳和FCC废催化剂为原料，碳酸氢钠为外加剂，其中污泥、稻壳和FCC废催化剂质量比为4:2:4，碳酸氢钠的质量为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的5％，具体步骤如下：
(1)进行原料预处理，将污泥在110℃下烘干3h，稻壳105℃烘干1.5h，烘干后的污泥研磨成粉状，稻壳过100目筛子，FCC废催化剂500℃加热灼烧处理3h，冷却后过100目筛子。
(2)将步骤1)中预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂按照配比和碳酸氢钠混合在一起，手动搅拌均匀，然后加入适量的水调至可成型的状态，成型为球状，粒径为15～19mm；将成型好的陶粒置于托盘上面，自然风干。
(3)将步骤(2)中风干后的球状陶粒置于马弗炉中加热烧结，先加热升温至500℃，保温30分钟，接着升温至1150℃，保温20分钟；保温结束后，关掉电源，让陶粒随炉冷却，彻底冷却后取出，得到新型的环保陶粒。
实施例3
提供一种新型环保陶粒的制备方法，以污泥、稻壳和FCC废催化剂为原料，碳酸氢钠为外加剂，其中污泥、稻壳和FCC废催化剂质量比为1:1:2，碳酸氢钠的质量为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的5％，具体步骤如下：
(1)进行原料预处理，将污泥在110℃下烘干3h，稻壳105℃烘干1.5h，烘干后的污泥研磨成粉状，稻壳过100目筛子，FCC废催化剂500℃加热灼烧处理3h，冷却后过100目筛子。
(2)将步骤(1)中预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂按照配比和碳酸氢钠混合在一起，手动搅拌均匀，然后加入适量的水调至可成型的状态，成型为球状，粒径为18～20mm；将成型好的陶粒置于托盘上面，自然风干。
(3)将步骤(2)中风干后的球状陶粒置于马弗炉中加热烧结，先加热升温至500℃，保温30分钟，接着升温至1150℃，保温20分钟；保温结束后，关掉电源，让陶粒随炉冷却，彻底冷却后取出，得到新型的环保陶粒。
实施例4
提供一种新型环保陶粒的制备方法，以污泥、稻壳和FCC废催化剂为原料，碳酸氢钠为外加剂，其中污泥、稻壳和FCC废催化剂质量比为3:2:5，碳酸氢钠的质量为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的5％，具体步骤如下：
(1)进行原料预处理，将污泥在110℃下烘干3h，稻壳105℃烘干1.5h，烘干后的污泥研磨成粉状，稻壳过100目筛子，FCC废催化剂500℃加热灼烧处理3h，冷却后过100目筛子。
(2)将步骤(1)中预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂按照配比和碳酸氢钠混合在一起，手动搅拌均匀，然后加入适量的水调至可成型的状态，成型为球状，粒径为14～20mm；将成型好的陶粒置于托盘上面，自然风干。
(3)将步骤(2)中风干后的球状陶粒置于马弗炉中加热烧结，先加热升温至500℃，保温30分钟，接着升温至1150℃，保温20分钟；保温结束后，关掉电源，让陶粒随炉冷却，彻底冷却后取出，得到新型的环保陶粒。
实施例5
提供一种新型环保陶粒的制备方法，以污泥、稻壳和FCC废催化剂为原料，碳酸氢钠为外加剂，其中污泥、稻壳和FCC废催化剂质量比为4:1:5，碳酸氢钠的质量为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的5％，具体步骤如下：
(1)进行原料预处理，将污泥在110℃下烘干3h，稻壳105℃烘干1.5h，烘干后的污泥研磨成粉状，稻壳过100目筛子，FCC废催化剂500℃加热灼烧处理3h，冷却后过100目筛子。
(2)将步骤1)中预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂按照配比和碳酸氢钠混合在一起，手动搅拌均匀，然后加入适量的水调至可成型的状态，成型为球状，粒径为13～17mm。将成型好的陶粒置于托盘上面，自然风干。
(3)将步骤(2)中风干后的球状陶粒置于马弗炉中加热烧结，先加热升温至500℃，保温30分钟，接着升温至1150℃，保温20分钟；保温结束后，关掉电源，让陶粒随炉冷却，彻底冷却后取出，得到新型的环保陶粒。
将上述实施例1-5所制得的新型环保陶粒按照标准CJ/T299－2008，进行比表面积、含泥量、吸水率和抗压强度性能测试，测试结果见下表1。
表1实施例1-5陶粒的比表面积、含泥量、吸水率和抗压强度的测试结果
Figure BDA0002437481430000051
将上述实施例1-5制得的样品陶粒，按照5mg/ml的用量，分别与来自某市造纸厂的工业废水相混合，静置一星期，测定前后废水的化学需氧量(即COD)和主要的重金属元素铅和铬的浓度，测试结果见下表2。
表2实施例1-5陶粒对工业废水中COD和重金属的处理结果
Figure BDA0002437481430000061
从表2中可以看到，在处理过后，重金属废水的COD值大幅下降，其浓度变为了原来的五分之一，效果显著；同时对于铅和铬两种重金属，可以看出，陶粒也有着较大的吸附能力，使的两者的浓度均有明显下降，可以有效地去除废水中的铅和铬离子。

Claims (8)

1.一种新型环保陶粒，其特征在于，以污泥、预处理后的FCC废催化剂和稻壳为原料，以碳酸氢钠为外加剂烧制而成，其中:
所述FCC废催化剂预处理工艺为：在480～520℃温度条件下灼烧2.5～3.5h；
按质量份数计，所述原料为污泥2～4份、稻壳1～4份和FCC废催化剂2～5份；碳酸氢钠按质量分数计为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的4～7％；
烧制时的烧结条件为：先加热升温至470～530℃，保温25～35min，接着升温至1100～1200℃，保温17～23min。
2.一种权利要求1所述的新型环保陶粒的制备方法，其特征在于，以污泥、FCC废催化剂和稻壳为原料，以碳酸氢钠为外加剂，具体步骤如下：
(1)进行原料的预处理，将污泥烘干后研磨成粉，稻壳烘干后过筛，FCC废催化剂灼烧处理后过筛；
(2)将步骤(1)预处理后的污泥、稻壳和FCC废催化剂与碳酸氢钠混合后搅拌均匀，加水成型，自然风干；
(3)将步骤(2)风干后的成型固体加热烧结，烧结条件为：先加热升温至470～530℃，保温25～35min，接着升温至1100～1200℃，保温17～23min；烧结结束后冷却至室温即得新型环保陶粒。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按质量份数计，所述原料为污泥2～4份、稻壳1～4份和FCC废催化剂2～5份；碳酸氢钠按质量分数计为污泥、稻壳和FCC废催化剂总质量的4～7％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，污泥烘干温度为100～120℃，烘干时间为3.5～4.5h；稻壳烘干温度为100～110℃，烘干时间为1.5～2.5h，过100目筛。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，FCC废催化剂灼烧温度为480～520℃，时间为2.5～3.5h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，成型粒径为10～25mm。
7.一种权利要求1所述的新型环保陶粒在处理污水中的重金属和有机污染物方面的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述新型环保陶粒在处理污水中的用量为5～20mg/ml。
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