CN114163176B - 农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法 - Google Patents

农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114163176B
CN114163176B CN202111466106.7A CN202111466106A CN114163176B CN 114163176 B CN114163176 B CN 114163176B CN 202111466106 A CN202111466106 A CN 202111466106A CN 114163176 B CN114163176 B CN 114163176B
Authority
CN
China
Prior art keywords
raw material
filler
ball filler
sintering
material ball
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111466106.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114163176A (zh
Inventor
刘建伟
迟名佳
田洪钰
陈雪威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Original Assignee
Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Civil Engineering and Architecture filed Critical Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority to CN202111466106.7A priority Critical patent/CN114163176B/zh
Publication of CN114163176A publication Critical patent/CN114163176A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114163176B publication Critical patent/CN114163176B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/105—Characterized by the chemical composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/02—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding chemical blowing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/02—Selection of the hardening environment
    • C04B40/024—Steam hardening, e.g. in an autoclave
    • C04B40/0245—Steam hardening, e.g. in an autoclave including a pre-curing step not involving a steam or autoclave treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/02—Selection of the hardening environment
    • C04B40/0277—Hardening promoted by using additional water, e.g. by spraying water on the green concrete element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/20—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备、养护方法和应用；包括：粉煤灰50‑60％、脱水污泥10‑20％、水泥20‑30％、氧化钙5‑8％、乙酸铵1‑2％、硅酸钠3‑5％、三乙醇胺0.04‑0.06％；采用免烧结工艺制备生料球填料；得到的生料球填料依次经过常温养护、高温蒸汽养护、喷水养护及成品制作无效效率优异的填料产品，并将其应用于BAF系统中，在稳定期对COD和NH3‑N的去除率可分别稳定在84％和71％。总之本发明目以粉煤灰为主要原料，加入水泥和脱水污泥，并以氧化钙为辅助激发剂，乙酸铵作为增孔剂，增大填料的比表面积，且生料球填料具有较高的孔隙率，较大的比表面积和适中的强度，具有优异的性能。

Description

农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体的说是涉及一种农村污水处理系统免烧结填料、制备及养护方法和应用。
