CN112624281A

CN112624281A - 一种用于加载沉淀的载体及载体絮凝沉淀方法

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Publication number: CN112624281A
Application number: CN202011301060.9A
Authority: CN
Inventors: 华英豪; 郑心愿
Original assignee: Wenhua Environmental Technology Beijing Co ltd
Current assignee: Wenhua Environmental Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2021-04-09

Abstract

本发明提供一种用于加载沉淀的载体及载体絮凝沉淀方法，所述载体为基于石榴石矿研磨产生的石榴石砂，载体粒径为60～90μm。所述石榴石砂包括：质量分数为96.4～97％的铁铝石榴石、质量分数为1％的钛铁矿、质量分数为1.5％的绿辉石、质量分数为0.5％的金红石、质量分数小于0.1％的石英以及质量分数小于0.5％的角闪石；所述载体絮凝沉淀方法通过采用以石榴石矿为主的新型材料作为絮凝载体，以提高污水处理过程中的絮凝效率，减少沉降时长。同时，由于新型材料的密度较大，能够保障在旋流回收过程中的回收率，提高经济效益。

Description

一种用于加载沉淀的载体及载体絮凝沉淀方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于加载沉淀的载体及载体絮凝沉淀方法。

背景技术

混凝沉淀法在水处理中的应用是非常广泛的，它既可以降低原水的浊度、色度等水质的感观指标，又可以去除多种有毒有害污染物。混凝过程是工业用水和生活污水处理中最基本也是极为重要的处理过程，通过向水中投加一些药剂(通常称为混凝剂及助凝剂)，使水中难以沉淀的颗粒能互相聚合而形成微小絮体，然后与水体中的杂质结合形成更大的絮凝体。絮凝体具有强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分细菌和溶解性物质。絮凝体通过吸附，体积增大而下沉。混凝沉淀法中一般也会搭配絮凝沉淀步骤，以污水中脱稳的胶体，实现高效地絮凝沉淀。

混凝搭配絮凝沉淀的工艺与其他物理化学方法相比具有出水水质好、工艺运行稳定可靠、经济实用、操作简便等优点。在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去。

目前污水处理主要的混凝及絮凝沉淀工艺有高效沉淀池，磁混凝和加砂沉淀池。

其中，高效沉淀池所用的载体是污泥，即依靠污泥回流提高絮凝池的污泥浓度，增大絮体颗粒的直径来提高污泥的可沉降性能，但是对絮体的密度没有改变，导致沉降速度较慢，该工艺的上升流速约5～15m/h。磁混凝工艺的载体是磁粉，其主要成分是Fe₃O₄，密度约5g/cm³，粒径20～45μm，一方面在污泥回流的前提下，絮凝池污泥浓度大时，粒径过小导致起到的载体作用有限，絮体沉降时间约30s，另一方面粒径过小使得即便存在水力旋流器和磁分离机两级回收，仍不能保证磁粉的回收效率。此外由于市面上购买的磁粉含有非磁性物质，更降低了磁粉的回收率。加砂沉淀所用的载体是石英砂，密度2.6g/cm³，粒径100～150μm，粒径过大给絮凝带来困难，导致絮凝剂的投加量增加。

因此，亟待提供一种新的絮凝载体和絮凝方法以提升污水混凝沉淀工艺的净水效果。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种用于加载沉淀的载体及载体絮凝沉淀方法，以提高絮凝沉降的效率，减少絮凝剂的投加量并实现絮凝载体的回收利用，提升经济效益。

本发明的技术方案如下：

一方面，提供一种用于加载沉淀的载体，所述载体为基于石榴石矿研磨产生的石榴石砂，所述载体粒径为60～90μm。

在一些实施例中，所述石榴石砂包括：质量分数为96.4～97％的铁铝石榴石、质量分数为1％的钛铁矿、质量分数为1.5％的绿辉石、质量分数为0.5％的金红石、质量分数小于0.1％的石英以及质量分数小于0.5％的角闪石。

