CN114956859A - 一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料 - Google Patents

一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料 Download PDF

Info

Publication number
CN114956859A
CN114956859A CN202210560675.6A CN202210560675A CN114956859A CN 114956859 A CN114956859 A CN 114956859A CN 202210560675 A CN202210560675 A CN 202210560675A CN 114956859 A CN114956859 A CN 114956859A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter material
sludge
biochar
waterworks
sodium bentonite
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.)
Pending
Application number
CN202210560675.6A
Other languages
English (en)
Inventor
崔康平
田雪滢
崔敏姝
郭志
陈奕涵
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.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
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 Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN202210560675.6A priority Critical patent/CN114956859A/zh
Publication of CN114956859A publication Critical patent/CN114956859A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B38/0635—Compounding ingredients
    • C04B38/0645—Burnable, meltable, sublimable materials
    • C04B38/0675—Vegetable refuse; Cellulosic materials, e.g. wood chips, cork, peat, paper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • 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
    • 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
    • C04B33/00—Clay-wares
    • C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13—Compounding ingredients
    • 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
    • C04B33/00—Clay-wares
    • C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13—Compounding ingredients
    • C04B33/132—Waste materials; Refuse; Residues
    • C04B33/1321—Waste slurries, e.g. harbour sludge, industrial muds
    • 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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • 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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62204—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products using waste materials or refuse
    • 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
    • C02F2003/001—Biological treatment of water, waste water, or sewage using granular carriers or supports for the microorganisms
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/606—Drying
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型自来水厂污泥‑生物炭基陶粒滤料，属于固废污染物资源化再利用技术领域，原料包括自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土，所述自来水厂污泥与所述钠基膨润土的质量比为(8～12):1，所述柏木粉的质量为所述自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土总质量的2～4％；本发明采用自来水厂污泥为原料制备滤料，实现了固废污染物资源化再利用，制备的滤料具有多孔结构，有利于为水生生物及微生物提供更大的附着面积，满足其作为生物膜载体等功能；同时，其抗压强度可达70N；在BAF装置开展挂膜启动试验，该材料作为陶粒滤料可以成功挂膜且处理效果稳定，COD去除率可达81.6％，氨氮去除率可达87.9％。

