CN211198951U - 带有微孔陶瓷-活性炭复合材料的污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有微孔陶瓷‑活性炭复合材料的污水处理装置，涉及环保设备领域，其技术方案要点是，包括一级处理装置、二级处理装置和三级处理装置；所述一级处理装置为实现固液分离的物理沉降装置，二级处理装置为生物降解装置，三级处理装置为SBR处理装置，其SBR处理装置中带有微孔陶瓷‑活性炭复合材料。技术效果是，三级处理中，采用SBR工艺中，采用了微孔陶瓷‑活性炭复合材料，微孔陶瓷‑活性炭复合材料在光催化反应中能有效降解甲基橙溶液，对污水有较好的过滤能力，作用于污水处理设备中三级处理中，可以起到过滤污染物的作用，能有效改善水质，净化污水中杂质。

Description

带有微孔陶瓷-活性炭复合材料的污水处理装置

技术领域

本实用新型涉及环保设备领域，特别涉及一种带有微孔陶瓷-活性炭复合材料的污水处理装置。

背景技术

污水处理是为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。生活污水成分比较固定，主要含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪等有机物，比较适合于细菌的生长，成为细菌、病毒生存繁殖的场所。科学污水处理系统，可以最大限度的循环利用水资源，传统的技术处理生活污水效率低下，净化效果差，产生的污染过高。

实用新型内容

本实用新型的目的一是提供一种微孔陶瓷-活性炭复合材料的制备方法，其具有积净化效果好、效率高的优点。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种微孔陶瓷-活性炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S01，制备微孔陶瓷复合材料；

采用成型煅烧法制备微孔陶瓷复合材料，其步骤如下：

S001，将活性炭于坩锅内充分研磨，使颗粒的大小在0.2～0.5um之间；

S002，将棉纤维做成直径为3.0mm的球体，备用；

S003，将釉粉和去离子水按水、灰重量比1∶2.5混合，搅拌均匀，均匀涂抹在棉纤维球体的表面，自然风干1h左右；

S004，将研磨后的活性炭和混合细粉按重量比20∶100混合，搅拌均匀；

S005，将加入活性炭的细粉和去离子水按水、灰重量比1∶4混合，充分搅拌，均匀涂抹在风干过的棉纤维球体表面，厚度不要超过0.9mm，将颗粒自然风干；

S006，然后将颗粒放入电热干燥炉中在100℃条件下烘干2h，使其充分干燥；

S007，再将烘干后的颗粒置于箱式电炉中以5～10℃/min的速度升温，至300℃，保温20min，至1250℃，保温30min，随炉冷却，既得轻质微孔陶瓷复合材料；

S02，制备改性活性炭材料；

S201，分别利用H₂、N₂、CO₂对活性炭表面进行改性，改性过程如下：将活性炭放入管式炉通入气体置换出空气后，以5℃/min的升温速率升至800℃，分别在恒温800℃条件下处理2h，然后在气体保护下冷至室温备用。

S03，制备微孔陶瓷-活性炭复合材料；

S301，采用气相沉积法或预吸附碳化法将步骤S01和S02获得的微孔陶瓷和活性炭复合。

进一步设置：所述气相沉积法的步骤如下：

S311，以二茂铁为碳源，在气相沉积仪上进行气相分解沉积；

S312，将一定质量的陶瓷和二茂铁反应管中，填装好样品后密封，将反应管抽真空，达到一定的真空度后慢慢打开Ar气进气阀，缓慢通入 Ar气，然后二次抽真空；

S313，真空条件下先以5℃·min^–1升温至120℃并保持30min，再继续以5℃·min^–1升温至500℃并保持1h，关闭加热电源；

S314，冷却后取出样品放入高温炉中进行晶化；晶化条件为：先以5℃·min^–1升温至120℃并保持30min，再继续以5℃·min^–1升温至所需的晶化温度，保持2h；

S315，晶化结束后，冷却取出样品，以去离子水冲洗样品，去除表面粘附的炭，然后110℃条件下干燥备用。

进一步设置：所述预吸附碳化法的步骤如下：

S321，将陶瓷浸入到加热处于融化状态且有一定溶剂存在状态下的煤焦油沥青中，使沥青组分渗透进入陶瓷材料的孔道内；

S322，然后将充满沥青的陶瓷和不同的改性剂溶液一同放入到高压反应釜中，用N2置换出反应釜内的空气，密封，一定温度条件下处理一段时间；

S323，样品用蒸馏水充分洗涤，于110℃条件下烘干；

S324，然后将样品放入管式炉，分别利用CO₂或N₂采用程序升温方法加热至一定温度活化一段时间；

S325，停止加热后，在气体保护下自然冷却，再用去离子水洗涤后于110℃条件下烘干。

本实用新型的目的二是提供一种污水处理装置，其具有积净化效果好、效率高的优点。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种污水处理装置，包括一级处理装置、二级处理装置和三级处理装置；所述一级处理装置为实现固液分离的物理沉降装置，二级处理装置为生物降解装置，三级处理装置为SBR处理装置，其SBR处理装置中带有所述微孔陶瓷-活性炭复合材料。

进一步设置：所述一级处理装置中的物理沉降装置包括管道连接的沉砂池和初沉池，沉砂池的前侧设有格栅，沉砂池采用平流式沉砂池。

进一步设置：所述二级处理装置的生物降解装置为AB污水处理装置、A/O污水处理装置、A2/0污水处理装置、活性污泥污水处理装置的其中一种。

进一步设置：所述SBR处理装置包括SBR反应器，SBR反应器微孔陶瓷-活性炭复合材料布置于SBR反应器的进水口与出水口之间。

本实用新型的目的三是提供一种污水处理方法，其具有积净化效果好、效率高的优点。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种污水处理方法，包括一级处理方法、二级处理方法和三级处理方法；所述一级处理方法为实现固液分离的物理沉降方法，二级处理方法生物降解方法，三级处理装为SBR处理方法，其SBR处理方法中带有所述微孔陶瓷-活性炭复合材料。

进一步设置：所述二级处理方法的生物降解方法为AB污水处理方法、 A/O污水处理方法、A2/0污水处理方法。

进一步设置：所述SBR处理方法使用SBR反应器，SBR反应器微孔陶瓷-活性炭复合材料布置于SBR反应器的进水口与出水口之间

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：1、三级处理中，采用SBR 工艺中，采用了微孔陶瓷-活性炭复合材料，微孔陶瓷-活性炭复合材料在光催化反应中能有效降解甲基橙溶液，对污水有较好的过滤能力，作用于污水处理设备中三级处理中，可以起到过滤污染物的作用，能有效改善水质，净化污水中杂质；

2、它不仅具有普通陶瓷固有的化学稳定性好、刚度高、硬度大、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、机械强度高、易再生等优良性能、而且该材料采用特殊烘焙工艺，其内部的气孔为闭孔型，因而具有密度低、重量轻、比表面积大、导热系数低、韧性强、不透水性好等特点。

附图说明

图1是污水处理装置的结构示意图；

图2是SBR反应器的原理示意图。

图中，1、一级处理装置；11、沉砂池；12、初沉池；13、格栅；2、二级处理装置；21、生物降解装置；3、三级处理装置；31、SBR反应器；32、进水口；34、出水口；33、微孔陶瓷-活性炭复合材料。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：

一种污水处理装置，如图1所示，包括一级处理装置1、二级处理装置2和三级处理装置3；一级处理装置1为实现固液分离的物理沉降装置，一级处理装置1中的物理沉降装置包括管道连接的沉砂池11和初沉池12，沉砂池11的前侧设有格栅13，沉砂池11采用平流式沉砂池。

一级处理是预处理是格栅13，格栅13是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。

沉砂池11有三种类型：平流式、旋流式、和曝气式沉砂池11。平流式沉砂池11是早期污水处理系统常用的一种形式。它具有截留无机颗粒效果较好，构造较简单等优点。平流式沉砂池11具有截留无机颗粒效果较好，构造较简单等特点。曝气沉砂池11的特点是沉砂中含有机物的量低于5％，由于池内设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、除泡等作用以及加入污水中油类和浮渣的分离等作用。

沉砂池11的作用：去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。本设计选用平流式沉砂池11。沉淀效果好、对冲击负荷和温度变化、的适应能力较强、施工简易造价较低。

一级处理，以去除粗大颗粒和悬浮物为目的，处理的原理在于通过物理法实现固液分离，将污染物从污水中分离。废水经一级处理后，一般达不到排放标准(BOD；去除率仅25％～40％)。故通常为预处理阶段，以减轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。

二级处理装置2为生物降解装置21，二级处理装置2的生物降解装置21为AB污水处理装置、A/O污水处理装置、A2/O污水处理装置、活性污泥污水处理装置的其中一种。

二级处理是生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥，以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2/0法、氧化沟法、稳定塘法、土地处理法等多种处理方法。大多数城市污水处理厂都采用活性污泥法。处理后，废水中BOD，的去除率可达80％～90％，即BODs含量可低于30mgL。经二级处理后的水，一般可达到农灌标准和废水排放标准，故二级处理是废水处理的主体。

如图2所示，三级处理装置3为SBR处理装置，SBR处理装置包括 SBR反应器31，SBR反应器31微孔陶瓷-活性炭复合材料33布置于SBR 反应器31的进水口32与出水口34之间。

三级处理是污水的深度处理，它将经过二级处理的水进行脱氮、脱磷处理，用活性炭吸附法或反渗透法等去除水中的剩余污染物，并用臭氧或氯消毒杀灭细菌和病毒，然后将处理水送入中水道，作为冲洗厕所、喷洒街道、浇灌绿化带、工业用水、防火等水源。经二级生物处理后，其出水一般含有：BOD，30mgL左右，COD60mg/L左右，NH315-25mgL，P3-8mgL，SS30mgL左右，以及细菌、重金属等，必须经过处理，否则易导致水体富营养化，并对鱼类，农作物、淡水水质及处理成本等带来影响。

三级处理中，主要采用SBR工艺，SBR工艺可取得良好的脱氮、除磷和降低有机物效果。将研制的微孔陶瓷-活性炭复合材料33放置于反应池内，对污水进行过滤及有机物加速降解处理。

具体的，微孔陶瓷-活性炭复合材料33在复合前，需要先制备微孔陶瓷复合材料。

微孔陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

采用成型煅烧法制备微孔陶瓷复合材料，其步骤如下：

S001，将活性炭于坩锅内充分研磨，使颗粒的大小在0.2～0.5um之间；

S002，将棉纤维做成直径为3.0mm的球体，备用；

S003，将釉粉和去离子水按水、灰重量比1∶2.5混合，搅拌均匀，均匀涂抹在棉纤维球体的表面，自然风干1h左右；

S004，将研磨后的活性炭和混合细粉按重量比20∶100混合，搅拌均匀；

S005，将加入活性炭的细粉和去离子水按水、灰重量比1∶4混合，充分搅拌，均匀涂抹在风干过的棉纤维球体表面，厚度不要超过0.9mm，将颗粒自然风干；

S006，然后将颗粒放入电热干燥炉中在100℃条件下烘干2h，使其充分干燥；

S007，再将烘干后的颗粒置于箱式电炉中以5～10℃/min的速度升温，至300℃，保温20min，至1250℃，保温30min，随炉冷却，既得轻质微孔陶瓷复合材料；

制备改性活性炭材料；

表面基团的改性

S201，分别利用H₂、N₂、CO₂对活性炭表面进行改性，改性过程如下：将活性炭放入管式炉通入气体置换出空气后，以5℃/min的升温速率升至800℃，分别在恒温800℃条件下处理2h，然后在气体保护下冷至室温备用。

通过改变基团特征并比较吸附效果，确定有利于吸附的决定因素。

由表1可以看出，经过H₂、N₂、CO₂对活性炭表面改性后，活性炭的吸附效果均有改善。改性后的活性炭比表面积和孔容变化很小，主要体现在表面基团的变化上。H₂和N₂处理后活性炭表面碱性基团明显增加，并且H₂处理后碱性增加更多，这可能是H₂和N₂使得某些羧基和内酯基团发生了脱水反应形成了表面的羰基所造成的。由于H₂的还原性更强，所以生成的羰基数量更多，从而体现了更强的碱性。从pHpzc的变化来看，似乎是主要与表面的净酸量(表面总酸度减去总碱度)有关，净酸量越大，pHpzc越小。总酸度越大，则pHpzc越小。比较不同处理方式获得的活性炭的吸附效果可知，经过N₂处理后的活性炭表现出最好的吸附效果，这主要是由于N₂处理后的活性炭表面的部分羧基分解后形成的羰基可以和酚形成氢键有利于酚的吸附，原有羧基虽然也可以与酚形成氢键，但是存在两种可能的不利因素，一是在合适的位置上，活性炭表面的羧基和邻近的羰基或羧基形成类似分子内氢键的表面基团间氢键，而失去与酚形成氢键的活性位；二是羧基基团体积更大，在一些孔径较小的微孔内使得有效的孔径变小，导致酚类物质无法进入孔内有效吸附，减少了吸附量。而对于H₂处理后的活性炭，羧基和内酯基的分解造成含氧基团减少，虽然酸性减弱但是碱性基团也在减少，总的含氧基团数量减少了，活性炭表面极性变弱，不利于酚的吸附，所以吸附效率是改性后最差的。综上所述，活性炭的吸附效果主要是由比表面积和表面基团性质共同决定的。

表1改性后活性炭基本结构参数及邻苯二酚吸附效果

*测试结果小于0或未检出

将微孔陶瓷和活性炭复合制得微孔陶瓷-活性炭复合材料制备，

利用气相沉积法复合，气相沉积法的步骤如下：

以二茂铁为碳源，在气相沉积仪(RSR 80-500/11型，纳博热(上海) 工业炉有限公司)上进行气相分解沉积。将一定质量的陶瓷和二茂铁反应管中，填装好样品后密封，将反应管抽真空，达到一定的真空度后慢慢打开Ar气进气阀，缓慢通入Ar气，然后二次抽真空。真空条件下先以5℃·min^-1升温至120℃并保持30min，再继续以5℃·min^-1升温至500℃并保持1h，关闭加热电源。冷却后取出样品放入高温炉中进行晶化。晶化条件为：先以5℃·min^-1升温至120℃并保持30min，再继续以5℃·min ^-1升温至所需的晶化温度，保持2h。晶化结束后，冷却取出样品，以去离子水冲洗样品，去除表面粘附的炭，然后110℃条件下干燥备用。

利用预吸附碳化复合，预吸附碳化的步骤如下：

将陶瓷浸入到加热处于融化状态且有一定溶剂存在状态下的煤焦油沥青中，使沥青组分渗透进入陶瓷材料的孔道内。然后将充满沥青的陶瓷和不同的改性剂溶液一同放入到高压反应釜中，用N₂置换出反应釜内的空气，密封，一定温度条件下处理一段时间。样品用蒸馏水充分洗涤，于110℃条件下烘干。然后将样品放入管式炉，分别利用CO₂或N₂采用程序升温方法加热至一定温度活化一段时间。停止加热后，在气体保护下自然冷却，再用去离子水洗涤后于110℃条件下烘干。

通过采用上述技术方案，三级处理中，采用SBR工艺中，采用了上述方法得到的微孔陶瓷-活性炭复合材料，SBR反应器内可独立的完成一整个周期性生物降解和泥水分离过程的污水处理。

由于微孔陶瓷特殊的结构，当滤液通过时，其中的悬浮物、胶体物和微生物等污染物质被阻截在过滤介质表面或内部，同时附着在污染物上的病毒等也一起被截留。该过程是吸附、表面过滤和深层过滤相结合的过程，且以深层过滤为主。

表面过滤主要发生在过滤介质的表面，微孔陶瓷起一种筛滤的作用，大于微孔孔径的颗粒被截留，被截留的颗粒在过滤介质表面产生架桥现象，形成了一层滤膜。该层滤膜也能起到重要的过滤作用，可防止杂质进入过滤层内部将微孔堵塞。

深层过滤发生在微孔陶瓷内部，由于微孔陶瓷孔道的迂回，加上流体介质在颗粒表面形成的拱桥效应，惯性冲撞的影响，因此，其过滤精度比本身孔径小得多，对液体介质约为微孔陶瓷孔径的1/5～1/10，气体介质约为孔径的1/10～1/20。

微孔陶瓷的过滤与吸附性能与其孔隙的表面化学特性和尺寸特性密切相关。孔隙的表面化学特性取决于陶瓷的组成、状态(结晶质、非晶质的区别及晶体结构)和孔隙表面处理等因素。例如，非晶质氧化物中表面的羟基(-OH)或硅氧烷基(SiOH)的有无和多少对表面特性的影响很大。而吸附、吸收性能则取决于孔穴表面的化学组成、晶体结构、非晶质、羟基的有无等。

微孔陶瓷-活性炭复合材料在光催化反应中能有效降解甲基橙溶液，对污水有较好的过滤能力，作用于污水处理设备中三级处理中，可以起到过滤污染物的作用，能有效改善水质，净化污水中杂质。

上述的实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种带有微孔陶瓷-活性炭复合材料的污水处理装置，包括一级处理装置(1)、二级处理装置(2)和三级处理装置(3)；其特征在于：所述一级处理装置(1)为实现固液分离的物理沉降装置，二级处理装置(2)为生物降解装置(21)，三级处理装置(3)为SBR处理装置，其SBR处理装置中带有微孔陶瓷-活性炭复合材料(33)。

2.根据权利要求1所述的带有微孔陶瓷-活性炭复合材料的污水处理装置，其特征在于：所述一级处理装置(1)中的物理沉降装置包括管道连接的沉砂池(11)和初沉池(12)，沉砂池(11)的前侧设有格栅(13)，沉砂池(11)采用平流式沉砂池(11)。

3.根据权利要求1所述的带有微孔陶瓷-活性炭复合材料的污水处理装置，其特征在于：所述二级处理装置(2)的生物降解装置(21)为AB污水处理装置、A/O污水处理装置、A2/0污水处理装置、活性污泥污水处理装置的其中一种。

4.根据权利要求1所述的带有微孔陶瓷-活性炭复合材料的污水处理装置，其特征在于：所述SBR处理装置包括SBR反应器(31)，SBR反应器(31)微孔陶瓷-活性炭复合材料(33)布置于SBR反应器(31)的进水口(32)与出水口(34)之间。

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