在一些实施例中，所述载体的颗粒形状可以为不规则半棱角状。

在一些实施例中，所述载体的化学组成按照质量百分比包括：10～22％的氧化铁、25～45％的二氧化硅、0～6％的二氧化钛、12～26％的氧化铝、3～21％的氧化亚铁、3～14％的氧化钙、1～18％的氧化镁以及0～5％的氧化锰，还包括小于25ppm的氯化物。

在一些实施例中，所述载体的密度为4.1g/cm³，堆积比重为2.4g/cm³。

另一方面，本发明提供一种载体絮凝沉淀方法，包括：

向待处理的原水中加入混凝剂并搅拌；

向经混凝后的原水中加入上述的用于加载沉淀的载体；

向加入载体的原水中加入絮凝剂，并搅拌以生成密实的絮状物；

将所述絮状物进行重力沉降后去除。

在一些实施例中，所述载体基于石榴石矿研磨产生，包括：质量分数为96.4～97％的铁铝石榴石、质量分数为1％的钛铁矿、质量分数为1.5％的绿辉石、质量分数为0.5％的金红石、质量分数小于0.1％的石英以及质量分数小于0.5％的角闪石；所述载体粒径为 60～90μm。

在一些实施例中，向待处理的原水中加入混凝剂并搅拌之前，还包括：添加助凝剂；所述助凝剂为石灰或氢氧化钠。

在一些实施例中，混凝剂为铝盐混凝剂、铁盐混凝剂或聚合盐类混凝剂。

在一些实施例中，酸性原水中所述载体的投加量高于中性或碱性原水。

本发明的有益效果至少包括：

所述用于加载沉淀的载体及载体絮凝沉淀方法，通过采用以石榴石矿为主的新型材料作为絮凝载体，以提高污水处理过程中的絮凝效率，减少沉降时长。同时，由于新型材料的密度较大，能够保障在旋流回收过程中的回收率，提高经济效益。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

具体实施方式

在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在污水处理中，混凝和絮凝一般搭配使用，通过添加混凝剂使污水中胶体脱稳形成较小的絮状物，进一步通过添加絮凝剂使较小的絮状物聚集形成较大且密实的絮状物并沉淀。

载体絮凝是一种快速沉淀技术，一般搭配混凝工艺实施，其特点是在混凝阶段投加高密度的不溶介质颗粒(如细砂)，利用介质的重力沉降及载体的吸附作用加快絮体的“生长”及沉淀。与传统絮凝工艺相比，该技术具有占地面积小，工程造价低，耐冲击负荷等优点。典型的载体絮凝工艺可以分为混合、熟化和高速沉淀3个阶段，通过向原水中添加混凝剂在一定的水力条件下完成水解、缩聚反应，使交替分散体系脱稳和凝聚，进一步添加助凝剂和絮凝载体促进絮体生长，形成粗大密实的絮状物后沉淀。此外，比较典型的高效沉淀池所采用的载体是污泥，依靠污泥回流提高絮凝池的污泥浓度，增大絮体颗粒的直径提高沉降性能。磁混凝工艺的载体是磁粉，主要成分是四氧化三铁，可以通过水力旋流器和磁分离机两级回收，但是由于其粒径较小，回收利用率依旧较低。加砂沉淀所采用的载体是石英砂，其粒径较大，吸附承载絮凝的效果较差，絮凝剂所需投加量较大。本申请中，将用于吸附承载絮体的载体，称为絮凝载体或载体。

鉴于絮凝载体的作用原理可知，为了提高絮凝的效果，一方面需要提高絮凝载体对絮状物的吸附作用，另一方面要提高沉降效果，再者需要提高回收利用率。为了实现上述效果，需要提供一种用于加载沉淀的载体，以改进现有技术中的絮凝载体，实现高效絮凝和回收利用，一方面提高净水效果，另一方面提高经济效益。

石榴石砂是一种高效经济环保型表面处理喷磨材料，被大量应用于喷砂工艺。石榴石的用途通常为：钢结构、船体、桥梁等的喷砂除锈；金属、石材、玻璃等的水刀切割；(3)化工、石油、制药、水处理的过滤介质；大理石、光学镜头、玻璃器皿、皮革等材料的研磨；砂轮、油石、砂布、砂纸原料；高速公路路面、飞机跑道、耐磨橡胶、防滑油漆等耐磨材料；广泛用于建筑行业领域。此外也是一种理想的新型非金属耐磨地坪骨料。

