CN1876580A - 高效生物滤料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及一种适用于生物曝气滤池中的滤料及其滤料的制备方法。一种高效生物滤料，包括有重量份为70％－90％的红土矿，重量份为10％－30％粉煤灰。其主要特点是所述的滤料粒为破碎后的不规则形状的滤料，其粒径为3－8mm。其生产方法，取重量份为70％－90％的红土矿破碎至粉状，在130－170℃温度下烘干；取重量份为10％－30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均匀，加水混合团球，烘干后入窑煅烧，温度为1050－1250℃，出窑后自然冷却，经破碎，滚磨去棱角，筛分，使其粒度为3－8mm。本发明的优点是，具有大孔结构、表面粗糙、空隙率适中、真实的比表面积大等特点，各项性能都能满足作为生物曝气滤池滤料的要求，是一种性能优良的生物曝气滤池滤料。
Description
技术领域：
本发明主要涉及一种适用于生物曝气滤池中的滤料及其滤料的制备方法。
背景技术：
生物曝气滤池是一种高效节能的污水处理新技术，具有处理效果好，水力停留时间短、容积小、占地面积少、运行费用低等优点，在国内外已得到普遍的使用。
生物曝气滤池的处理效果和经济性与采用的滤料性质有密切的关系。生物曝气滤池的滤料有比重小于1的悬浮滤料，一般采用轻质塑料制成，如聚丙烯、聚乙烯等。这些滤料的价格昂贵，使生物曝气滤池的工程投资大大提高，特别是在我国，尚难在实际工程中推广使用。目前普遍使用的是比重大于1的固定性滤料，如石英砂、焦碳、无烟煤、陶粒以及一些其它的矿物材料，其中以陶粒的性能为最好，目前大多使用的是球状烧结陶粒滤料，其工艺为采用黏土经配料、成型、烧结成粒状，具有强度高、密度低、耐水和化学稳定性高等特点，但存在的问题是1.经烧结的陶粒滤料一般经成型烧结后，外表面比较光滑，在水处理的过程中，不易挂膜，影响了水处理的效果；2.陶粒滤料的比表面积低，空隙率不高。
专利号01122346.4名称为《一种强力挂膜滤料及其生产方法》，公开了一种滤料及其滤料的生产方法，主要以红泥及粉煤灰作为原料，其生产工艺为配料、成型、烧结成粒状，这种滤料经使用在水处理的过程中，挂膜效果不理想，经测定其比表面积与空隙率都较低。
发明内容：
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种高效生物滤料及其制备方法。本发明在制备方法中先团球，烧结后、要破碎，滚磨去棱角，筛分而成，产品的性能介于陶与瓷之间，烧结的陶粒经破碎呈不规则形，表面粗糙度大大增加。具有大孔结构，密度低、表面粗糙、有效的真实的比表面积大、价格便宜。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种高效生物滤料，包括有重量份为70％-90％的红土矿，重量份为10％-30％粉煤灰。其主要特点是所述的滤料粒为破碎后的不规则形状的滤料，其粒径为3-8mm。
红土矿的化学成分见表1：
表1：
| 烧失量(％) | SiO2(％) | Fe2O3(％) | Al2O3(％) | CaO(％) | MgO(％) | 碱含量(％) |
| 2-6 | 52-67 | 5-16 | 16-24 | 3-8 | 1-5 | 3-11 |
粉煤灰的化学成分见表2：
表2：
| 烧失量(％) | SiO2(％) | Fe2O3(％) | Al2O3(％) | CaO(％) | MgO(％) | 碱含量(％) |
| 10-32 | 30-55 | 5-18 | 8-34 | 5-17 | 2-10 | 2-7 |
所述的高效生物滤料的制备方法，取重量份为70％-90％的红土矿破碎至粉状，在130-170℃温度下烘干；取重量份为10％-30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均匀，加水混合团球，烘干后入窑煅烧，温度为1050-1250℃，出窑后自然冷却，经破碎，滚磨去棱角，筛分，使其粒度为3-8mm。
所述的高效生物滤料的制备方法还包括有所述的加水混合团球，其粒径为8-20mm。
滤料的表面光滑，生物膜难于牢固附着，不易挂膜，很难使滤料层中保持高浓度的生物量，不易取得良好又稳定的处理效果，故生物曝气滤池滤料的表面应粗糙。破碎后的滤料表面形状不规则，粗糟度明显高于未破碎的滤料。其粒径为3-8mm。粒径小，颗粒大小均匀，处理效果较好，但粒径过小，水头损失大，滤料层被堵塞的速度快，反冲洗频繁。
本发明的化学成分见表3。
表3化学成分分析结果：
| 烧失量(％) | SiO2(％) | Fe2O3(％) | Al2O3(％) | CaO(％) | MgO(％) | 碱含量(％) |
| 0.66 | 64.22 | 6.00 | 15.82 | 5.39 | 2.85 | 3.02 |
表4本发明生物滤料与市售球状烧结滤料的物理性能的对比：
| 滤料名称 | 堆积密度(Kg/m3) | 表观密度(Kg/m3) | 强度(Mpa) | 空隙率(％) | *真实比表面积(m2/g) | 开孔孔径 |
| 生物滤料1号 | 720 | 1390 | 6.1 | 47 | ||
| 生物滤料2号 | 720 | 1440 | 4.0 | 50 | 0.9 | |
| 球状烧结陶粒滤料 | 1100 | 1860 | 11 | 41 | 0.2 |
需要说明的是，目前国内测定陶粒滤料的比表面积，因受仪器所限，都需将滤料破碎后测定所测值偏高，本发明真实比表面积的测定是由中科院兰州分院分析测试中心现代化学分析测试部采用快速比表面积和孔隙分析仪测试，该仪器是在不将滤料破碎的情况下测定的。
由表4可知本发明生物滤料的各项物理性能指标，除了强度低于市售球状烧结陶粒滤料外，其它指标均优于球状烧结滤料。2号生物滤料的强度指标较低，但也达到4.0Mpa，用做生物曝气滤池的滤料强度完全符合要求，。本生物滤料与市售球状烧结陶粒滤料相比，堆积密度为其65.5％，表观密度为其74.7％-77.4％，空隙率可比其高出6-9个百分点，比表面积为其4.5倍，经计算，每m3生物滤料真实的总表面积可达到6.48×105m2。从外观上还可判定，本生物滤料的表面比市售球状烧结滤料的表面粗糙的多，并能观察到滤料具有大孔结构。由此可见，本发明生物滤料具有优良的物理性能。
堆积密度和表观密度对于固定型的滤料，要求表观密度大于水，在水中不会漂浮。在此前提下，密度较小的滤料易于反冲洗。生物曝气滤池的反冲洗对滤池的稳定工作具有重要意义，一般采用气水联合反冲，要求有一定的反冲洗强度和时间，若反冲洗的强度和时间不够，会引起滤层中产生局部积泥现象，导致处理效果下降。密度低的滤料反冲容易，反冲洗所需的强度低，反冲洗的用水量少。
抗压强度和耐磨性能反映滤料的机械性能。滤料应在一定的压力下不会破碎，在反冲洗时不应由于滤料的运动引起滤料颗粒间的磨擦而损耗。
空隙率是指滤料层中滤料颗粒间的总空隙容积占滤料层总堆积容积的比例，与滤料的形状和级配有关。在一般情况下，滤料层的空隙率大为好，因为空隙率大，滤料层可能持有的生物膜量大，处理效果好，发生堵塞的机会少，运行周期也长一些。但空隙率过大，会使生物膜的外表面积降低，也会使效果变差，一般最好为50％左右。
滤料在水中经长期浸泡应不影响其强度，在污水中应具有一定耐酸、碱的腐蚀能力。
比表面积是指单位重量(或容积)材料具有的表面积。比表面积大的材料一般都具有多孔结构，且内部的空隙是互相贯通的。陶粒的密度小，是一种多孔性材料。据有些测定资料，陶粒的比表面积最多只有活性炭的千分之几，可见陶粒内部的空隙绝大部份是封闭的，作为吸附材料使用，不会有很好的吸附效果。陶粒滤料作为生物曝气滤池的生物载体，需要具有较大的比表面积和较大的孔径，才能使微生物进入到这些大孔中去，增加生物膜的表面积，提高处理效果。
本发明的有益效果是，
1.与目前国内广泛使用的陶粒滤料相比，具有大孔结构、表面粗糙、空隙率适中、真实的比表面积大等特点，各项性能都能满足作为生物曝气滤池滤料的的要求，是一种性能优良的生物曝气滤池滤料。
2.采用实际污水与球状陶粒滤料做处理效果的对比试验，在相同的试验条件下，本生物滤料对NH3-N、COD、BOD5、浊度的去除效果均优于球状烧结滤料，其中特别是对NH3-N的去除效果，当在相同的出水NH3-N浓度时，生物滤料采用的容积负荷可比市售球状烧结滤料高出约48％，且更适合用于深度去除氨氮。用于向下流的生物曝气滤池，与市售球状烧结陶粒滤料相比，可采用较低的反冲强度，节省反冲水量约1/4。
3.通过经济核算，本生物滤料的售价可比市售球状烧结陶粒滤料降低约1/4。目前生物曝气滤池采用的市售球状烧结滤料，价格在2000元/m3以上，国外进口的要达到4000元/m3，高于生物曝气滤池土建费用很多，在生物曝气滤池的总投资费用占有相当大的比例。
本发明挂膜容易，生物持有量高，反冲洗简单，具有一定的强度，耐水和化学稳定性。
具体实施方式：
以下所示之最佳实施例作进一步详述：
实施例1：
一种高效生物滤料，有重量份为70％的红土矿，重量份为30％粉煤灰。滤料粒为破碎后的不规则形状的滤料，其粒径为3-8mm。
其制备方法：取重量份为70％的红土矿破碎至粉状，在130-170℃温度下烘干；取重量份为30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均匀，加水混合团球，其粒径为8-20mm。烘干后入窑煅烧，温度为1050-1150℃，出窑后自然冷却，经破碎，滚磨去棱角，筛分，使其粒度为3-8mm。
实施例2：
一种高效生物滤料，有重量份为90％的红土矿，重量份为10％粉煤灰。滤料粒为破碎后的不规则形状的滤料，其粒径为3-8mm。
其制备方法：取重量份为90％的红土矿破碎至粉状，在130-170℃温度下烘干；取重量份为10％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均匀，加水混合团球，其粒径为8-20mm。烘干后入窑煅烧，温度为1100-1200℃，出窑后自然冷却，经破碎，滚磨去棱角，筛分，使其粒度为3-8mm。
实施例3：
一种高效生物滤料，有重量份为80％的红土矿，重量份为20％粉煤灰。滤料粒为破碎后的不规则形状的滤料，其粒径为3-8mm。
其生产方法：取重量份为80％的红土矿破碎至粉状，在130-170℃温度下烘干；取重量份为20％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均匀，加水混合团球，其粒径为8-20mm。烘干后入窑煅烧，温度为1150-1250℃，出窑后自然冷却，经破碎，滚磨去棱角，筛分，使其粒度为3-8mm。
上述滤料在兰州市雁儿湾污水处理厂进行了中试，采用该厂二沉池出水作为试验用的原水，对本发明生物滤料、市售球状烧结滤料和市售活化沸石等滤料进行了处理效果对比试验。
试验装置共设三套，用有机玻璃制作的中试模型，分别填装以上三种不同性质的滤料，总设计处理水量为40m3/d。模型总高4.15m，其中滤料层高2.5m，与生产设备的高度一致。本发明生物滤料和球状烧结滤料的粒径相同，都为3-5mm，活化沸石的粒径为1-3mm。三座模型同时运行，可以保证试验的进水水质相同，使试验结果具有可比性。
试验中发现市售的活化沸石对NH3-N具有很强的吸附效果，但去除NH3-N的效果很不稳定，受进水中NH3-N浓度的影响很大，有时当进水NH3-N浓度很低时，会出现解吸现象，使氨氮的去除率出现负值，且粒径偏小，水头损失大，挂膜较难，价格高，不适合作为生物曝气滤池的滤料。
在相同流量和进水氨氮浓度下，市售球状烧结滤料和本发明生物滤料出水氨氮浓度的比较。本发明滤料去除氨氮的效果明显好于市售球状烧结滤料。当要求生物曝气滤池出水氨氮浓度达到某一要求值时，若采用本发明生物滤料，设计的容积负荷可比采用的球状烧结滤料提高约48％。
当进水氨氮浓度较低时，由甘肃省环境监测中心站提供的监测结果表明，本发明生物滤料去除氨氮的效果好于市售球状烧结滤料，对氨氮的去除率平均达到94.62％和99.07％，相应的市售球状烧结滤料只有69.81％和84.24％。本发明烧结滤料出水氨氮浓度都可低于0.5mg/L，而市售球状烧结滤料要使出水氨氮浓度降到0.5mg/L比较困难，本发明生物滤料更适合深度去除氨氮。
由甘肃省环境监测中心站提供的监测结果表明本发明生物滤料去除COD的效果要好于市售球状烧结滤料，对COD的去除率平均可达到72.51％和80.02％，相应的市售球状烧结滤料只有65.95％和71.76％。在相同流量和进水COD浓度下，市售球状烧结滤料和本发明生物滤料出水COD浓度的比较。若不计污水中难生物降解部份的COD，达到同样的去除效果，采用本发明生物滤料，设计容积负荷可比采用市售球状烧结滤料高出约26％。
由甘肃省环境监测中心站提供的监测结果表明，在相同的流量和进水浊度下，球状烧结滤料和本发明生物滤料出水浊度的比较，球状烧结滤料的浊度平均去除率为75.3％，本生物滤料的浊度平均去除率为77.1％。
由甘肃省环境监测中心站对市售球形烧结滤料和本生物滤料去除BOD5效果的监测结果表明本生物滤料去除BOD5的效果平均可达到46.70％和88.89％，较球状烧结滤料的16.26％和59.28％好得多。
由反冲洗试验的结果可知，本生物滤料和市售球状烧结滤料相比，达到同样的反冲洗效果，本发明生物滤料可采用较低的反冲强度，反冲洗的总用水量可比球状烧结滤料的节省约1/4，主要的原因是本发明生物滤料的视密度较小，采用较低的水反冲强度就可使滤料层松动。
Claims (3)
1.一种高效生物滤料，包括有重量份为70％-90％的红土矿，重量份为10％-30％粉煤灰。其特征是所述的滤料粒为破碎后的不规则形状的滤料，其粒径为3-8mm。
2.如权利要求1所述的高效生物滤料的制备方法，其特征是：
取重量份为70％-90％的红土矿破碎至粉状，在130-170℃温度下烘干；取重量份为10％-30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均匀，加水混合团球，烘干后入窑煅烧，温度为1050-1250℃，出窑后自然冷却，经破碎，滚磨去棱角，筛分，使其粒度为3-8mm。
3.如权利要求2所述的高效生物滤料的制备方法，其特征是还包括有所述的加水混合团球，其粒径为8-20mm。
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