背景技术
农村污水是指农村地区居民在生活和生产过程中形成的污水，包括生产污水和生活污水。其中生活污水是指居民生活过程中厕所、洗浴、日常洗护和厨房等产生的废水；生产污水是指畜牧养殖业、农产品加工等产生的废水。
农村污水一般产生量小、污水排放不连续、污染物浓度低、变化大，含有一定的N、P等物质。
因具有处理效果好、单位体积填料的生活微生物量大、抗冲击负荷能力强、无污泥膨胀和运行管理方便等优点，生物膜法处理系统在农村污水处理中有广泛的应用。填料作为微生物附着和生长的载体，是生物膜法污水处理系统的核心组件，直接影响污水污染物的去除效率。填料作为相对固定相，为气、液、微生物三相提供接触面，通过切割水流和气泡来促进气液传质，在维持活性生物量和微生物种群多样性、提高系统处理效率、降低运行成本方面至关重要，直接影响和制约着生物膜系统的处理效果、基建投资和运行周期等。
目前国内外在生物膜处理系统中应用较多的为无机填料，且目前应用到污水处理无机填料大多采用烧结工艺制备而成，烧结工艺在早期通常应用于建材行业轻骨料的生产，其原理是原料在高温(1000～1200℃)条件下软化并产生一定的黏度，使其自身在外力作用下可以呈流态，与此同时，在原料体系中加入一定量的造孔剂和助融剂，则可在高温条件下产生气体并形成一定的内气压，使得软化的坯体内部发生膨胀并形成孔洞，同时在骨料表面生成坚硬的玻璃化釉质层。但是烧结工艺制备的无机填料具有耗能大、成本高的缺点，且高温下填料表面易于结釉，不利于增加其比表面积，限制了微生物附着量。且，烧结过程涉及热解、汽化、裂解、氧化、还原等多种复杂的热力学过程，会产生热化学有害气体。生产无机填料的主要原料粘土是宝贵的土地资源，其损失从长远来看可能严重威胁到农业的可持续发展。
因此，寻求一种新型的污水处理系统填料及制备方法对未来发展至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法；首先采用免烧结工艺制备，不需要高温工艺、节省能耗，避免生产过程产生的一系列热化学反应产物污染大气；其次本发明方法条件温和，填料强度逐渐强化，避免填料中微孔的产生，增大填料比表面积、微孔和表面吸附位点明细的增多，填料表面粗糙度增大，利用气液传质及微生物挂膜和生化反应，从而提高污水污染物的去除效率。
为了实现上述效果，本发明目的之一提供了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，具体包括如下重量比原料：
粉煤灰50-60％、脱水污泥10-20％、水泥20-30％、氧化钙5-8％、乙酸铵1-2％、硅酸钠3-5％、三乙醇胺0.04-0.06％。
采用上述技术方案的有益效果是：本发明设计的生料球填料以粉煤灰和脱水污泥为原料，不仅可实现固废资源化综合利用的目的，还具有显著的经济效益和社会效益，且粉煤灰和脱水污泥中含有多种无机物，具有制备轻质填料的潜力，二者的加入可部分代替粘土，降低土地资源的使用量。
进一步，本发明采用水泥作为粘结剂，再加以氧化钙和乙酸铵等外加剂，使获得填料具有较高的孔隙率，较大的比表面积和适中的强度。
以粉煤灰为主要原料，加入水泥和脱水污泥，并以氧化钙作为辅助激发剂，乙酸铵作为增孔剂，填料制备机理为体系中的氧化钙与水迅速反应生成Ca(OH)2，激发粉煤灰玻璃体中的活性SiO2和Al2O3快速大量的溶出，与生成的Ca(OH)2反应生成胶凝性水化产物，减小了填料内部孔洞数量，脱水污泥可减轻填料质量，同时乙酸铵作为增孔剂可与Ca(OH)2反应释放氨气，提高填料比表面积；
且更进一步，由于水泥具有高碱性，与氧化钙共同作用，处于碱性环境下的粉煤灰玻璃体被腐蚀，内部SiO2、Al2O3等活性物质溶出，与体系中的Ca(OH)2等碱性物质反应形成胶凝物质，颗粒之间的连接更加牢固，减小了填料内部孔洞数量，因而孔隙率降低，比表面积降低，表观密度提高，吸水率降低，堆积密度提高。
水泥自身的水硬性也促进了体系水化反应的进行，水泥中水化和凝结硬化速度最快的3CaO·Al2O3、3CaO·SiO2遇水形成C-A-H、C-S-H胶体，晶体作为骨架与胶体交错成网状结构，提高填料强度，提高筒压强度。
中性偏碱的污泥降低了原料体系偏强碱性的pH，破坏了使粉煤灰活性物质溶出的高pH环境，阻碍胶凝物质的产生，同时由于污泥中含有一定量的碳，对水化反应产生影响使填料强度降低；污泥含量对总体的抗压强度有影响，可归因于体积密度的降低以及吸水率的增加。
脱水污泥的含量一方面对填料质量的减轻有影响，另一方面对表观密度和堆积密度也有影响；总之污泥和脱水污泥都与体系较高的孔隙率水平有关。
本填料外表面较粗糙，水流在其表面易分开，可减小水流对生物膜的冲击力，有助于微生物稳定附着；填料内表面均匀分布有细小的絮状结构和众多微孔及通道，絮状的水化产物包裹着原料颗粒表面，使填料结构更加致密，强度得到显著提高；同时生物膜易密集附着、生长在填料表面，不易脱落，强化了对农村污水中COD和NH3-N等污染物的去除。
此外，本填料表面弱碱性环境可促进硝化细菌的生长繁殖，从而增加反应器内硝化菌输液量，改善了新型填料生物接触氧化系统对NH3-N的去除效果。
优选的，所述粉煤灰中SiO2和Al2O3的质量含量分别为52-55％和28-32％，所述粉煤灰的含水率小于2％；