关于石榴石砂(Garnet sand)，由石榴石为原料研磨而成，具有硬度高，耐高温，化学性能稳定，颗粒均匀，磨削效率高，无划伤等特点。在现有技术中，适用于水刀切割行业；各种金属、塑料、木材等表面喷砂处理行业；机械行业的超精研磨，精密铸造和对显像管玻壳，光学玻璃，硅片等的研磨行业。

石榴石砂的特性：

1)质地坚硬，莫氏硬度在7.1以上，比常用的石英砂、海砂、河砂等喷砂材料的硬度都高，而且使用寿命长。

2)由于石榴石是等轴晶系的晶体，本身无解理，因而在将其制作成喷砂后，易形成带有棱角的近似立方体的颗粒，其喷砂除锈的效果较佳。它不仅能把金属表面的铁锈、氧化皮、涂层及其污染物彻底清除，而且由于硬度大，可以在被清理后的金属表面上产生理想的棱角状粗糙面，增大了金属的表面积，提高了界面的粘结力，使耐蚀防护涂层与金属表面的结合力显著增强，从而提高涂层与金属表面的粘结性能。

3)密度较大，通常在4g/cm³左右，冲击力强，能更好地清洁金属表面。

4)强度大，喷射时遇到金属表面不易破碎，及时碎裂后又会产生出新的带有棱角的近似立方体的颗粒，因而它可以反复使用，一般可达20次以上。是硅质砂(海砂或河砂)使用次数的20倍，石英砂(人工制作的)的2倍以上，其使用一次的相对成本较低。

石榴石砂有玻璃光泽，不规则棱角状，为等轴晶系，四角八面体，纹理少，具有不规则解理面，熔点为1340℃，不吸水。

在工业实践中，60目砂用于切割不锈钢，铜材，大理石制品。80目砂用于切割玻璃，陶瓷制品。

与其他天然磨料相比石榴石砂有如下优点：

一、高效率：石榴石砂在一定压力作用下，能够大量快速地用锋利的棱角撞击物体表面，所以被视作是一种非常快的喷磨方式。在气流中颗粒加速度和速度是惯性和颗粒大小产生的作用。越小的颗粒，加速越容易，因此能产生更高的冲击力冲击物体表面，从而产生一个非常高的清洗速度，通常情况下，这个速度比其他常规磨料快两倍。

二、低损耗：石榴石砂独特的颗粒大小，确保了更多有效颗粒撞击物体表面(如30-60 目砂，每公斤能产生1100万个颗粒撞击物体表面，而常规矿渣如20目，只能产生100 万个颗粒撞击物体表面)，从而使用石榴石砂可以很大程度上减少磨料的损耗，通常能节省常规磨料的1/3。

三、表面处理品质非常高：石榴石砂在喷磨过程中，能深入到表面的洞穴和凹坑处，到达金属的裸表面，因此它能彻底地除去所有的铁锈、溶水性盐类物质和其他污染物，经过处理的金属表面非常干净，无嵌入物。单位面积上带有均匀的50-75微米的峰，可以轻易达到光洁的表面轮廓结构。相对而言，由于矿渣(如铜渣，镍渣等)粗糙的、锋利的棱角在喷磨后极易残留在钢的表面，形成嵌砂，每平方米大概有500粒之多，从而导致初始的涂层失败和涂层效果不佳。

四、粉尘少：用石榴石砂进行表面喷磨处理，由于它的比重比较高，所以在喷射过程中产生的粉尘比较少，这一点保证了操作员的健康和安全，提高了操作员的能见度，与矿渣相比较(矿渣形成过程中是用冷水甚至是海水进行高温冷却，所以形成的是玻璃相结构，具有易碎性)，由于矿渣比较脆，在喷磨过程中，易被撞碎形成小颗粒，由于矿渣比重比较小，造成小矿渣颗粒悬浮在空气中，造成对环境的污染。同样，石英砂也是一种非常易碎的磨料。在喷磨过程中，会产生大量的对人体有害和对环境有严重污染的硅酸粉尘，这种粉尘一旦被人体吸入，很容易导致硅肺病甚至是癌症。

