CN103880122B - 一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法。该方法包括，将铁屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土作为原料，分别按照32-36%，8-10%，32-35%，9-12%，5-7%，5-7%的质量分数混合、造粒、养护后制得。制得的抗板结粒状免烧铁碳微电解填料粒径为5-7mm。本发明的产品用于污水处理，可在比较短的时间内降低废水的COD_Cr和色度，并且降低废水的毒性，提高可生化性。在使用的过程中，不容易发生板结，维护成本低廉，使用周期长。制备过程充分利用了废物资源，并且采用免烧工艺，达到了节能减排以废治废的目的。

Description

一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，属污水处理技术领域，尤尤其是高浓度难降解废水的预处理领域。

技术背景

20世纪60年代以后，由于现代化学工业的迅猛发展，合成塑料、合成纤维、合成橡胶、尼龙等大分子有机材料，被工业化生产。在这些有机材料生产的过程中，会产生大量的高浓度的有机废水。据《全国环境统计公报》统计显示，到2008年我国废水总排放量中，工业有机废水量所占比例达44.3％。其浓度高、成分复杂，且其中往往含有许多难降解有机物，尤其是多环芳烃、烷基苯磺酸、氯苯酚、多氯联苯等物质，具有致癌、致畸、致突变等作用，可生化性低，难以通过生化处理降解，同时残留在水体中会对人类健康和自然环境都有巨大的危害。而传统的处理及预处理方法，或者处理成本较大，或者技术手段不完善，难以广泛推行。

废铁屑主要是由机械制造业产生的一种固体废弃物，其产生量非常大，不仅占用了宝贵的土地资源，而且会引起环境的污染。废铁屑的无害化及资源化利用已经被广泛的研究。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，也是是我国当前排量较大的工业废渣之一。1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的资源化利用，变废为宝、变害为利引起了人们的广泛关注。

微电解技术是在电化学工艺的基础上，发展形成的一种新的工艺，又被称为内电解法，是被广泛研究与应用的一种高浓度有机废水预处理方法。此工艺在20世纪80年代，被引进我国。近几年被广泛的应用于印染、制药、石油化工等行业的废水处理。微电解工艺的基本原理，是利用填充在废水中的微电解材料产生的电位差对废水进行处理。其特点是成本低廉、使用范围广、工艺简单、处理效果好等，尤其对于高盐度，高毒性、高COD_Cr以及色度较高的工业废水的处理较其他工艺具有更加明显的优势。但是在传统的微电解工艺在运行的过程中，填料之间会发生板结，污水在填料中产生沟流，使出水水质变差，影响处理的效率，使得微电解反应器要频繁反冲洗和填料更换，这也是限制此工艺广泛应用的主要因素。因此，新型的抗板结的微电解填料的研发，显得十分的必要。而利用粉煤灰为主要辅料制备的免烧铁碳微电解填料，在抗板结方面较传统填料有着较大的优势。

传统的微电解填料，如CN201010184817.0公布的一种污水处理用的微电解填料，大都使用烧结工艺，在高温烧制的过程中，浪费了大量的能源，增加了制备成本。将免烧工艺与微电解技术结合，可以减少能源消耗，降低生产成本，但此方面的研究还较少。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，将免烧工艺与微电解技术结合，并充分利用了工业废弃物粉煤灰、废铁屑，提供了一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法。

本发明的技术方案如下：

一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，包括以下步骤：

（1）将铁屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分别在105-110℃进行烘干处理1-2小时，然后粉碎，过100目筛；

上述原料中，铁屑中含铁≥95%；粉煤灰中SiO₂含量47-52%，Al₂O₃含量27-30%，CaO、MgO、Na₂O和K₂O的总含量5-7%；均为质量百分含量；

（2）将步骤（1）中经过预处理的原材料，按照铁屑32-36%，木炭8-10%，粉煤灰32-35%，水泥9-12%，生石灰5-7%，粘土5-7%的质量分数混合均匀，造粒；过5-6目筛，筛选出的粒径为5-7mm的生料球置于干燥通风处室温干燥20-24小时，得生料球；

（3）将步骤（2）得到的干燥的生料球，在100-110℃的条件下水蒸气养护30-60分钟；此后每24小时自然养护一次，所述的自然养护为向所述的生料球均匀洒水后自然放置，自然养护5-7天后，即得抗板结粒状免烧铁碳微电解填料，密封保存。