采用上述技术方案的有益效果：粉煤灰采用低钙型粉煤灰，并限定SiO2和Al2O3的含量，其作用是创造碱性环境，使活性SiO2和Al2O3易于溶出，并在一定条件下与钙类物质反应，形成具有水硬胶凝性的产物，增加填料强度，形成填料承载负荷骨架。
优选的，所述脱水污泥中SiO2和Al2O3的质量含量分别为15-18％和5-8％，且所述脱水污泥的含水率小于5％；
采用上述技术方案的有益效果：进一步为填料提供良好的骨架。
优选的，所述水泥中SiO2和Al2O3的质量含量分别为20-25％和6-8％；所述水泥的含水率小于2％；
采用上述技术方案的有益效果：所述水泥采用硅酸盐水泥，并限定SiO2和Al2O3的含量，主要作用为固化和粘结，其主要成分为遇水后能够凝结硬化的硅酸钙矿物和铝酸钙矿物，其溶出的碱性环境促进粉煤灰和脱水污泥中SiO2和Al2O3等活性物质的溶出，与Ca(OH)2等碱性物质反应形成胶凝物质，颗粒之间的连接更加牢固，降低吸水率和提高堆积密度。
优选的，所述氧化钙的含水率小于1％。
采用上述技术方案的有益效果：氧化钙的加入能够减小水泥用量，促进粉煤灰活性的激发；氧化钙含水率小于1％，使其保持干燥，防止其因含水率高提前与水反应而结块，影响后续粉煤灰活性的激发。
且，乙酸铵作为增孔剂提高了填料比表面积，使填料在形成过程中产生空隙结构，为微生物提供更大的附着空间，增强填料吸附性能；
同时，硅酸钠和三乙醇胺作为外加剂，三乙醇胺不仅可以促进早期的水化反应，使水泥提高早期强度，其后期强度亦有所增长，并且可以有效降低粉煤灰和水泥水化反应的所需活化能。
优选的，所述粉煤灰、所述脱水污泥、所述水泥和所述氧化钙均是在恒温105℃±1℃条件下进行干燥。
采用上述技术方案的有益效果：温度设定为105℃±1℃，可加快原料水分蒸发速度且又不会因温度太高而对原料造成损坏。
本发明目的之二在于提供一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其包括如下步骤：
S1：原料预处理
根据上述农村污水处理系统免烧结生料球填料准备原料，且将粉煤灰和脱水水泥分别投入置球磨粉碎机中充分研磨，出料的粒径均为0.20-0.80mm，再均置于0.80mm的筛子中进行筛分，备用；
S2：原料预混
将S1准备的原料按照重量配比混合得混合干料，其中乙酸铵配置成浓度为1wt-2wt％的溶液，备用；
S3：搅拌
将混合料置于搅拌槽中进行搅拌和分散，使其混合均匀，再加入乙酸铵溶液调整含水率至15-18％，之后调节pH值至7.5-8.0；
S4：将经过S3处理的混合料置于定性模具中，并在混合料表面喷淋浓度为8wt％的硅酸钠水溶液，进行定形，制备成生料球填料。
采用上述技术方案的有益效果：本填料制备方法采用免烧结工艺制备填料，具有制造成本低、孔隙率高、比表面积大、生产工艺相对简单且强度随时间不断提高的特点，同时免烧结制备工艺不需要高温环境，避免产生一系列热化学产物危害大气环境。
且，本制备方法制备的填料巨大的比表面积和复杂的空隙结构可比对照填料附着更多的脱氮微生物，更好的实现对NH3-N降解。
同时，由于本方法制备的填料比表面积更大，孔隙发达，表面粗糙度大，可溶性有机物，营养物质以及微小的悬浮颗粒都能到达深孔，粗糙的表面增加了微生物与填料间的有效接触面积，其次，填料表面的孔洞、裂缝等对已附着的细菌可起到屏蔽保护的作用，使它们免受水力剪切的冲刷，有效避免了常规烧结填料制备过程中，高温形成的微观孔洞结构的破坏，导致微孔和表面吸附位点减少，表面光滑和挂膜量小，挂膜速度慢的问题。
需要说明的是，由于喷淋的硅酸钠水溶液浓度较低且量少，可不计入总原料的硅酸钠组分，且喷淋硅酸钠水溶液提高了原料的可塑性,使粉煤灰与水泥能很好固结在一起，另外还改变了孔隙的结构，原有的大孔隙变成了微细小孔,在提高填料的强度和空隙率的同时，又降低了填料的吸水率。
更进一步，新型填料比表面较传统烧结填料大，孔隙发达，悬浮物质、DOC和小分子营养物质能够达到深层孔隙，有效利用填料空间，改善了溶解氧的传质效果并提高了活性微生物的分散程度，从而高效降解有机物。且新型填料原料中包含微生物生长所必须的Ca2+和Fe2+微量元素，有助于促进微生物生长繁殖，因此其表面更适于微生物生长，挂膜量大且挂膜速度快。
本方法制备的填料自身成分、性质复杂，对微生物的选择性作用较常规填料强、且填料比表面积大，附着更多微生物，表面生物膜更厚，好氧和缺氧环境的同时存在使得本填料污水处理系统底部的微生物多样性较常规对照填料污水处理系统更好。
本填料的污水处理系统对微生物多样性较常规对照填料污水处理系统更好，本填料的污水处理系统对微生物种类具有一定的选择性作用，对功能微生物丰度具有较好的调节作用，采用免烧结工艺，利用化学反应使原料颗粒间形成新的物质，从而使原料颗粒粘合在一起。
本填料1m3生产成本约为500-600元，相比于传统烧结填料制作成本相比，本方法制备的填料在实现固体废弃物资源化的同时具有明显的经济优势。
优选的，S3所述搅拌是利用立轴行星搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为500-600r/min，搅拌时间3-5min。
采用上述技术方案的有益效果：能够快速完成搅拌和分散，实现反应的完全和彻底。