Description

一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料
技术领域
本发明属于固废污染物资源化再利用技术领域，具体涉及一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料。
背景技术
曝气生物滤池(BAF)是一种人工建造和管理控制的、工程化的生态系统，其主要由布气布水区，滤料柱，清水区等构成，其具有处理效能高和深度处理废水效果好等优势。同时，因其基建投资费用低，可小型化、分散化建设，能耗及运行费用低，运行操作简便，国内外研究及应用成熟，效果可靠。
BAF中的滤料作为微生物生长增殖的载体，一定数量的微生物菌群聚集繁殖，形成具有稳定处理效能的生物膜。同时滤料通过自身过滤、吸附等功能也可以达到直接去除污染物的目的。目前BAF滤料主要包括粉煤灰陶粒滤料，砾石，火山岩、聚乙烯等天然或人工合成的滤料。不同滤料处理效果及针对的目标污染物不同，滤料的粒径、比表面积、化学成分组成、机械强度等不同，处理效果均有差异。
随着人们环保意识的增强，自来水厂污泥的处理也越来越受到重视，目前对自来水厂污泥进行处理时大多采用机械或自然干燥脱水法以及焚烧法，采用机械或干燥脱水法制备得到的脱水泥饼一般堆放在地面或填埋，这样不仅会占用大量田地，还会对地表水和地下水造成污染，污泥不但没有得到资源化利用，还会造成二次污染；而采用焚烧法处理，会因成本太高无法承受。因此如何对自来水厂污泥进行妥善处理是亟须解决的问题。
近年来，以自来水厂污泥为原料制备曝气生物滤池的滤料日渐引起人们的关注，但是由于制备得到的滤料抗压强度和过滤效果依然较差而得不到广泛的推广，因此，研究提高以自来水厂污泥为原料制备曝气生物滤池的滤料的抗压强度和过滤效果，对于自来水厂污泥的资源化再利用具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料，原料包括自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土，所述自来水厂污泥与所述钠基膨润土的质量比为(8～12):1，优选为10∶1；所述柏木粉的质量为所述自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土总质量的2～4％。
进一步地，所述自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土均经过干燥、粉碎预处理；所述干燥为在110℃下干燥24h，所述粉碎后过100目筛。
进一步地，所述自来水厂污泥中二氧化硅和氧化铝的含量≥60wt％。
本发明所用的自来水厂污泥为添加铝盐或铁盐混凝剂，经机械脱水等步骤后形成的泥饼，总含量高达60％以上的二氧化硅和氧化铝为滤料的骨架成分，该元素组成有利于去除水体的污染物，实现了以自来水厂污泥为原料制备得到生物滤池滤料的可行性，扩宽了其资源化利用面。
本发明同时提供了一种上述所述的新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取自来水厂污泥、钠基膨润土及柏木粉，混合后加入水，搅拌，得到粘稠状混合物；
(2)将步骤(1)所得粘稠状混合物制备成小球并干燥，之后进行煅烧，即得所述新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料。
进一步地，步骤(1)中，所述水的加入量以所述自来水厂污泥、钠基膨润土及柏木粉混合后恰好可揉搓成型为宜。
进一步地，步骤(2)中，所述小球的直径为6～8mm，所述干燥温度为105℃、时间为1h。
进一步地，步骤(2)中，所述煅烧在真空条件下进行，温度为500～700℃，时间为1.0～2.5h，优选在700℃下保温2h。
进一步地，所述煅烧后还包括冷却至室温的步骤。
本发明还提供了一种上述所述的新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料在废水处理中的应用。
本发明将自来水厂污泥和柏木粉混合，在真空条件下煅烧制得混合滤料，除多孔的形态有利于微生物的挂膜以及对污染物的去除，生物炭同样有利于增强滤料的吸附去除性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的新型自来水厂污泥-生物炭基滤料(WSBM)以自来水厂污泥为主要原料，柏木粉真空煅烧形成的生物炭材料具备一定吸附性，钠基膨润土用以提高分子间作用力，提升其滤料强度。研发此类滤料，可从源头处减少自来水厂污泥带来的环境污染，节约了自来水厂产泥后需进行处理的成本。
本发明制备得到的WSBM具有多孔结构，有利于为水生生物及微生物提供更大的附着面积，满足其作为生物膜载体等功能。同时，其抗压强度可达70N，符合陶粒滤料标准；在BAF装置开展挂膜启动试验，该材料作为陶粒滤料可以成功挂膜且处理效果稳定，COD去除率可达81.6％，氨氮去除率可达87.9％。
本发明采用自来水厂污泥为原料制备滤料，既避免了产生新的污染源，实现了固废污染物资源化再利用，又提供了一种成本低廉，效果较好且稳定的BAF滤料，具有很好的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中不同煅烧温度制备得到的新型自来水厂污泥-生物炭基滤料的抗压强度图；
图2为实施例2中不同煅烧保温时间制备得到的新型自来水厂污泥-生物炭基滤料的抗压强度图；
图3为实施例3中不同柏木粉添加量制备得到的新型自来水厂污泥-生物炭基滤料的抗压强度图；
图4为实施例4制备得到的WSBM最佳和市售粉煤灰陶粒滤料在不同放大倍数下的SEM图，其中(a)为市售粉煤灰陶粒滤料放大1000倍时的SEM图；(b)为市售粉煤灰陶粒滤料放大2000倍时的SEM图；(c)为WSBM最佳放大1000倍时的SEM图；(d)为WSBM最佳放大2000倍时的SEM图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
