CN103801256B - 一种用于水处理的多孔吸附介质及其制备方法 - Google Patents
一种用于水处理的多孔吸附介质及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于水处理的多孔吸附介质，所述多孔吸附介质由包括如下用量的原料制备而成：硅砂铸造再生灰70-80份、污泥5-15份、粉煤灰5-15份、活性炭0-10份以及秸秆或茎叶植物碎料5-10份。本发明得到的多孔吸附介质质坚，比重大于1，完全沉在水底，空隙率高，比表面积大，适用于环境水处理技术中作为生物填料（如生物滤池中的填充体）。本发明使废物得到充分利用，并且成功应用于保护环境和治理环境，变废为宝，为美化生态环境做出巨大贡献。
Description
技术领域
本发明涉及水处理材料领域，特别涉及一种用于水处理的多孔吸附介质及其制备方法。
背景技术
众所周知，我国铸造企业已超过25000多家，铸件产量多年位居世界首位，其中硅砂型铸造在铸造业中占绝大部分，大约是80%～90%，废硅砂的回收再生会产生大量的再生灰，大多数企业以丢弃为主，这对再生灰资源是极大的浪费，而且会造成严重的环境污染。硅砂铸造再生灰的利用既能实现资源的回收利用，也有利于保护环境和治理环境，进而贡献社会和造福人类。因此硅砂铸造再生灰的利用已成为我国迫切需要解决的问题。
现有技术公开了多种将硅砂铸造再生灰利用的技术方案，如将硅砂粉尘用于制备支撑剂、防火材料、防潮材料及建筑石材等的技术方案，但目前尚未见有将其应用于水处理的相关研究或报导。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的提供一种经济、环保、一次性设备投入小的硅砂铸造再生灰资源化处理的方法，将铸造废硅砂再生灰经过一定的工序制造成多孔介质，使再生灰中的重金属和有害物质固定在多孔介质中，并将生产出的多孔介质作为生物填料用于环境水处理中，从而实现硅砂铸造再生灰的无害化和资源化处理。
为实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于水处理的多孔吸附介质，所述多孔吸附介质由包括如下用量的原料制备而成：硅砂铸造再生灰70-80份、污泥5-15份、粉煤灰5-15份、活性炭0-10份以及秸秆或茎叶植物碎料5-10份。
其中，优选所述多孔吸附介质由包括如下用量的原料制备而成：硅砂铸造再生灰72-76份、污泥8-12份、粉煤灰8-12份、活性炭4-8份以及秸秆或茎叶植物碎料6-8份。
按上述特定用量比配料，本发明能够制备得到具有理想吸附和处理效能的多孔吸附介质，实现了硅砂再生灰的充分再利用。
其中，所述的硅砂铸造再生灰来自于以硅砂铸造工件过程中产生的粉尘，经由硅砂再生设备集尘装置收集后应用。所述的硅砂铸造再生灰粒度介于在3μ～20μm，优选10μ至20μm，该尺寸下的再生灰有益于与其他组分配合，最终得到表面多微孔的结构，确保成品的吸附性能。
本发明所述再生灰的主要成分为金属氧化物和非金属氧化物。金属氧化物包括钾、钙、钠、镁、铝、铁的氧化物，非金属氧化物为二氧化硅(SiO2)。本发明所述的再生灰，优选其中SiO2、Al2O3和Fe2O3三者之和约占再生灰总量的70～90%。
其中，本发明所述污泥可选为污水生物处理***外排的剩余污泥，剩余污泥是指活性污泥***中从二次沉淀池（或沉淀区）排出***外的活性污泥（生物活性较低或老化的活性污泥）。该活性污泥由微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质组成。微生物群体主要包括细菌，原生动物和藻类等。这类从沉淀池中排放出去的污泥是已知物质，公开于于各种活性污泥***（如污水处理***），具有一定的生物活性，有机含量较高，在焙烧过程中产生气体，体积迅速膨胀，是一种膨胀剂。具体的获取手段为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。其中，所述粉煤灰的筛子目数为45000-45500目，细度为0.03-0.05mm，烧失量不大于10%。优选所述的粉煤灰的筛子目数为45400目，粉煤灰细度为0.040mm，烧失量2～8%，如果粉煤灰粒度或烧失量过大，将直接导致多孔介质的强度下降。