五、环保：不同于其它常规的喷磨材料，石榴石砂是一种纯天然的无毒矿物，内部不含有导致硅肺病的游离硅等有害物质，不含有毒的重金属或是放射性污染物。在操作过程中，由于产品比重比较大，很少会产生粉尘，有效地保证了操作员的健康。

可见，石榴石砂被广泛应用在表面喷砂工艺中，技术成熟。另外，在一些文献中还记载有将石榴石砂作为滤料使用的方案，因石榴石砂具有耐磨、耐腐蚀、抗压能力强、截污效果好的特点，石榴石砂作为滤料可以和无烟煤、石英砂等过滤材料一起用作三层过滤材料。

在一个非常偶然的情境下，发明人尝试使用了石榴石砂作为加载载体，获得了出人意料的加载沉淀效果。本申请利用石榴石砂作絮凝载体产生了优于现有载体材料的效果，下面对其进行详细说明。

在一些实施例中，所述载体为基于石榴石矿研磨产生的石榴石砂，载体粒径为 60～90μm。

在本实施例中，通过研磨和筛分可以控制载体颗粒的粒径，并控制粒径在60～90μm 区间，以保障载体表面积足够大，使得能够更好的吸附絮凝物，起到更好的净水效果。

在一些实施例中，所述石榴石砂包括：质量分数为96.4～97％的铁铝石榴石、质量分数为1％的钛铁矿、质量分数为1.5％的绿辉石、质量分数为0.5％的金红石、质量分数小于0.1％的石英以及质量分数小于0.5％的角闪石。其中，各组分物可以是相互联结的。

在本实施例中，载体组成以铁铝石榴石为主，而铁铝石榴石的主要成分是二氧化硅，其化学性质极其稳定，不溶于水也不溶于一般的酸，能够保证在各种水体酸碱条件下回收率较高且稳定。钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，又称钛磁铁矿，钛铁矿密度大，一定程度上增加了载体的密度，能够在一定程度上提高凝结的絮体的沉降速度。金红石主要为二氧化钛，能够起到一定光催化降解作用。

在一些实施例中，载体的颗粒形状可以为不规则半棱角状。

在本实施例中，鉴于石榴石矿本身的性质，经过一定程度的研磨筛分，控制载体的颗粒形状为半棱角状，使得其具有更大的比表面积，对絮凝过程中产生的絮体具有更高的吸附能力，使得净水效果更好。

在一些实施例中，载体的化学组成按照质量百分比包括：10～22％的氧化铁、25～45％的二氧化硅、0～6％的二氧化钛、12～26％的氧化铝、3～21％的氧化亚铁、3～14％的氧化钙、 1～18％的氧化镁以及0～5％的氧化锰，还包括小于25ppm的氯化物。

在一实施例中，载体的化学组成按照质量百分比包括：17％的氧化铁、39％的二氧化硅、0.05％的二氧化钛、21％的氧化铝、8％的氧化亚铁、9.5％的氧化钙、5％的氧化镁以及0.4％的氧化锰，还包括小于15ppm的氯化物。

在本实施例中，通过添加辅料等方式，调节载体整体的化学组成，使得载体硬度更高、密度更高、化学稳定性更强以及酸溶解度更低等。硬度高使得载体不易磨损，在回收利用过程中不会产生较大的形状变化，不会有过量的消耗，经过多次回收絮凝过程，依旧能够保持良好的吸附效果和絮凝能力，提高了经济效益。

在一些实施例中，载体的密度为4～5g/cm³，优选密度为4.1g/cm³，堆积比重为2.4g/cm³。

载体的密度影响所生成的絮凝物的沉降速度，在适当范围内密度越大沉降速度越快，上清水的净化效果越好。堆积比重在一定程度上反应了载体颗粒之间的密实度，在适当范围内，堆积比重越小载体之间空间越大粘结越少，絮凝过程中相对表面积越大，絮凝效果越好。