以下实施例中，所采用的自来水厂污泥来自安徽合肥某水厂污泥回流塘，其为添加铝盐或铁盐混凝剂，经机械脱水等步骤后形成的泥饼，XRF结果如表1所示：
表1
成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> K<sub>2</sub>O SO<sub>3</sub> CaO TiO<sub>2</sub> 其他
含量/wt％ 40.7 22.3 14.2 2.7 1.7 1.6 1.1 15.7
以下实施例中，所采用的钠基膨润土购自河南郑州某滤材经销部；以下对比例中所采用的粉煤灰购自巩义市缘圆净水材料有限公司，灰分含量为2.64％，耐酸度99.41％，含泥量0.33％，磨损率与破速率之和为3.89％。
实施例1
新型自来水厂污泥-生物炭基滤料(WSBM)的制备，步骤如下：
(1)预处理：将自来水厂污泥均匀摊开于铺有锡纸的托盘上，110℃条件下烘干24h，研磨成粉末后过100目筛。同时，将柏木粉和钠基膨润土分别在110℃下烘干8h并过100目筛。
(2)混合：将步骤(1)所得过筛后的三种原料倒入烧杯，其中自来水厂污泥和钠基膨润土的质量比为10:1，柏木粉占三种原料总质量的4％，用玻璃棒搅拌，充分混匀后加入适量超纯水，继续搅拌，直至呈粘稠状，可以揉搓成型为宜。
(3)手工成球：取步骤(2)制备得到的呈粘稠状混合物，手工揉搓成球，直径6～8mm。制备过程中若出现裂缝，可蘸少量超纯水，继续揉搓。此时得到的为深灰色球状物体。
(4)烘干：为防止滤球高温煅烧过程中产生裂缝，进而爆裂，将步骤(3)所得深灰色球状物体放入电热鼓风干燥箱，105℃下烘干半小时后滚动换面，继续烘干半小时。烘干结束后，筛选出未出现裂缝及变形的滤球，进入煅烧步骤。此时的滤球颜色较先前变浅，为浅灰色球状物体。
(5)煅烧：将步骤(4)所得滤球放入刚玉方舟，注意滤球间保持一定间距，防止煅烧过程产生粘连。随后转入管式炉中，在真空条件下进行高温煅烧，并考察煅烧温度对最终得到的滤料的抗压强度的影响：设置煅烧温度分别为400℃、500℃、600℃、700℃和800℃5个处理，保温时间均为2.0h，得到直径6～8mm的黑色小球。
(6)冷却得到成品：煅烧结束，冷却至室温，再次挑选未出现裂缝及严重变形的滤球为最终成品。当自来水厂污泥与钠基膨润土质量比为10:1，保温时间1.5h，木粉含量4％时，在不同煅烧温度下所得成品的抗压强度如图1所示。由图1可知，当煅烧温度为700℃时，所得滤料的抗压强度最高。
实施例2
同实施例1，区别在于，将步骤(5)中的煅烧温度设置为700℃，并考察煅烧过程中不同的保温时间对最终得到的滤料的抗压强度的影响：设置保温时间分别为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h和2.5h 5个处理，经煅烧得到直径6～8mm的黑色小球。
不同保温时间所得成品的抗压强度如图2所示。由图2可知，当自来水厂污泥与钠基膨润土质量比为10:1，煅烧温度700℃，木粉含量4％时，保温时间为2.5h时，所得滤料的抗压强度最高。
实施例3
同实施例1，区别在于，将步骤(5)中的煅烧温度设置为700℃，保温时间设置为2.5h。考察步骤(2)中柏木粉的添加量对最终得到的滤料的抗压强度的影响：设置柏木粉的添加量分别占三种原料总质量的2％、3％、4％、5％和6％5个处理。
不同柏木粉添加量下所得成品的抗压强度如图3所示。由图3可知，当柏木粉的添加量高于三者总质量的4％时，所得产品的抗压强度呈显著下降的趋势。
实施例4
以实施例1～3单因素实验结果确定煅烧温度范围在500～700℃(x1)，煅烧时间在1.0～2.0h(x2)，柏木粉添加量为原料总质量的2～4％(x3)确定响应面20组响应面实验条件，测定相应实验响应值，得到相应方程为Response＝49.43+6.77x1+3.14x2-2.95x1x2-0.67x1x3+2.90x2x3，R2＝0.87，得出最佳实验参数：煅烧温度700℃，煅烧2小时，木粉含量3.9％，将在该条件下得到的滤料记为WSBM最佳，其抗压强度可达70N。
表2影响因子与响应值
Figure BDA0003656461870000061
Figure BDA0003656461870000071
本发明利用响应面方法，确定滤料的最佳煅烧条件，拟和程度高，将滤料参数的条件更加具体化，在最小耗能的条件下得到符合条件的滤料。
对比例1
自来水厂污泥-生物炭基滤料(WSBM)的制备，步骤如下：
(1)预处理：将自来水厂污泥均匀摊开于铺有锡纸的托盘上，110℃条件下烘干24h，研磨成粉末后过100目筛。同时，将柏木粉和钠基膨润土分别烘干并过100目筛。
(2)混合：将步骤(1)所得过筛后的三种原料倒入烧杯，其中自来水厂污泥和钠基膨润土的质量比为10:1，柏木粉占三种原料总质量的3.9％，用玻璃棒搅拌，充分混匀后加入适量超纯水，继续搅拌，直至呈粘稠状。
(3)手工成球：取步骤(2)制备得到的呈粘稠状混合物，手工揉搓成球，直径6～8mm。制备过程中若出现裂缝，可蘸少量超纯水，继续揉搓。此时得到的为深灰色球状物体。
(4)烘干：为防止滤球高温煅烧过程中产生裂缝，进而爆裂，将步骤(3)所得深灰色球状物体放入电热鼓风干燥箱，105℃下烘干半小时后滚动换面，继续烘干半小时。烘干结束后，筛选出未出现裂缝及变形的滤球，进入煅烧步骤。此时的滤球颜色较先前变浅，为浅灰色球状物体。
(5)煅烧：将步骤(4)所得滤球放入刚玉方舟，注意滤球间保持一定间距，防止煅烧过程产生粘连。随后转入管式炉中，在空气中进行煅烧，设置煅烧温度为700℃，保温时间为2.0h，得到直径6～8mm的黑色小球。
(6)冷却得到成品：煅烧结束，冷却至室温，再次挑选未出现裂缝及严重变形的滤球为最终成品。
本对比例制备得到的最终成品的抗压强度为69.6N。
效果验证