本发明所述的活性炭可采用现有技术公开的任一种，其平均粒径范围为4～6mm。优选采用废活性炭，废活性炭具有一定的吸附和干燥功能，废活性炭相对表面积大，能吸附大量空气，并不停地进行着氧化反应促进反应进行和彻底，一般活性炭粒度较大，使用安全。
本发明所述的多孔吸附介质，所述的秸秆或茎叶植物碎料过20～40目筛。秸秆或茎叶植物碎料燃烧产生大量气体，促进多孔介质气室形成，具体秸秆或茎叶植物碎料的选择为本领域技术人员所掌握。
本发明将以上材料按照合理的用量比进行搭配，即可制出优质多孔吸附介质，该多孔吸附介质是通体带有蜂窝状的球形体，表面多微孔、粗糙、呈颗粒状、比表面积大，表面色泽大多为铅灰色，少部分呈褐色。其相对密度为2.4～2.6，孔隙率为75%～80%，平均粒径为4～6mm。在水中的pH值呈中性，比表面积大，在污水中有利于活性污泥微生物的附着和生长，进而净化污水，使水质变清。
本发明的第二目的在于提供上述多孔吸附介质的制备方法，包括如下步骤：
（1）从硅砂再生设备集尘装置中筛分再生灰；
（2）配料，称取硅砂铸造再生灰70-80份、污泥5-15份、粉煤灰5-15份、活性炭0-10份以及秸秆或茎叶植物碎料5-10份，混合粉磨；
（3）向混合原料中配料水，通过喷雾造粒塔进行造粒；
（4）对湿颗粒进行焙烧；先在500～600℃进行预热焙烧20-45分钟，然后再在1100～1200℃进行高温焙烧1～2h；
（5）出炉冷却，成品分级筛选，即得多孔吸附介质。
其中，优选所述的喷雾造粒塔水蒸发量为200kg/h；造粒后先在500～600℃进行预热焙烧0.5h，然后再在1150℃进行高温焙烧1.5h。
采用上述制备方法，能够得到质量稳定、均一的多孔吸附介质，本发明使用铸造废砂再生灰制备多孔吸附介质用于水处理，使用的配料剩余污泥、废旧活性炭等均是废物再利用，加上秸秆或茎叶植物碎料，焙烧产生大量气体，使粒料迅速膨胀，生产出优质多孔介质。
本发明进一步要求保护所述的多孔吸附介质在水处理中的应用。具体如可用于市政污水处理生物滤池(BAF)填充物，河流碧水装置***填充物等。
本发明得到的多孔吸附介质质坚，比重大于1，完全沉在水底，空隙率高，比表面积大，适用于环境水处理技术中作为生物填料（如生物滤池中的填充体）。本发明使废物得到充分利用，并且成功应用于保护环境和治理环境，变废为宝，为美化生态环境做出巨大贡献。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
配料：硅砂铸造再生灰75kg、污泥10kg、粉煤灰10kg、活性炭5kg以及秸秆和茎叶植物碎料混合物8kg。其中，污泥取自北京市某污水处理厂的污水生物处理***外排的剩余污泥；粉煤灰的筛子目数为45000-45500目，细度为0.03-0.05mm，烧失量不大于10%，秸秆和茎叶植物碎料过30～40目筛。
本实施例所述多孔吸附介质采用如下制备方法制备得到：
（1）从硅砂再生设备集尘装置中筛分3μm～20μm的再生灰；
（2）配料，称取硅砂铸造再生灰75kg、污泥10kg、粉煤灰10kg、活性炭5kg以及秸秆和茎叶植物碎料混合物8kg，混合粉磨；
（3）向混合原料中配料水，通过喷雾造粒塔进行造粒；
（4）对湿颗粒进行焙烧；先在550℃进行预热焙烧30分钟，然后再在1150℃进行高温焙烧1.5h；
（5）出炉冷却，成品分级筛选，即得多孔吸附介质。