因此，本实施例中，通过添加如高分子化合物辅料等调节载体的密度为4.1g/cm³，推重比可以通过调整研磨工艺，控制载体形状，粒径大小进行控制，使堆积比重为2.4 g/cm³。

在一些实施例中，基于对石榴石矿的研磨得到粒径80μm的载体，按照质量分数为95.4％的铁铝石榴石、1％的钛铁矿、1.5％的绿辉石、0.5％的金红石、0.1％的石英以及0.5％的角闪石，相应的按照化学组成分析，所述载体质量百分比包括：17％的氧化铁、39％的二氧化硅、0.05％的二氧化钛、21％的氧化铝、8％的氧化亚铁、9.5％的氧化钙、5％的氧化镁以及0.4％的氧化锰，还包括小于15ppm的氯化物。载体的密度为4.1g/cm3，堆积比重为2.4g/cm3，摩氏硬度7.5，暗红色，颗粒为半棱角状，导电性小于25S/m，无毒，酸溶解度小于1.0％。

对于本实施例所述载体，其优点至少包括：

1)其主要矿物是石榴石矿，主要矿物成分是二氧化硅，化学性质非常稳定，不溶于水也不与一般的酸反应，酸溶解度小于1％，因此即便是在偏酸的环境中回收率也很高。

2)密度为4～5g/cm³，仅次于磁粉，可形成高密度絮体，提高污泥的可沉降性能。相比于采用磁粉作为载体的絮凝沉降过程停留时间节约了15～20s。

3)摩氏硬度7.5～8，硬度很高，在使用过程中不易磨损，损耗量很低，可以提升回收循环次数，提高利用率，提升经济效益。

4)本实施例载体的晶体结构是半棱角状，比表面积较大，有利于絮凝过程中絮体的形成。

5)载体粒径为60～90μm，介于磁粉和石英砂之间，既能在较低的絮凝剂投加量下形成密实絮体，另一方面可以保证在旋流回收系统中的回收率。

6)无毒害物质，不会将重金属等污染物带入水中。

例如，采用传统的砂加载絮凝工艺进行水处理时，不同药剂的用量为氯化铁 15～60mg/L，明矾40～65mg/L，聚合氯化铝17～25mg/L，助凝剂1.4mg/L。而采用本实施例所述载体进行载体絮凝时，对各种药剂的用量可以至少减少20％。

另一方面，本发明提供一种载体絮凝沉淀方法，采用上述载体的絮凝工艺，包括步骤 S101～S104：

步骤S101：向待处理的原水中加入混凝剂并搅拌。

步骤S102：向经混凝后的原水中加入如权利要求1～5任意一项所述的用于加载沉淀的载体。

步骤S103：向加入载体的原水中加入絮凝剂，并搅拌以快速生成密实的絮状物。

步骤S104：将所述絮状物进行重力沉降后去除。

相比于现有技术中的载体絮凝沉淀工艺，本实施例中采用了新型的载体材料，用以提升絮凝效果，提高载体的回收利用率，提升经济性能。

具体的，在步骤S101中，通过添加混凝剂使胶体失去稳定性，并使脱稳胶体相互聚集。在一些实施例中，混凝剂为铝盐混凝剂、铁盐混凝剂或聚合盐类混凝剂。其中铝盐混凝剂可以采用：硫酸铝或明矾，适用于pH高，碱度较大的原水。铝盐混凝剂破乳及去除水中有机物时，pH控制在4～7之间，去除水中悬浮物时，pH控制在6.5～8之间，适用水温20～40℃。铁盐混凝剂可采用三氯化铁或硫酸亚铁等，对金属、混凝土和塑料均有腐蚀性。亚铁离子须先经氧化成三价铁，当pH较低时须曝气充氧或投加助凝剂氯氧化。铁盐混凝剂的pH值的适用范围适宜控制在7～8.5之间，絮体形成较快，较稳定，沉淀时间短。聚合盐类混凝剂可以采用聚合氯化铝或聚合硫酸铁，聚合盐类混凝剂受pH和温度影响较小，吸附效果稳定，适宜的pH为6～9，混凝效果好，耗药量少，出水浊度低、色度小、原水高浊度时尤为显著。