以实施例4制备得到的WSBM最佳作为滤料组建BAF装置，采用复合挂膜法启动BAF装置，将接种污泥与人工废水按体积比1:1混合均匀后，从反应器顶端灌入滤柱，直至混合物没过滤料表面，开始闷曝，进气量为10L/h。利用定时开关控制器，每间隔8h，停曝1h，有利于微生物在滤料表面沉积附着。每24h补充一定人工废水(补充清水层的1/3，其中清水层0.2m，装置内径9cm)，给予反应器中微生物营养成分，维持系统稳定，促进其生长繁殖。闷曝3天后，排空反应器中泥水，排出多余未有效挂膜的悬浮态微生物，避免其消耗进水中的营养物质。然后以设计流量的1/2泵入实验废水，至出水稳定后，按设定进水流量，水力停留时间(HRT)为6h，气水比3:1开始实验。每日检测出水的COD、氨氮和TN数值，以上，参数测定方法均参考《水和废水监测分析方法》(第四版)。其中COD采用《重铬酸钾消解法》，氨氮采用《纳氏试剂分光光度法》，TN采用《碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》。16天后，系统稳定运行，系统对COD、NH4 +-N(氨氮)、TN(总氮)的去除率依次为81.6％、87.9％和36.5％，认为挂膜成功。
同时，以装填市售粉煤灰陶粒滤料的BAF作对比(粉煤灰陶粒滤料的装填量与上述WSBM最佳滤料的装填量相同)，采用上述相同的挂膜启动方法，相同条件下20天后挂膜成功，此系统稳定后对COD、NH4 +-N、TN的去除率依次为76.3％、82.7％和13.7％，均低于装填自来水厂污泥-生物炭基滤料的BAF去除效果。
采用扫描电子显微镜对实施例4制备得到的WSBM最佳和市售粉煤灰陶粒滤料进行观察，所得SEM图如图4所示，其中(a)为市售粉煤灰陶粒滤料放大1000倍；(b)为市售粉煤灰陶粒滤料放大2000倍；(c)为WSBM最佳放大1000倍；(d)为WSBM最佳放大2000倍，由图4可以看出：粉煤灰陶粒滤料结构紧密，表面凹凸明显，无明显孔隙结构。而自来水厂污泥-生物炭基滤料微观结构明显，其表面粗糙，有明显孔隙结构，这与煅烧过程中生物炭形成及有机物质以气体形式逸出、盐类分解等因素有关。
以上结果表明，自来水厂污泥-生物炭基滤料具有更利于微生物附着繁殖形成生物膜的孔隙结构，可以缩短挂膜时间。相较而言，粉煤灰陶粒滤料表面虽有凹凸，但内部孔隙结构不丰富，自来水厂污泥-生物炭基滤料的孔隙结构更有利于曝气生物滤池运行过程中营养物质及DO的传质，有利于增强对污染物COD、氨氮的吸附去除率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料，其特征在于，原料包括自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土，所述自来水厂污泥与所述钠基膨润土的质量比为(8～12):1，所述柏木粉的质量为所述自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土总质量的2～4％。
2.根据权利要求1所述的新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料，其特征在于，所述自来水厂污泥、柏木粉和钠基膨润土均经过干燥、粉碎预处理；所述干燥为在110℃下干燥24h，所述粉碎后过100目筛。
3.根据权利要求1所述的新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料，其特征在于，所述自来水厂污泥中二氧化硅和氧化铝的含量≥60wt％。
4.一种权利要求1～3任一项所述的新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取自来水厂污泥、钠基膨润土及柏木粉，混合后加入水，搅拌，得到粘稠状混合物；
(2)将步骤(1)所得粘稠状混合物制备成小球并干燥，之后进行煅烧，即得所述新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述小球的直径为6～8mm，所述干燥温度为105℃、时间为1h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧在真空条件下进行，温度为500～700℃，时间为1.0～2.5h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧后还包括冷却至室温的步骤。
8.一种权利要求1～3任一项所述的新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料在废水处理中的应用。
CN202210560675.6A 2022-05-23 2022-05-23 一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料 Pending CN114956859A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210560675.6A CN114956859A (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210560675.6A CN114956859A (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114956859A true CN114956859A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82984979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210560675.6A Pending CN114956859A (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114956859A (zh)