本实施例所得的多孔吸附介质相关参数为：其相对密度为2.4～2.5，孔隙率为78%～80%，平均粒径为4～5mm。在水中的pH值呈中性，比表面积大，在污水中有利于活性污泥微生物的附着和生长，进而净化污水，使水质变清。
实施例2
配料：硅砂铸造再生灰70kg、污泥5kg、粉煤灰5kg以及秸秆5kg。
本实施例所述多孔吸附介质采用如下制备方法制备得到：
（1）从硅砂再生设备集尘装置中筛分3μm～20μm的再生灰；
（2）配料，称取硅砂铸造再生灰70kg、污泥5kg、粉煤灰5kg以及秸秆5kg，混合粉磨；
（3）向混合原料中配料水，通过喷雾造粒塔进行造粒；
（4）对湿颗粒进行焙烧；先在500℃进行预热焙烧20分钟，然后再在1100℃进行高温焙烧1h；
（5）出炉冷却，成品分级筛选，即得多孔吸附介质。
本实施例所得的多孔吸附介质相关参数为：其相对密度为2.5～2.6，孔隙率为75%～78%，平均粒径为5～6mm。在水中的pH值呈中性，比表面积大，在污水中有利于活性污泥微生物的附着和生长，进而净化污水，使水质变清。
实施例3
配料：硅砂铸造再生灰80kg、污泥15kg、粉煤灰15kg、活性炭10kg以及茎叶植物碎料10kg。
本实施例所述多孔吸附介质采用如下制备方法制备得到：
（1）从硅砂再生设备集尘装置中筛分3μm～20μm的再生灰；
（2）配料，称取硅砂铸造再生灰80kg、污泥15kg、粉煤灰15kg、活性炭10kg以及茎叶植物碎料10kg，混合粉磨；
（3）向混合原料中配料水，通过喷雾造粒塔进行造粒；
（4）对湿颗粒进行焙烧；先在600℃进行预热焙烧45分钟，然后再在1200℃进行高温焙烧2h；
（5）出炉冷却，成品分级筛选，即得多孔吸附介质。
本实施例所得的多孔吸附介质相关参数为：其相对密度为2.4～2.6，孔隙率为75%～76%，平均粒径为4～5mm。在水中的pH值呈中性，比表面积大，在污水中有利于活性污泥微生物的附着和生长，进而净化污水，使水质变清。
实施例4
配料：硅砂铸造再生灰72kg、污泥8kg、粉煤灰8kg、活性炭4kg以及秸秆6kg。
本实施例所述多孔吸附介质采用如下制备方法制备得到：
（1）从硅砂再生设备集尘装置中筛分3μm～20μm的再生灰；
（2）配料，称取硅砂铸造再生灰72kg、污泥8kg、粉煤灰8kg、活性炭4kg以及秸秆6kg，混合粉磨；
（3）向混合原料中配料水，通过喷雾造粒塔进行造粒；
（4）对湿颗粒进行焙烧；先在520℃进行预热焙烧35分钟，然后再在1100℃进行高温焙烧1h；
（5）出炉冷却，成品分级筛选，即得多孔吸附介质。
本实施例所得的多孔吸附介质相关参数为：其相对密度为2.5～2.6，孔隙率为76%～78%，平均粒径为5～6mm。在水中的pH值呈中性，比表面积大，在污水中有利于活性污泥微生物的附着和生长，进而净化污水，使水质变清。
实施例5
配料：硅砂铸造再生灰76kg、污泥12kg、粉煤灰12kg、活性炭8kg以及茎叶植物碎料8kg。
本实施例所述多孔吸附介质采用如下制备方法制备得到：
（1）从硅砂再生设备集尘装置中筛分3μm～20μm的再生灰；
（2）配料，称取硅砂铸造再生灰76kg、污泥12kg、粉煤灰12kg、活性炭8kg以及茎叶植物碎料8kg，混合粉磨；
（3）向混合原料中配料水，通过喷雾造粒塔进行造粒；
（4）对湿颗粒进行焙烧；先在600℃进行预热焙烧45分钟，然后再在1200℃进行高温焙烧2h；
（5）出炉冷却，成品分级筛选，即得多孔吸附介质。
本实施例所得的多孔吸附介质相关参数为：其相对密度为2.4～2.5，孔隙率为75%～77%，平均粒径为4～5mm。在水中的pH值呈中性，比表面积大，在污水中有利于活性污泥微生物的附着和生长，进而净化污水，使水质变清。
试验例1
多孔吸附介质用于市政污水处理生物滤池(BAF)的填充物
（1）实施例1得到的多孔吸附介质的体积占BAF的70%左右；
（2）进水水量为2L/h；
（3）水样取自污水处理厂进水；
（4）处理效果如下表：
没有投加多空吸附介质的BAF的COD、BOD、氨氮以及浊度的去除率均达不到20%，而投加后去除率在80%左右。此外，以本发明其他实施例得到的多孔吸附介质重复上述试验，得到相同试验结论，其中以实施例1所述多孔吸附介质的处理效果最佳。
试验例2
河流碧水装置***填充物
（1）实施例1得到的多孔吸附介质的体积占河流碧水***容积
的10%左右；
（2）进水水量为180L/h；
（3）水样浊度较大，均匀时不透明；
（4）试验主要针对污水浊度的处理，处理指标如下表：
| 指标 | 浊度NTU | pH | 臭味 |
| 进水 | 不透明 | 7.0 | 明显 |
| 出水 | 25±10 | 7.0 | 无 |
投加实施例1所得多孔吸附介质后出水浊度明显降低，水质变清，同时截留大量悬浮物质。此外，以本发明其他实施例得到的多孔吸附介质重复上述试验，得到相同试验结论，其中以实施例1所述多孔吸附介质的处理效果最佳。
试验例3多孔吸附介质、火山岩、火焰石及陶粒挂膜效果比对试验
本实施例取生活污水作为试验对象，将本发明实施例1得到的多孔吸附介质与火山岩、火焰石和陶粒的吸附处理效果作比较，试验结果表明，处理条件相同的情况下，本发明多孔吸附介质用于生物膜滤池挂膜时间更短；挂上的生物膜不易脱落，生物与化学性质更稳定；有更少的悬浮物，浊度最低。对比试验的污水取自北京市某污水处理厂进水，挂膜时间、浊度及出水COD去除率见下表：
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (11)
1.一种用于水处理的多孔吸附介质，其特征在于：所述多孔吸附介质由包括如下用量的原料制备而成：硅砂铸造再生灰70-80份、污泥5-15份、粉煤灰5-15份、活性炭0-10份以及茎叶植物碎料5-10份。
2.如权利要求1所述的多孔吸附介质，其特征在于，所述茎叶植物为秸秆。
3.如权利要求1所述的多孔吸附介质，其特征在于，所述多孔吸附介质由包括如下用量的原料制备而成：硅砂铸造再生灰72-76份、污泥8-12份、粉煤灰8-12份、活性炭4-8份以及茎叶植物碎料6-8份。
4.如权利要求1-3任一项所述的多孔吸附介质，其特征在于，所述的硅砂铸造再生灰粒度为3μm～20μm。
5.如权利要求4所述的多孔吸附介质，其特征在于，所述的硅砂铸造再生灰粒度为10μm～20μm。
6.如权利要求1-3任一项所述的多孔吸附介质，其特征在于，所述污泥为污水生物处理***外排的剩余污泥。
7.如权利要求1-3任一项所述的多孔吸附介质，其特征在于，所述的茎叶植物碎料过20～40目筛。
8.如权利要求1-3任一项所述的多孔吸附介质，其特征在于，所述多孔吸附介质的相对密度为2.4～2.6，孔隙率为75％～80％，平均粒径为4～6mm。
9.权利要求1-8任一项所述的多孔吸附介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)从硅砂再生设备集尘装置中筛分再生灰；
(2)配料，称取硅砂铸造再生灰、污泥、粉煤灰、活性炭以及茎叶植物碎料，混合粉磨；
(3)向混合原料中配料水，通过喷雾造粒塔进行造粒；
(4)对湿颗粒进行焙烧；先在500～600℃进行预热焙烧20-45分钟，然后再在1100～1200℃进行高温焙烧1～2h；
(5)出炉冷却，成品分级筛选，即得多孔吸附介质。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的喷雾造粒塔水蒸发量为200kg/h；造粒后先在500～600℃进行预热焙烧0.5h，然后再在1150℃进行高温焙烧1.5h。
11.权利要求1-8任一项所述的多孔吸附介质在水处理中的应用。
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