混凝过程中通过搅拌使混凝剂水解产物迅速扩散到水体中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一时间脱稳并凝聚，这样才能得到好的絮凝效果。该过程可以靠搅拌器的提升混合作用完成泥渣、药剂、原水的快速混凝反应，然后经叶轮提升至絮凝池进行慢速絮凝反应，以结成较大的絮凝体

具体的，步骤S101可以在混凝池中进行，混凝池内可以采用水泵混合、管式混合或机械混合的形式进行搅动。

在一些实施例中，向待处理的原水中加入混凝剂并搅拌之前，还包括：添加助凝剂；助凝剂为石灰或氢氧化钠。当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需要投加某种辅助药剂以提高混凝效果。

在步骤S102中，所述载体基于石榴石矿研磨产生，包括：质量分数为96.4～97％的铁铝石榴石、质量分数为1％的钛铁矿、质量分数为1.5％的绿辉石、质量分数为0.5％的金红石、质量分数小于0.1％的石英以及质量分数小于0.5％的角闪石；所述载体粒径为 60～90μm。其中，各组分物可以是相互联结的。

由于本实施例所用载体的密度为4.1g/cm³，堆积比重为2.4g/cm³，莫氏硬度在7.5～8 的区间内，颗粒形状为半棱角形，酸溶解度小于1％。因此，较高的密度可提高污泥的沉降性能，使污泥快速沉降，减少水力停留时间，对池体的容积要求降低，减小硬件设施的占地面积。载体的密度大于石英砂，根据斯托克斯公式，絮体密度高时沉降速度快，因此其作为载体加速沉淀的作用高于石英砂。同时由于粒径相对较小，比表面积较大，絮凝吸附效果高，又可降低絮凝剂的投加量。进一步的，本实施例所用载体密度虽然略低于磁粉，但粒径大于磁粉。一般磁粉粒径为0～50μm，不利于回收。而本实施例所采用的载体的沉降时间比磁粉快15～20s，且回收效率高于磁粉，无需再借助磁分离机。再者，由于本实施例所用载体硬度高，在多次循环利用过程中损耗量小，可以提高重复利用率，减少载体的投加量，以提升经济效益。

在步骤S103中，通过在水处理过程中添加絮凝剂可以将水中的脱稳胶体微粒子相互粘结并聚集在一起。具体的，在污水处理过程中，颗粒中较大的粗粒悬浮物可以利用自然沉淀去除，但是更微小的悬浮物，甚至是某些有害的化学离子，特别是胶体粒子沉降得很慢，甚至能在水中长期保持分散的悬浮状态而不能自然下沉，难以用自然沉淀的方法从水中分离除去。在经过混凝剂脱稳处理后，絮凝剂使脱稳后形成的较小的絮体颗粒凝聚在一起，形成密实絮状物并下沉分离。通常絮凝剂分为有机絮凝剂和无机絮凝剂两大类。在本申请中，絮凝剂与絮凝载体共同作用，提高沉降效果。

絮凝剂可以为聚丙烯酰胺、活化硅酸或骨胶。对于絮凝剂，常用的絮凝剂是聚丙烯酰胺。活化硅酸用于低温低浊水时有效，在混凝反应完成后投加，要有适宜的酸化度和活化时间，配制较复杂。骨胶一般和三氯化铁混合使用。助凝剂中，当需处理高色度水、破坏水中残存有机物结构及去除臭味时，可在投混凝剂前先投氯，以减少混凝剂用量；用硫酸亚铁作混凝剂时，可加氯促进二价铁氧化成三价铁。需补充污水碱度时、需去除水中的 CO₂调整pH值时、需增大絮凝体密度加速絮体沉淀时或需增强泥渣脱水性能时采用石灰。需调整水的pH值时还可以采用氢氧化钠。

在一些实施例中，酸性原水中载体的投加量高于中性或碱性原水，由于载体具有一定的酸溶解性，在酸性条件下可能会导致部分辅料或金属氧化物溶解，为保证絮凝效果，可以适当提高载体投加量或减小回收利用率。