优选的，S3所述调节含水率是添加浓度为1wt-2wt％的乙酸铵溶液并继续搅拌；所述调节pH值是加入5wt％-10wt％的氢氧化钙或2wt％-3wt％的磷酸溶液。
采用上述技术方案的有益效果：加入乙酸铵作为增孔剂来提高填料比表面积，使填料在形成过程中产生空隙结构，为微生物提供更大的附着空间，增强填料吸附性能；调节pH值至7.5-8.0，碱性环境促进粉煤灰和脱水污泥中SiO2、Al2O3等活性物质的溶出，与Ca(OH)2等碱性物质反应形成胶凝物质，颗粒之间的连接更加牢固。
优选的，S4所述的生料球填料的直径为7-9mm。
总之，上述的制备方法即免烧结工艺利用化学反应使粉煤灰颗粒间形成新的物质，从而使粉煤灰颗粒相互粘合在一起，且免烧结填料的原料体系主要包括集料、粘结剂、辅助材料三部分，其中集料又分为粗集料和细集料。集料是免烧结填料承受外界荷载的主体；粘结剂一般由水泥或其他具有水化作用的材料构成，产生胶凝性物质从而使多种原料相互粘结，形成致密的网状结构，构成填料的基本骨架。
本发明目的之三在于提供一种生料球填料的养护方法，所述生料球填料根据上述制备方法得到，还包括如下步骤：
1)常温养护
先将所述生料球填料在20-30℃下养护10-15h；
2)高温蒸汽养护
再进行高温蒸汽养护，养护温度85-90℃，养护时间10-12h；
3)喷水养护
最后进行喷水养护，喷水量为所述生料球填料重量的10-15％，处于湿润状态，养护6-10d；
4)成品制作
将养护后的生物球填料自然晾干即可。
采用上述技术方案的有益效果：常温养护可以使其球内部各个原料成分继续进行水化反应，产生更多的胶凝水化产物，提高填料早期强度，同时碱性环境的形成，为水泥水化反应的发生具有一定的催化作用；再进行蒸汽养护，促进水热合成和水化反应的进行，形成结晶度更好的水化产物，提高填料强度；最后经过喷水养护得到高密度富集填料，通过常温养护、蒸汽养护和喷水养护，能够直接避免直接升温导致填料表面出现龟裂现象，提高填料强度和表面特性。
进一步，适宜的养护温度有助于激发粉煤灰活性，也可促进体系水化反应，填料内部体系的水化作用逐渐增强，同时，高温下可生成一定量的托勃莫来石，托勃莫来石结晶度较高，因而提高了填料的强度。
优选的，步骤1)所述常温养护是用湿纱布养护。
优选的，步骤4)所述成品的性能指标为：堆积密度720～770kg/m3、表观密度1250～1300kg/m3、筒压强度1.6～2.1MPa、比表面积20-25m2/g、空隙率40-50％、吸水率20-25％、盐酸可溶率1.6-1.8％。
本发明目的之四是将养护后的生物球填料应用于BAF系统中，在稳定期对COD和NH3-N的去除率可分别稳定在84％和71％。
综上所述，本发明与现有技术相比至少取得以下技术效果：
(1)首先本发明目的之一的生料球填料以粉煤灰为主要原料，加入水泥和脱水污泥，并以氧化钙为辅助激发剂，乙酸铵作为增孔剂，在制备过程中氧化钙与水迅速反应生成Ca(OH)2，激发粉煤灰玻璃体中的活性SiO2和Al2O3快速大量溶出，与生成的Ca(OH)2反应生成胶凝性水化产物，脱水污泥可减轻填料重量，同时乙酸铵作为增孔剂可与Ca(OH)2反应释放出氨气，提高填料比表面积。
(2)其次本发明目的之二提供生料球填料的制备方法，依据免烧结工艺利用化学反应使粉煤灰颗粒间形成新的物质，从而使粉煤灰颗粒相互粘合在一起，形成致密的网状结构，构成填料的基本骨架；使制备的生料球填料具有较高的孔隙率，较大的比表面积和适中的强度，能够促进生物膜处理系统的高效、稳定运行，并将其应用于浓度污水处理常用的生物接触氧化系统中，旨在改善常规填料挂膜、传质性能，提高反应器活性微生物挂膜量，同时实现固体废弃物的资源化利用，达到以废制废的目的。
(3)本发明目的之三采用蒸汽养护和蒸压养护的方式处理生骨料，其目的是通过营造适当的温度、湿度条件，以确保骨料体系水化反应的进行，从而使水化产物快速填充和分割毛细空隙，缩短生产时间，获得较高的填料早期强度。
(4)本发明目的之四是将养护后的生物球填料应用于BAF系统中，在稳定期对COD和NH3-N的去除率有显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1整体结构框架图。
图2附图为本发明实施例8的污水生物接触氧化反应器的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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
本实施例公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，包括如下重量比原料：粉煤灰55％、脱水污泥15％、水泥20％、氧化钙5％、乙酸铵2％、硅酸钠3％、三乙醇胺0.05％。
为了进一步优化上述技术方案，粉煤灰中SiO2和Al2O3的质量含量分别为52-55％和28-32％，粉煤灰的含水率小于2％；
为了进一步优化上述技术方案，脱水污泥中SiO2和Al2O3的质量含量分别为15-18％和5-8％，且脱水污泥的含水率小于5％；
为了进一步优化上述技术方案，水泥中SiO2和Al2O3的质量含量分别为20-25％和6-8％；水泥的含水率小于2％；
为了进一步优化上述技术方案，氧化钙的含水率小于1％。
为了进一步优化上述技术方案，粉煤灰、脱水污泥、水泥和氧化钙均是在恒温105℃条件下进行干燥。