Citations (5)

* 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
CN106673699A (zh) * 2017-02-14 2017-05-17 福建师范大学 一种掺杂竹木粉的水厂污泥基多孔陶粒的制备方法
CN110698174A (zh) * 2019-10-22 2020-01-17 苏州科技大学 一种轻质污泥陶粒、其制备方法及应用
CN113292355A (zh) * 2021-04-20 2021-08-24 广西壮族自治区环境保护科学研究院 一种利用污水处理厂污泥制备陶粒的方法
CN114436627A (zh) * 2022-01-25 2022-05-06 安徽华骐环保科技股份有限公司 一种除臭陶粒及其制备方法

Patent Citations (5)

* 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
CN106673699A (zh) * 2017-02-14 2017-05-17 福建师范大学 一种掺杂竹木粉的水厂污泥基多孔陶粒的制备方法
CN110698174A (zh) * 2019-10-22 2020-01-17 苏州科技大学 一种轻质污泥陶粒、其制备方法及应用
CN113292355A (zh) * 2021-04-20 2021-08-24 广西壮族自治区环境保护科学研究院 一种利用污水处理厂污泥制备陶粒的方法
CN114436627A (zh) * 2022-01-25 2022-05-06 安徽华骐环保科技股份有限公司 一种除臭陶粒及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡飞虎等, 武汉理工大学出版社 *
鲍腾等: "木质含碳生物陶粒的制备工艺及性能", 《材料热处理学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102531157B (zh) 一种曝气生物滤池填料及其制备方法
CN103482754B (zh) 一种贝壳陶粒生物载体的制备方法
CN108587950B (zh) 耐盐氨氧化细菌挂膜生物炭球的制备方法及应用
CN103801256B (zh) 一种用于水处理的多孔吸附介质及其制备方法
CN108483679B (zh) 一种高效生物挂膜滤料的制备方法
CN101830568B (zh) 一种地下水氮污染的功能生物固定原位修复方法
KR101344922B1 (ko) 수질 정화용 이끼 벽돌 및 이의 제조방법
CN105366872B (zh) 一种冷轧反渗透浓盐水的生态处理系统和方法
CN114917874A (zh) 一种铁盐改性蓝藻生物炭及其制备方法和应用
CN109824142A (zh) 一种用于曝气生物滤池的新型磁性滤料的制备方法
CN100355671C (zh) 一种应用于生物曝气滤池工艺中的新型滤料
CN114956859A (zh) 一种新型自来水厂污泥-生物炭基陶粒滤料
CN107459145A (zh) 一种水利工程建设材料的制备方法
CN101767980B (zh) 一种制备粉煤灰生物陶粒的工艺方法
CN110483018A (zh) 一种河底泥陶粒的制备方法
KR101492833B1 (ko) 하수 슬러지를 이용한 오폐수 정화용 담체 및 이의 제조방법
Bao et al. Performance and characterization of a non-sintered zeolite porous filter for the simultaneous removal of nitrogen and phosphorus in a biological aerated filter (BAF)
Lawal et al. Application of activated carbon impregnated composite ceramic filters in cassava mill effluent treatment: prospects and limitations
CN110330291B (zh) 一种功能型微生物载体的制造方法
KR101901279B1 (ko) 산업 부산물을 이용한 흡착 담체 및 그 제조방법
CN109607664B (zh) 一种快速消除水体黑臭的材料及其制备方法
Hu et al. Immobilized microorganism technology and the application of wastewater treatment
CN109264852A (zh) 一种用于河涌原位修复的高效环保释氧剂的制备工艺
Cheng et al. Treatment of municipal landfill leachate using magnetic porous ceramsite carrier
CN109650728A (zh) 一种净化水质的发泡玻璃材料及其制备方法

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