为防止填料中的铁被氧化，在步骤（3）中每次养护以后，将填料半密封保存，这样既可使填料尽快干燥，又可以最大限度的防止铁与水、空气发生氧化反应。

根据本发明优选的，步骤（2）中各原料的质量分数分别为铁屑36%，木炭9%，粉煤灰33%，水泥10%，生石灰6%，粘土6%。

根据本发明优选的，步骤（2）中的造粒是将原料倒入造粒机制成生料颗粒，在此过程中不断喷洒粘结剂稀释液喷雾以帮助生料成球。造粒按现有技术。所述粘结剂按现有技术即可，优选的粘结剂为模数2.5-2.8的水玻璃溶液。所述的粘结剂稀释液，由所述的粘结剂加水稀释2-3倍配制而成。

根据本发明优选的，步骤（3）中，生料球在105℃的条件下水蒸气养护45分钟，此后每24小时自然养护一次，连续养护6天后，将制得的抗板结粒状免烧铁碳微电解填料密封保存。

由上述方法制备的抗板结粒状免烧铁碳微电解填料，外形呈圆粒状，粒径5-7mm，堆积密度900-950kg/m³，吸水率9%-12%。

本发明的主要原料废铁屑、粉煤灰均为工业废弃物或副产品，其余原料水泥、木炭、粘土、生石灰均为廉价工业原料，其中水泥为普通硅酸盐水泥。上述原料均可通过市场购买。

本发明制备的抗板结粒状免烧铁碳微电解填料用于高浓度难降解废水的预处理。

本发明是一种基于铁碳原电池反应，与废水中的高浓度难降解有机污染物发生氧化还原、混凝絮凝等反应，将大分子的有机污染物降解为小分子物质，可以在较短的时间内，达到降低废水的COD_Cr和毒性，提高废水可生化性的效果。本发明为高浓度难降解有机工业废水的处理和预处理提供了一个可行方案。本发明将免烧工艺与铁碳微电解技术结合起来，利用生石灰、水泥等激发剂，激发粉煤灰活性，使填料硬化，不仅实现了固体废弃物的资源化利用，同时还达到了以废治废和节能减排的效果。

本发明的有益效果如下：

1.本发明中的免烧微电解填料，其制备的主要原料中废铁屑、粉煤灰均为工业固体废弃物，长期暴露于环境当中，不仅占用了宝贵的土地资源，也会对人类健康和自然生态环境造成严重影响。本发明将废铁屑、粉煤灰、木炭作为主要原料，并配以适量的水泥、粘土、生石灰，制备而成的免烧微电解填料，不仅实现了废铁屑、粉煤灰的资源化利用同时，将其应用于高浓度难降解工业废水的处理，更是实现了以废治废。

2.本发明在制备免烧微电解填料的过程中，结合免烧工艺，不仅使陶粒的强度达到了水处理的使用要求，并且还减少了制备过程中能源的消耗，实现了节能减排。

3.本发明制备的免烧微电解填料为圆粒状，颗粒与颗粒间的接触面积较小，从而在废水处理过程中减少了填料间的板结钝化，提供了良好的水力条件。并且随着电化腐蚀反应的进行，填料的表面会不断的脱落，使填料表面得以更新，并延长了填料的使用周期，提高了环保滤料的利用效率。

4.本发明制备的免烧微电解填料，实现了阴极阳极一体化，增加了微观原电池的数量，从而提高了电化学反应速率，提高了处理效率。

5.本发明的制备成本较低，使用维护简单，工艺操作简单，能够广泛的用于高浓度难降解有机工业废水的处理和预处理，有良好的应用前景。

附图说明

图1是装填本发明抗板结微电解填料的柱形微电解反应器，其中：1是进水蠕动泵，2是曝气泵，3是进水水箱，4是布水布气板，5是取样口，6是出水口，7是抗板结微电解填料。

具体实施方式

下面结合具体的实施例来进一步说明本发明的技术方案。但不限于此。

实施例中的粉煤灰SiO₂含量约48%，Al₂O₃含量约27%，CaO、MgO、Na₂O、K₂O总含量约7%（山东淄博某电厂有售）；废铁屑铁含量≥95%（济南机械厂有售）；木炭购自临沂某木炭厂；水泥为普通硅酸盐水泥（济南某水泥厂产售）；粘土（山东省淄博市砖厂有售）；生石灰CaO含量≥95%（淄博某石灰厂产售）。均为质量百分含量。

实施例中的粘结剂稀释液，由模数2.5-2.8的水玻璃溶液，加水稀释2-3倍制得。

实施例1

一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，包括以下步骤：

（1）将铁屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分别在105℃进行烘干处理2小时，然后粉碎，过100目筛；

（2）将步骤（1）中经过预处理的原材料，按照铁屑36%，木炭9%，粉煤灰33%，水泥10%，生石灰6%，粘土6%的质量分数混合均匀，置于盘式成球机中滚制，并在滚制过程中喷洒粘结剂稀释液（模数2.5-2.8的水玻璃溶液再加水稀释2倍）辅助成球造粒；过5-6目筛，筛选出的粒径为5-7mm的生料球置于干燥通风处室温干燥20小时，得生料球；