在上述的基础上公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，具体包括：
S1：原料预处理
根据上述的农村污水处理系统免烧结填料准备原料，且将粉煤灰和脱水水泥分别投入置球磨粉碎机中充分研磨，出料的粒径均为0.20-0.80mm，再均置于0.80mm的筛子中进行筛分，备用；
S2：原料预混
将S1准备的原料按照重量配比混合得混合干料，其中乙酸铵配置成浓度为2wt％的溶液备用；
S3：搅拌
将混合干料置于搅拌槽中进行搅拌和分散，使其混合均匀，再加入乙酸铵溶液调整含水率至15％，之后调节pH值至7.5；
S4：将经过S3处理的混合料置于定性模具中，并在混合料表面喷淋浓度为8wt％的硅酸钠水溶液，进行定形，制备成生料球填料。
为了进一步优化上述技术方案，S3搅拌是利用立轴行星搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为500r/min，搅拌时间5min。
为了进一步优化上述技术方案，S3调节含水率添加浓度为2wt％的乙酸铵溶液并继续搅拌；调节pH值是加入5wt％的氢氧化钙溶液。
为了进一步优化上述技术方案，S4生料球填料的直径为7-9mm。
在上述制备的生料球填料的基础上提供了一种养护方法，具体包括：
1)常温养护
先将生料球填料在20℃下养护15h；
2)高温蒸汽养护
再进行高温蒸汽养护，养护温度85℃，养护时间12h；
3)喷水养护
最后进行喷水养护，喷水量为所述生料球填料重量的10％，处于湿润状态，养护8d；
4)成品制作
将养护后的生物球填料自然晾干即可。
为了进一步优化上述技术方案，步骤1)常温养护是用湿纱布养护。
为了进一步优化上述技术方案，步骤4)成品的性能指标为：堆积密度730kg/m3、表观密度1258kg/m3、筒压强度1.7MPa、比表面积21.3m2/g、空隙率43％、吸水率22％、盐酸可溶率1.8％。
实施例2
本实施例公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，包括如下重量比原料：粉煤灰50％、脱水污泥10％、水泥25％、氧化钙8％、乙酸铵2％、硅酸钠5％、三乙醇胺0.04％。
并与实施例1公开的一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法的区别在于：在S3中，搅拌是利用立轴行星搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为550r/min，搅拌时间4min，且调节pH值是加入7wt％的氢氧化钙溶液。
在上述制备的生料球填料的基础上提供了一种养护方法，具体包括：
1)常温养护
先将生料球填料在20℃下养护12h；
2)高温蒸汽养护
再进行高温蒸汽养护，养护温度87℃，养护时间11h；
3)喷水养护
最后进行喷水养护，喷水量为所述生料球填料重量的12％，处于湿润状态，养护8d；
4)成品制作
将养护后的生物球填料自然晾干即可。
其成品的性能指标为：堆积密度752kg/m3、表观密度1271kg/m3、筒压强度2.0MPa、比表面积20.9m2/g、空隙率41％、吸水率20％、盐酸可溶率1.8％。
注意：上述未提及的其他参数均与实施例1相同。
实施例3
本实施例公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，包括如下重量比原料：粉煤灰60％、脱水污泥10％、水泥20％、氧化钙6％、乙酸铵1％、硅酸钠3％、三乙醇胺0.06％。
并与实施例1公开的一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法的区别在于：
在S2中，其中乙酸铵配置成浓度为1wt％的溶液备用；
在S3中，搅拌是利用立轴行星搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为550r/min，搅拌时间3min，且调节pH值至7.8，且是加入10wt％的氢氧化钙溶液，调整含水率至16％。
在上述制备的生料球填料的基础上提供了一种养护方法，具体包括：
1)常温养护
先将生料球填料在25℃下养护12h；
2)高温蒸汽养护
再进行高温蒸汽养护，养护温度88℃，养护时间11h；
3)喷水养护
最后进行喷水养护，喷水量为所述生料球填料重量的13％，处于湿润状态，养护7d；
4)成品制作
将养护后的生物球填料自然晾干即可。
其成品的性能指标为：堆积密度744kg/m3、表观密度1264kg/m3、筒压强度1.9MPa、比表面积21.0m2/g、空隙率42％、吸水率21％、盐酸可溶率1.8％。
注意：上述未提及的其他参数均与实施例1相同。
实施例4
本实施例公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，包括如下重量比原料：粉煤灰50％、脱水污泥20％、水泥20％、氧化钙5％、乙酸铵1％、硅酸钠4％、三乙醇胺0.05％。
并与实施例1公开的一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法的区别在于：