具体的，步骤S103可以在絮凝池中进行，絮凝池内可以采用水泵混合、管式混合或机械混合的形式进行缓慢搅动。

絮凝反应设备中，反应池型式的选择应根据污水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。污水处理中常用竖流折板反应池、网格(栅条)反应池、机械反应池。竖流折板反应池应用较广泛，适用于水量变化不大的大中型污水处理厂(站)。网格(栅条) 反应池适用于中小水量污水絮凝处理，可与沉淀池或气浮池合建，含纤维类、油类物质较多的污水不宜采用本反应池。机械反应池适用于中小水量污水与各类工业废水混凝处理，可与沉淀池或气浮池合建；易于根据水质水量的变化调整水力条件；可根据反应效果调整药剂投加点，改善絮凝效果。旋流反应池和涡流反应池适用于水质水量较稳定的情况。在步骤S104中，通过重力沉降的方式去除形成的絮状物。具体的，可以设置澄清池，澄清池内部设有污泥斗以及刮泥机，包裹着载体的絮状物在重力沉降的作用下落到污泥斗中作为污泥排出，采用水力旋流分离器分离污泥中的载体和絮状物，将得到的载体按照设定比例回收利用重新添加至絮凝池中参与絮凝沉降。在一些实施例中，分离后的剩余污泥一部分可以回流至步骤S101的混凝池中，用于提升混凝效率，减少混凝剂的投加量，另一部分可以进行干化外排。

鉴于本申请中所采用的载体性质，污泥中所分离的载体可以按照90～99％的比例进行回收利用，以保障回收利用的载体颗粒形态和粒径符合要求，从而保障絮凝效果，提升出水质量。

进一步地，混凝池、絮凝池和澄清池之间可以通过溢流堰进行连接。

进一步地，澄清池上部可以设置斜板沉淀区，用于二次沉淀，利用层流原理提高沉淀效果，缩短了颗粒沉降距离，缩短了沉降时间，增加了沉淀面积，处理能力较高，优化上清液的出水质量；同时，其表面负荷高，占地面积小。

传统砂加载工艺对于水体中污染物的去除率为：BOD₅(五日化学需氧量)去除率36～62％，COD(化学需氧量)去除率为20～50％，TSS(总悬浮物含量)去除率为74～92％，磷去除率为92～96％，相应系统中污水总停留时间为10～15min。而本申请中采用的以石榴石矿研磨而成的载体进行絮凝沉降，在污水处理过程中产生了显著的进步效果，下面结合具体数据参数进行说明。

对于待处理原水中浊度的处理，在等量PAC(聚合氯化铝)和载体投加量下，出水浊度如表1所示：

表1

可见，相同PAC投加量下，向待处理原水中投加相同质量的石榴石砂和磁粉时，用石榴石砂做载体上清液浊度明显比用磁粉做载体时的上清液浊度低，上清液更加清澈透明。

进一步地，在等量石榴石砂或磁粉的投加量下，待处理原水中各种污染物出水含量如

表2：

单位：mg/L

Cr

As

Pb

Zn

Cu

Ni

Ti

Mn

Fe

SS

COD

原水

<0.03

<0.2

<0.05

0.041

<0.04

<0.007

<0.02

0.08

0.35

32

50.4

无载体

<0.03

<0.2

<0.05

<0.009

<0.04

<0.007

<0.02

0.07

0.09

9

46.5

石榴石砂

<0.03

<0.2

<0.05

0.037

<0.04

<0.007

<0.02

0.06

<0.01

8

29.1

磁粉

<0.03

<0.2

<0.05

0.075

0.09

<0.007

<0.02

0.08

1.44

12

43.8

表2

可见，以石榴石砂为载体进行絮凝时，对于各项污染物的去除效果显著优于磁粉。尤其是待处理原水中，锌铜锰铁金属污染物的去除量，悬浮物和有机物的去除量都明显优于磁粉。同时，以磁粉作为絮凝载体会引入重金属，导致水中锌、铜、铁等重金属含量升高，而采用石榴石砂作为絮凝载体则不会出现引入重金属的问题。因此，采用石榴石砂作为絮凝载体，相比现有技术获得了显著的有益效果。同时，由于石榴石砂的粒径为60～90μm，粒径大于磁粉，其仅通过水力旋流器就可以实现从污泥中分离回收利用，不需要再借助磁分离机，减少了处理步骤，极大节约了成本。

对比磁粉、石英砂和石榴石砂在一级水处理过程中用量等参数，得到结果如表3所示：

	投加量(g/L)	损耗量(mg/L)	沉降速度(s)	PAM投加量(mg/L)
					磁粉	5	7～8	15	1～2
石英砂	5	4～6	7	2～3
					石榴石砂	5	3～4	7	1～2

表3

可见，一级水处理过程中，等量投加量的磁粉、石英砂和石榴石砂在运行过程中，石榴石砂所需的对应的PAM(聚丙烯酰胺)用量少，损耗最低，沉降速度最快。因此，同等的水处理效果下，以石榴石砂作为絮凝载体的能够减少投加量，提高水处理速度，在一定程度上减小设备的占地面积，产生了显著的经济效益。在应用石榴石砂的情况下，整个系统的水力停留时间可以缩短到8min以内，石榴石砂的回收率高于99％，投加5g/L，损耗3mg/L。

综上所述，本发明所述用于加载沉淀的载体及载体絮凝沉淀方法，通过采用以石榴石矿为主的新型材料作为絮凝载体，以提高污水处理过程中的絮凝效率，减少沉降时长。同时，由于新型材料的密度较大，能够保障在旋流回收过程中的回收率，提高经济效益。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于加载沉淀的载体，其特征在于，所述载体为基于石榴石矿研磨产生的石榴石砂，所述载体粒径为60～90μm。

2.根据权利要求1所述的用于加载沉淀的载体，其特征在于，所述石榴石砂包括：质量分数为96.4～97％的铁铝石榴石、质量分数为1％的钛铁矿、质量分数为1.5％的绿辉石、质量分数为0.5％的金红石、质量分数小于0.1％的石英以及质量分数小于0.5％的角闪石。

3.根据权利要求2所述的用于加载沉淀的载体，其特征在于，所述载体的颗粒形状为不规则半棱角状。

4.根据权利要求1所述的用于加载沉淀的载体，其特征在于，所述载体的化学组成按照质量百分比包括：10～22％的氧化铁、25～45％的二氧化硅、0～6％的二氧化钛、12～26％的氧化铝、3～21％的氧化亚铁、3～14％的氧化钙、1～18％的氧化镁以及0～5％的氧化锰，还包括小于25ppm的氯化物。

5.根据权利要求2所述的用于加载沉淀的载体，其特征在于，所述载体的密度为4～5g/cm³，堆积比重为2.4g/cm³。

6.一种载体絮凝沉淀方法，其特征在于，包括：

向待处理的原水中加入混凝剂并搅拌；

向经混凝后的原水中加入如权利要求1～5任意一项所述的用于加载沉淀的载体；

将所述絮状物进行重力沉降后去除。

7.根据权利要求6所述的载体絮凝沉淀方法，其特征在于，所述载体基于石榴石矿研磨产生，包括：质量分数为96.4～97％的铁铝石榴石、质量分数为1％的钛铁矿、质量分数为1.5％的绿辉石、质量分数为0.5％的金红石、质量分数小于0.1％的石英以及质量分数小于0.5％的角闪石；所述载体粒径为60～90μm。

8.根据权利要求6所述的载体絮凝沉淀方法，其特征在于，还包括，向待处理的原水中加入混凝剂并搅拌之前，添加助凝剂；所述助凝剂为石灰或氢氧化钠。

9.根据权利要求6所述的载体絮凝沉淀方法，其特征在于，混凝剂为铝盐混凝剂、铁盐混凝剂或聚合盐类混凝剂。

10.根据权利要求6所述的载体絮凝沉淀方法，其特征在于，酸性原水中所述载体的投加量高于中性或碱性原水。