（3）将步骤（2）得到的干燥的生料球，在105℃的条件下水蒸气养护45分钟；此后每24小时自然养护一次，所述的自然养护为向所述的生料球均匀洒水后自然放置，自然养护6天后，即得抗板结粒状免烧铁碳微电解填料，密封保存。

所得到的填料的性能参数如下：粒径：5-6mm；堆积密度：923kg/m³；吸水率：10%。

实施例2

一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，包括以下步骤：

（1）将铁屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分别在110℃进行烘干处理1小时，然后粉碎，过100目筛；

（2）将步骤（1）中经过预处理的原材料，按照铁屑32%，木炭8%，粉煤灰35%，水泥11%，生石灰7%，粘土7%的质量分数混合均匀，置于盘式成球机中滚制，并在滚制过程中喷洒粘结剂稀释液（模数2.5-2.8的水玻璃溶液再加水稀释3倍）辅助成球造粒；过5-6目筛，筛选出的粒径为5-7mm的生料球置于干燥通风处室温干燥24小时，得生料球；

（3）将步骤（2）得到的干燥的生料球，在110℃的条件下水蒸气养护30分钟；此后每24小时自然养护一次，所述的自然养护为向所述的生料球均匀洒水后自然放置，自然养护7天后，即得抗板结粒状免烧铁碳微电解填料，密封保存。

所得到的填料的性能参数如下：粒径：6-7mm；堆积密度：914kg/m³；吸水率：11%。

应用试验举例

分别将按照实施例1、实施例2制备出的铁碳填料填装于图1所示的柱形微电解反应器中，进行对于这种抗板结新型免烧铁碳填料的应用试验。

1.实施例1的铁碳免烧填料所处理COD为1300-1800mg/L的硝基苯工业废水，在进水pH为4、气水流量比A/L=2.0、HRT（水力停留时间）4h的条件下，COD_Cr去除率可达50%-60%，色度去除率可达到50%以上。

反应器连续运行4周，未发现明显的板结现象，废水处理效率稳定。所述的填料处理废水后的平均粒径为5-5.5mm。

2.实施例2的铁碳填料处理工业焦化废水，其COD为13000-16000mg/L，色度约为11000-12000。将废水pH调至3左右，在HRT（水力停留时间）6h的条件下，可去除60-70%的COD_Cr，色度全部去除。

反应器连续运行3周，出水效果比较稳定，没有出现板结的情况。所述的填料处理废水后的平均粒径为5.5-6.5mm。

Claims (7)

1.一种制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，包括以下步骤：

（1）将铁屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分别在105-110℃进行烘干处理1-2小时，然后粉碎，过100目筛；

上述原料中，铁屑中含铁≥95%；粉煤灰中SiO₂含量47-52%，Al₂O₃含量27-30%，CaO、MgO、Na₂O和K₂O的总含量5-7%；均为质量百分含量；

（2）将步骤（1）中经过预处理的原材料，按照铁屑32-36%，木炭8-10%，粉煤灰32-35%，水泥9-12%，生石灰5-7%，粘土5-7%的质量分数混合均匀，造粒；过5-6目筛，筛选出的粒径为5-7mm的生料球置于干燥通风处室温干燥20-24小时，得生料球；

（3）将步骤（2）得到的干燥的生料球，在100-110℃的条件下水蒸气养护30-60分钟；此后每24小时自然养护一次，所述的自然养护为向所述的生料球均匀洒水后自然放置，自然养护5-7天后，即得抗板结粒状免烧铁碳微电解填料，密封保存。

2.根据权利要求1所述的制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，其特征在于步骤（2）中各原料的质量分数分别为铁屑36%，木炭9%，粉煤灰33%，水泥10%，生石灰6%，粘土6%。

3.根据权利要求1所述的制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，其特征在于步骤（2）中的造粒是将原料倒入造粒机制成生料颗粒，在此过程中不断喷洒粘结剂稀释液喷雾以帮助生料成球。

4.根据权利要求3所述的制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，其特征在于所述的粘结剂为模数2.5-2.8的水玻璃溶液。

5.根据权利要求3所述的制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，其特征在于所述的粘结剂稀释液是由所述的粘结剂加水稀释2-3倍配制而成。

6.根据权利要求1所述的制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，其特征在于步骤（3）中，生料球在105℃的条件下水蒸气养护45分钟，此后每24小时自然养护一次，连续养护6天后，将制得的抗板结粒状免烧铁碳微电解填料密封保存。

7.根据权利要求1所述的制备抗板结粒状免烧铁碳微电解填料的方法，其特征在于所述的抗板结粒状免烧铁碳微电解填料，外形呈圆粒状，粒径5-7mm，堆积密度900-950kg/m³，吸水率9%-12%。