在S2中，其中乙酸铵配置成浓度为1wt％的溶液备用；
在S3中，调节pH值至8.0，且是加入2wt％的磷酸溶液，调整含水率至17％。
在上述制备的生料球填料的基础上提供了一种养护方法，具体包括：
1)常温养护
先将生料球填料在30℃下养护10h；
2)高温蒸汽养护
再进行高温蒸汽养护，养护温度87℃，养护时间11h；
3)喷水养护
最后进行喷水养护，喷水量为所述生料球填料重量的15％，处于湿润状态，养护6d；
4)成品制作
将养护后的生物球填料自然晾干即可。
其成品的性能指标为：堆积密度722kg/m3、表观密度1251kg/m3、筒压强度1.7MPa、比表面积21.2m2/g、空隙率42％、吸水率23％、盐酸可溶率1.8％。
注意：上述未提及的其他参数均与实施例1相同。
实施例5
本实施例公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，包括如下重量比原料：粉煤灰50％、脱水污泥10％、水泥30％、氧化钙5％、乙酸铵1.5％、硅酸钠3.5％、三乙醇胺0.05％。
并与实施例1公开的一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法的区别在于：
在S2中，其中乙酸铵配置成浓度为1.5wt％的溶液备用；
在S3中，调节pH值至7.5，且是加入2.5wt％的磷酸溶液，调整含水率至17％。
在上述制备的生料球填料的基础上提供了一种养护方法，其养护方法与实施例1相同。具体包括：
其成品的性能指标为：堆积密度763kg/m3、表观密度1280kg/m3、筒压强度2.1MPa、比表面积20.7m2/g、空隙率40％、吸水率20％、盐酸可溶率1.8％。
注意：上述未提及的其他参数均与实施例1相同。
实施例6
本实施例公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，包括如下重量比原料：粉煤灰55％、脱水污泥15％、水泥20％、氧化钙5％、乙酸铵2％、硅酸钠5％、三乙醇胺0.05％。
在上述的基础上公开了一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，与实施例1的区别在于：
S3：搅拌
将混合干料置于搅拌槽中进行搅拌和分散，使其混合均匀，再加入乙酸铵溶液调整含水率至18％，之后调节pH值至7.8；
在S3中，搅拌是利用立轴行星搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为600r/min，搅拌时间3min。
S3调节含水率是添加浓度为2wt％的乙酸铵溶液并继续搅拌；调节pH值是加入3wt％的磷酸溶液。
在上述制备的生料球填料的基础上提供了一种养护方法，其养护方法与实施例1相同。
成品的性能指标为：堆积密度747kg/m3、表观密度1265kg/m3、筒压强度1.6MPa、比表面积21.1m2/g、空隙率42％、吸水率21％、盐酸可溶率1.8％。
注意：上述未提及的其他参数均与实施例1相同。
实施例7
本实施例除生料球填料的养护方法除外，其余与实施例1相同，其养护方法具体如下所述：
1)常温养护
先将所述生料球填料在25℃下养护12h；
2)高温蒸汽养护
再进行高温蒸汽养护，养护温度90℃，养护时间10h；
3)喷水养护
最后进行喷水养护，喷水量为所述生料球填料重量的12％，处于湿润状态，养护10d；
4)成品制作
将养护后的生物球填料自然晾干即可。
成品的性能指标为：堆积密度733kg/m3、表观密度1260kg/m3、筒压强度1.7MPa、比表面积21.4m2/g、空隙率42％、吸水率22％、盐酸可溶率1.8％。
注意：上述未提及的其他参数均与实施例1相同。
实施例8
采用八座同样规格尺寸和处理规模相同的污水生物接触氧化反应器即BAF反应器如图2所示，分别填装实施例1-7养护后的生物料填料作为实验组，及市售的烧结陶粒填料作为对照组。
其中，市售的烧结陶粒填料的生产厂家是河南蓝达水处理材料有限公司，型号：LD415；采用烧制，直径为7-9mm。
为使填料较快挂膜完成，本实施例中的生物接触氧化系统采用“接种活性污泥→闷曝→连续流培养”的启动方式。
实验组和对照组均加入10L来自同一污水厂曝气池活性污泥使填料完全浸没，进行闷曝，调整曝气量为10L/h，期间投加一定量营养盐(控制营养配比为C：N：P＝100：5：1，单位为mg/L)，维持污泥活性，连续闷曝3d后静置沉淀，从反应器底部排出悬浮污泥，开始连续0.5L/h小水量进水。六个BAF进水量均为0.5L/h，水力停留时间均为15h，气水比保持12:1。
测定六个BAF反应器的进出水水质指标以及填料表面生物膜的生长状况，结果如表1所示：
其中表1为BAF启动期的各项指标，挂膜期进水水量为0.8L/h，气水比为10:1，每两天测定进出水COD浓度和去除率变化情况。
表1
Figure BDA0003391534980000181
由表1可知：实验组对COD的去除在挂膜初期就一直维持在较高水平，高于常规对照组。随着挂膜时间的延长，硝化生物膜逐渐形成，反应器NH3-N去除率不断增加。但直到挂膜结束，对照组去除率始终低于实验组。因此，实验组证明了生料球填料表面弱碱性环境影响了去除率的效果，且碱性环境可促进硝化细菌的生长繁殖，从而增加反应器内硝化菌的数量，实验组的生物膜量明显高于对照组，这是由于实验组填料巨大的比表面积和复杂的孔隙结构与比对照组相比可以附着更多的微生物。
综上所示，将实施例8应用到生物基础氧化系统中处理污水，在节约开发成本的同时提供更大的微生物附着量，为微生物创造良好的生长繁殖环境，能够通过填料自身的优良性质和结构来改善微生物、污水和填料之间的传质效果，强化污染物的去除效果。
本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种农村污水处理系统免烧结生料球填料，其特征在于，由以下重量比原料组成：粉煤灰50-60%、脱水污泥10-20%、水泥20-30%、氧化钙5-8%、乙酸铵1-2%、硅酸钠3-5%、三乙醇胺0.04-0.06%；
所述粉煤灰中SiO2和Al2O3的质量含量分别为52-55%和28-32%，所述粉煤灰的含水率小于2%；
和/或，所述脱水污泥中SiO2和Al2O3的质量含量分别为15-18%和5-8%，且所述脱水污泥的含水率小于5%；
和/或，所述水泥中SiO2和Al2O3的质量含量分别为20-25%和6-8%；所述水泥的含水率小于2%；
和/或，所述氧化钙的含水率小于1%；
所述粉煤灰、所述脱水污泥、所述水泥和所述氧化钙均是在恒温105℃±1℃条件下进行干燥。
2.一种农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其特征在于，由如下步骤组成：
S1：原料预处理
根据权利要求1所述的农村污水处理系统免烧结生料球填料准备原料，且将粉煤灰和脱水水泥分别投入球磨粉碎机中充分研磨，出料的粒径均为0.20-0.80mm，再均置于0.80mm的筛子中进行筛分，备用；
S2：原料预混
将S1准备的原料按照重量比混合得混合干料，其中乙酸铵配置成浓度为1wt%-2wt%的溶液备用；
S3：搅拌
将混合干料置于搅拌槽中进行搅拌和分散，使其混合均匀，再加入乙酸铵溶液调整含水率至15-18%，之后调节pH值至7.5-8.0；
S4：将经过S3处理的混合料置于定性模具中，并在混合料表面喷淋浓度为8wt%的硅酸钠水溶液，进行定形，制备成生料球填料。
3.根据权利要求2所述的农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其特征在于，S3所述搅拌是利用立轴行星搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为500-600r/min，搅拌时间3-5min。
4.根据权利要求2所述的农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其特征在于，S3所述调整含水率是添加浓度为1wt%-2wt%的乙酸铵溶液并继续搅拌；所述调节pH值是加入5wt%-10wt%的氢氧化钙或2wt%-3wt%的磷酸溶液。
5.根据权利要求2所述的农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其特征在于，S4所述的生料球填料的直径为7-9mm。
6.根据权利要求2所述的农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其特征在于，还包括生料球填料的养护方法，由如下步骤组成：
1）常温养护
先将所述生料球填料在20-30℃下养护10-15h；
2）高温蒸汽养护
再进行高温蒸汽养护，养护温度85-90℃，养护时间10-12h；
3）喷水养护
最后进行喷水养护，喷水量为所述生料球填料重量的10-15%，处于湿润状态，养护6-10d；
4）成品制作
将养护后的生物球填料自然晾干即可。
7.根据权利要求6所述的农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其特征在于，1）所述常温养护是用湿纱布养护。
8.根据权利要求6所述的农村污水处理系统免烧结生料球填料的制备方法，其特征在于，
4）所述成品的性能指标为：堆积密度720~770kg/m3、表观密度 1250~1300kg/m3、筒压强度1.6~2.1MPa、比表面积20-25m2/g、空隙率40-50%、吸水率20-25%、盐酸可溶率1.6-1.8%。
CN202111466106.7A 2021-12-03 2021-12-03 农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法 Active CN114163176B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111466106.7A CN114163176B (zh) 2021-12-03 2021-12-03 农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111466106.7A CN114163176B (zh) 2021-12-03 2021-12-03 农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114163176A CN114163176A (zh) 2022-03-11
CN114163176B true CN114163176B (zh) 2022-12-23

Family

ID=80482790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111466106.7A Active CN114163176B (zh) 2021-12-03 2021-12-03 农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114163176B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114716013B (zh) * 2022-05-07 2023-06-16 红菌生物(广东)有限公司 一种接种厌氧氨氧化细菌的方法
CN116351519B (zh) * 2023-05-12 2023-08-15 邹平伟佳新型材料科技有限公司 一种液氮冷却球磨机
CN116332344B (zh) * 2023-05-29 2023-08-29 北京科净源科技股份有限公司 微电解-硫自养反硝化免烧结填料及其制备方法和应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101798140A (zh) * 2010-03-26 2010-08-11 河海大学 用于曝气生物滤池的滤料及其制备方法
CN102531485B (zh) * 2012-03-14 2013-05-29 山东大学 一种利用黄河淤沙制备的曝气生物滤池填料及其制备方法
KR101600982B1 (ko) * 2015-11-11 2016-03-08 두제산업개발(주) 정수슬러지를 이용한 폐 지하구조물 충진재의 제조방법
CN108821628A (zh) * 2018-07-12 2018-11-16 北京人众创新工贸有限公司 一种无氯早强水泥助磨剂及其制备方法
CN112456872A (zh) * 2020-12-03 2021-03-09 南京万德斯环保科技股份有限公司 一种新型微生物高富集填料的制备方法
CN112552008A (zh) * 2020-12-28 2021-03-26 贺州学院 孔结构高度连通的高孔隙率免烧陶粒的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114163176A (zh) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114163176B (zh) 农村污水处理系统免烧结生料球填料、制备及养护方法
CN101935195B (zh) 一种具有碱缓释功能的多孔除磷陶粒及其制备方法
CN101863072B (zh) 一种提升高强微膨胀混凝土性能的内养护工艺
CN108516755B (zh) 一种利用污泥制备的无机聚合物发泡材料及其制备方法
CN106495731A (zh) 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒及其制备方法
CN107055752B (zh) 一种生物膜反应器
CN104163617A (zh) 一种陶粒生产方法及陶粒和陶粒的应用
CN114230021A (zh) 一种生物复合填料及其制备方法和应用
CN110467276B (zh) 一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备与应用
CN112441804B (zh) 一种除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用
CN107032481B (zh) 一种生物膜填料及其制备方法和生物膜反应器
CN112321255A (zh) 一种具有生物净水功能的透水混凝土及其制备方法
KR101344922B1 (ko) 수질 정화용 이끼 벽돌 및 이의 제조방법
CN111253121A (zh) 一种具有除氨脱氮功能的免烧型生物活性填料及制备方法
CN102744769A (zh) 一种缓释微量金属元素的陶粒的制备方法
CN115385593A (zh) 全固废纳米水化硅酸钙凝胶早强剂及其制备方法和应用
CN112744916B (zh) 同步硝化反硝化生物载体耦合系统处理受污染水体的方法
CN114409065A (zh) 复合碳源材料及其制备方法
CN114716013B (zh) 一种接种厌氧氨氧化细菌的方法
CN114920530B (zh) 一种免烧结陶粒及其制备方法
CN114105536B (zh) 一种低碳环保免烧陶粒滤料及其制备方法和用途
CN112939355A (zh) 一种具备脱氮除磷功能的人工填料及其制备方法
CN108503334A (zh) 一种大掺量造纸污泥加气混凝土砌块及其制备方法
CN114835465A (zh) 一种利用循环流化床粉煤灰改善生物水泥胶结砂土的方法
CN112441805A (zh) 利用高铁酸盐制备强化除磷及cod滤料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant