CN111533243B - 一种颗粒腐殖生物填料、生产方法及应用 - Google Patents

一种颗粒腐殖生物填料、生产方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于涉及环境工程水处理技术领域，具体涉及一种颗粒腐殖生物填料、生产方法及应用。所述生产方法包括以下步骤：(1)将筛下腐殖土和膨润土按照一定的质量比例在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水，形成混合物颗粒；(2)将聚乙烯醇粉末加热水使其溶解，配制为聚乙烯醇胶液；(3)将聚乙烯醇胶液在一定气压条件下以雾化喷雾的方式向所述圆盘造粒机中的混合物颗粒喷洒，使所述的混合物颗粒充分吸收聚乙烯醇胶液；风干，得到颗粒腐殖生物填料。本发明最终形成的腐殖填料粒径均一、机械强度高、耐水性好，实现了腐殖生物填料产品的标准化，实现了筛下腐殖土大宗资源化利用新途径。

Description

一种颗粒腐殖生物填料、生产方法及应用
技术领域
本发明涉及环境工程水处理技术领域，尤其涉及一种颗粒腐殖生物填料、生产方法及应用。
背景技术
我国的非正规填埋场和卫生填埋场存量垃圾约80亿吨，占用大量土地，污染周边环境，但潜在资源巨大。存量垃圾开采分选及资源化技术(即“城市矿产”技术)是解决问题最佳途径之一。筛下腐殖土作为占比较高(40-50％)的一类分选产物，其资源化出路的安全性和经济性至关重要。目前主要与普通土壤掺混作为城市绿化用土，虽然其有机质含量高有利于土壤改良，还含有少量的营养元素，但碎玻璃等有害杂质混入导致其成分混杂，质量不够稳定；还存在诸如重金属等有害物质超标的可能性，难以进行其资源化利用。有研究和工程项目将筛下腐殖土用作填埋场中间覆盖用土，用来解决土源匮乏的问题收到较好效果。
筛下腐殖土具有有机质含量高、微生物相丰富等特点，作为生物填料具有水动力学、物理化学和微生物学特性优势，经检索，将腐殖土作为生物填料用于污水处理工程中已有现有技术公开，如中国专利申请号为201410172319.2，公开日期为2016年3月9日的申请案公开了一种腐殖土填料藻浆厌氧发酵反应器，其利用腐殖土制备腐殖土填料层，利用了腐殖土填料存在特殊微生物种群臭味去除能力较强的特点，通过合理的结构设计，使厌氧发酵过程中藻浆与腐殖土填料充分接触而大大去除藻泥的恶臭。该申请案的装置将腐殖土直接作为填料层，由于腐殖土的遇水容易松散且机械强度较低的性能，因此难以保证持久的应用效果，因此在实际应用过程中需要不断的更换。
再如中国专利申请号为200610166396.2，公开日期为2007年6月27日的申请案公开了一种生活污水分散处理的方法及其反应器，该填料主要成分为生活垃圾填埋场的垃圾形成的腐殖化垃圾，由于不同地区的稳定化程度的差别导致存量垃圾生产的腐殖生物填料标准化水平较低，腐殖生物填料中使用过程中细颗粒容易随水迁移可能导致滤池堵塞以及填料装填施工和使用过程中不均匀沉降等问题，因此用于村镇污水处理的腐殖生物填料还亟待完善和提高。
经检索，对于腐殖生物填料的制备方法，现有技术已有相关的申请案公开，如中国专利申请号为201610830795.8，公开日期为2018年3月27日的申请案公开了一种复合腐殖生物活性填料的制备方法，该申请案的方法以剩余活性污泥、粘土、腐殖土、锯末、硅化合物、粉煤灰、铁镁化合物、腐殖酸有机肥等材料作为原料，硅酸钠和氯化钙混合溶液作为胶黏剂，通过不同组分配比试验的比较与分析，以复合腐殖生物活性填料强度和活性污泥沉降性能作为优选条件，制备出可改善活性污泥特性的复合腐殖生物活性填料。该申请案的填料投入成分复杂，其将活性污泥沉降性能作为优选条件，重点在于剩余活性污泥的性能，因此腐殖土的物理化学和微生物学特性优势未得到有效的发挥。
因此，如何能够对腐殖土进行有效改造，使其能够具有一定的机械性能和耐水性能是亟需解决的难题。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中以腐殖土作为生物填料的过程中存在的腐殖土机械强度低，遇水后容易发生不均匀沉降，且随着微生物的不断生长，生物填料容易发生板结甚至堵塞，导致腐殖生物填料无法正常使用。本发明通过将筛下腐殖土和膨润土混合后加水得到颗粒混合物，再通过使颗粒混合物充分吸收聚乙烯醇胶液，最终制备出具有较好的机械强度和耐水性的生物填料。
针对以垃圾筛下腐殖土作为填料容易因地区差异使腐殖土填料难以标准化、不均匀沉降的问题，通过在加压条件下喷洒胶液的方式，使筛下腐殖土和膨润土的混合物均匀吸收胶液，制备出的产品均一化程度更高，且通过喷洒胶液的次数对调节机械强度和耐水性进行调整，有效实现生物填料的标准化。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种颗粒腐殖生物填料生产方法，包括以下步骤：
(1)将筛下腐殖土和膨润土按照一定的质量比例在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水，形成混合物颗粒；
(2)使用热水配制聚乙烯醇胶液；
(3)将所述聚乙烯醇胶液在一定气压条件下以雾化喷雾的方式向所述圆盘造粒机中的混合物颗粒喷洒，使混合物颗粒充分吸收聚乙烯醇胶液；且颗粒之间相互粘附逐渐增大，最终形成一定粒径的颗粒。
(4)将步骤(3)处理后的混合物颗粒风干，得到颗粒腐殖生物填料。
作为本发明更进一步的改进，所述的腐殖土和膨润土的质量比为(80～90)：(10～20)。
作为本发明更进一步的改进，所述的腐殖土粒径为1～3mm，和/或所述膨润土粒径为325目。
作为本发明更进一步的改进，所述方法还包括步骤(5)：向步骤(4)制备的颗粒腐殖生物填料再次喷洒聚乙烯醇溶液，使其再次吸收聚乙烯醇胶液，再次风干，重复进行步骤(4)～(5)的过程。
作为本发明更进一步的改进，所述步骤(3)中，利用虹吸式二流体气水喷头在一定气压条件下喷洒聚乙烯醇胶液。
作为本发明更进一步的改进，所述步骤(2)中的聚乙烯醇粉末为型号1799聚乙烯醇粉末。
作为本发明更进一步的改进，所述步骤(3)中，所述气压条件大于0.3MPa。
作为本发明更进一步的改进，所述聚乙烯醇胶液的质量浓度为5～10％。
作为本发明更进一步的改进，所述步骤(4)中在常温下风干不少于24小时，和/或所述的步骤(2)中的热水温度为95℃以上。
作为本发明更进一步的改进，所述颗粒腐殖生物填料用于生物填料的污水处理过程。
作为本发明更进一步的改进，所述颗粒腐殖生物填料的制备方法的具体步骤为：
(1)利用多级筛分技术及设备得到1～3mm筛下腐殖土(以下称腐殖土)，将腐殖土与膨润土(粒径325目)在圆盘造粒机中混合，所述腐殖土和膨润土的质量比为(80～90)：(10～20)，利用雾化水喷头加入适量水使其形成1～3mm小颗粒。
(2)采用型号1799聚乙烯醇粉末，用95℃热水溶解配制成质量浓度为5-10％胶液；在空压机大于0.3MPa气压条件下，利用虹吸式二流体气水喷头将胶液雾化喷至圆盘造粒机中的小颗粒中，使上述小颗粒充分吸收胶液并相互粘附形成具有一定粒径大小的颗粒，并获得足够的初始强度。
(3)将步骤(2)处理后的颗粒填料缷出圆盘造粒机，在常温风干24小时，即得到颗粒腐殖生物填料。
(4)可以将步骤(3)处理后的颗粒填料再次放入圆盘造粒机中，再次喷洒聚乙烯醇溶液，使颗粒填料吸收更多胶液，粘附更多的小颗粒从而形成更大的颗粒，将颗粒填料缷下后再进行自然风干，根据不同颗粒机械强度需要，可如此反复2～3次。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的颗粒腐殖生物填料生产方法，将聚乙烯醇粉末采用热水溶解制备成胶液，再利用胶液对筛下腐殖土和膨润土的混合物颗粒进行喷洒，使混合物颗粒吸收胶液，一方面可以利用聚乙烯醇粉末遇水后形成的高分子网状链接具有一定的粘结性，从而将混合物颗粒有效粘连，另一方面利用聚乙烯醇液态胶水可以有效提高混合物颗粒的耐水性，使颗粒遇水不松散，此外，混合物颗粒充分吸收聚乙烯醇胶水后还可以获得一定的机械强度，最终制备出具有较好的机械强度和耐水性的生物填料，有效克服以腐殖土作为生物填料的过程中存在的机械强度低，遇水容易分散、使用寿命较低的问题，从而将腐殖土具有的有机质含量高、微生物相丰富等特点得到有效的发挥，由于本发明制备的填料同时具有较好的机械性能和耐水性，经过长时间的使用，填料内部物质结构仍未发生变化，从根本上避免了板结的发生；有效解决散装腐殖填料在应用过程中由于沉降及板结带来的负面影响，从根本上缓解腐殖生物填料堵塞问题。
(2)本发明的颗粒腐殖生物填料生产方法，首先使一定粒径的筛下腐殖土和膨润土混合，并利用雾化水喷头加水形成小颗粒，可以有效利用膨润土具有一定的粘结性特点，将腐殖土由松散的状态转化成为颗粒状态，颗粒状态的性状能够在后续聚乙烯醇液体胶水加入后能够更有效的吸收聚乙烯醇液体胶水，相互粘附形成均匀化的颗粒体，具备优异的机械性能和耐水性。
(3)本发明的颗粒腐殖生物填料生产方法，可以通过反复进行聚乙烯醇胶液的喷洒调控腐殖填料的机械强度，耐水性，粒径等性能，最终形成的腐殖填料粒径均一，机械强度高，耐水性好，形成以粒径、机械强度、耐水性等指标为主的定量评价标准，实现了腐殖生物填料产品的标准化，本发明的原料，制备方法简单，实现了筛下腐殖土大宗资源化利用新途径，对筛下腐殖土大宗资源化利用具有重大现实作用。
(4)本发明的颗粒腐殖生物填料生产方法，将聚乙烯醇粉末胶液采用虹吸式二流体气水喷头在一定强度的气压条件下喷洒至腐殖土和膨润土的混合物颗粒物上，能够进一步提高混合物颗粒物吸收的充分程度，粘结形成的颗粒更加均匀，能够更好的实现粒径、机械强度、耐水性等指标为主的定量评价标准。
附图说明
图1为实施例1中未进行改造的腐殖土图片；
图2为实施例1中最终形成的颗粒腐殖生物填料图片；
图3为本发明的生产方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的颗粒腐殖填料的生产方法具体包括以下步骤：
(1)利用多级筛分技术及设备得到1～3mm筛下腐殖土，按照80％质量的腐殖土与20％质量的膨润土(粒径325目)在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水，形成1～3mm小颗粒。
(2)采用型号1799的聚乙烯醇粉末，用95℃热水溶解配制成质量浓度为5％胶液，在空压机大于0.3MPa气压条件下利用虹吸式二流体气水喷头，将胶液雾化喷入至圆盘造粒机中的小颗粒上，使所述小颗粒充分吸收胶液相互粘结逐渐形成大颗粒，并获得足够的初始强度。
(3)将步骤(2)处理后的颗粒填料缷出圆盘造粒机，在防雨的置场中常温风干24小时，即得到颗粒腐殖生物填料。
(4)将步骤(3)处理后的颗粒填料再次放入圆盘造粒机中，再次在步骤(2)条件下喷洒聚乙烯醇溶液，使小颗粒充分吸收胶液并粘附在较大颗粒上形成更大的颗粒；将颗粒缷下后再进行自然风干，重复该过程2次，形成最终的颗粒腐殖填料。该步骤的目的在于加强颗粒的机械强度，形成统一化的生产。
图1为实施例1中未进行改造的腐殖土图片；图2为实施例1中最终形成的颗粒腐殖生物填料图片。根据图片对比可知，改造前的腐殖土无强度、呈现松散状，改造后呈现粒径均一的颗粒状形态。
实施例2
本实施例的颗粒腐殖填料的生产方法具体包括以下步骤：
(1)利用多级筛分技术及设备得到1～3mm筛下腐殖土，按照90％质量的腐殖土与10％质量的膨润土(粒径325目)在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水使其形成1～3mm小颗粒。
(2)采用型号1799的聚乙烯醇粉末，用95℃热水溶解配制成质量浓度为7％胶液；在空压机大于0.3MPa气压条件下利用虹吸式二流体气水喷头，将胶液雾化喷入至圆盘造粒机中的小颗粒上，使所述小颗粒充分吸收胶液相互粘结逐渐形成大颗粒，并获得足够的初始强度。
(3)将步骤(2)处理后的颗粒填料缷出圆盘造粒机，在防雨的置场中常温风干24小时，即得到颗粒腐殖生物填料。
(4)将步骤(3)处理后的颗粒腐殖生物填料再次放入圆盘造粒机中，再次在步骤(2)条件下喷洒聚乙烯醇溶液，使小颗粒充分吸收胶液并粘附在较大颗粒上形成更大的颗粒；将其缷下后再进行自然风干，重复该过程1次，形成最终的颗粒腐殖填料。
实施例3
本实施例的颗粒腐殖填料的生产方法具体包括以下步骤：
(1)利用多级筛分技术及设备得到1～3mm筛下腐殖土，按照85％质量的腐殖土与15％质量的膨润土(粒径325目)在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水使其形成1～3mm小颗粒。
(2)采用型号1799的聚乙烯醇粉末，用95℃热水溶解配制成质量浓度为10％胶液；在空压机大于0.3MPa气压条件下利用虹吸式二流体气水喷头，将所述胶液雾化喷入至圆盘造粒机中的小颗粒上，使所述小颗粒充分吸收胶液相互粘结逐渐形成大颗粒，并获得足够的初始强度。
(3)将步骤(2)处理后的颗粒填料缷出圆盘造粒机，在防雨的置场中常温风干24小时，即得到颗粒腐殖生物填料。
图3为本发明的生产方法的工艺流程图。
对比例1
本实施例的颗粒腐殖填料的生产方法具体包括以下步骤：
(1)利用多级筛分技术及设备得到1～3mm筛下腐殖土，按照90％质量的腐殖土与10％质量的膨润土(粒径325目)在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水使其形成1～3mm小颗粒。
(2)采用型号1799的聚乙烯醇粉末，用95℃热水溶解配制成质量浓度为7％胶液；将所述胶液直接倒入至圆盘造粒机的小颗粒上，使上述小颗粒充分吸收胶液相互粘结逐渐形成大颗粒，并获得足够的初始强度。
(3)将步骤(2)处理后的颗粒填料缷出圆盘造粒机，在防雨的置场中常温风干24小时，即得到颗粒腐殖生物填料。
(4)将步骤(3)处理后的颗粒填料再次放入圆盘造粒机中，再次在步骤(2)条件下喷洒聚乙烯醇溶液，使小颗粒充分吸收胶液并粘附在较大颗粒上形成更大的颗粒；将其缷下后再进行自然风干，重复该过程1次，形成最终的颗粒腐殖填料。
对比例2
(1)利用多级筛分技术及设备得到1-3mm筛下腐殖土，按照80％质量的腐殖土与20％质量的膨润土(粒径325目)在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水使其形成1～3mm小颗粒。
(2)采用预糊化淀粉，用冷水溶解配制成质量浓度为5％的胶液；在空压机大于0.3MPa气压条件下利用虹吸式二流体气水喷头，将胶液雾化喷入圆盘造粒机中，使上述小颗粒充分吸收胶液逐渐形成大颗粒，并获得足够的初始强度。
(3)将步骤(2)处理后的颗粒填料缷出圆盘造粒机，在防雨的置场中常温风干24小时，即得到颗粒腐殖生物填料。
(4)将步骤(3)处理后的颗粒填料再次放入圆盘造粒机中，再次在步骤(2)条件下喷洒预糊化淀粉胶液，使颗粒填料充分吸收胶液并粘附在较大颗粒上形成更大的颗粒，将其缷下后再进行自然风干，重复该过程2次，最终形成最终的颗粒腐殖填料。
表1为实施例和对比例制备出的腐殖生物填料的性能对比。
表1实施例和对比例制备出的腐殖生物填料的性能对比
Figure BDA0002475793360000071
根据表1的结果可知，改造前的腐殖土无强度、松散状，粒径较小，遇水立即松散，经过本发明的实施例1-3的生产方法改造后形成的腐殖填料浸泡在水中，能够稳定6个月不松散，机械强度在40N～60N，粒径在5mm～10mm，具有优异的机械性能和耐水性能。
对比例1的操作中将聚乙烯醇胶液直接倒入至小颗粒中，容易导致小颗粒吸收胶液不均匀，机械强度相对较低，且无法形成较为均一化的粒径。
对比例2中将聚乙烯醇胶液替换成预糊化淀粉形成的胶液，虽然能够使填料的耐水性得到一定程度的提高，然而最终形成的填料浸泡在水中只能保证3天内不松散，且机械强度相对较低。
需要说明的是，本技术领域的普通技术人员应当认识到，在上述具体的实施方案所描述的步骤，仅仅是为了说明本发明过程中的实施案例，并不局限于本发明本身，只要是在本发明实质精神范围内，对上述实施案例的变化、变型都落在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种颗粒腐殖生物填料生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将筛下腐殖土和膨润土按照一定的质量比例在圆盘造粒机中混合，利用雾化水喷头加入适量水，形成混合物颗粒；
（2）将聚乙烯醇采用热水配制成聚乙烯醇胶液；
（3）将所述聚乙烯醇胶液利用虹吸式二流体气水喷头在一定气压条件下以雾化喷雾的方式向所述圆盘造粒机中的混合物颗粒喷洒，使混合物颗粒充分吸收聚乙烯醇胶液，所述气压条件大于0.3MPa；
（4）将步骤（3）处理后的混合物颗粒风干，得到颗粒腐殖生物填料。
2.根据权利要求1所述的颗粒腐殖生物填料生产方法，其特征在于：所述的腐殖土和膨润土的质量比为（80~90）：（10~20）。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒腐殖生物填料生产方法，其特征在于：所述的腐殖土粒径为1~3mm，和/或所述膨润土粒径为325目。
4.根据权利要求3所述的颗粒腐殖生物填料生产方法，其特征在于：所述方法还包括步骤（5）：向步骤（4）制备的颗粒腐殖生物填料再次喷洒聚乙烯醇溶液，使其再次吸收聚乙烯醇胶液、风干，重复进行步骤（4）~（5）的过程。
5.根据权利要求4所述的颗粒腐殖生物填料生产方法，其特征在于：所述聚乙烯醇胶液的质量浓度为5~10%。
6.根据权利要求1或2所述的颗粒腐殖生物填料生产方法，其特征在于：所述步骤（4）中在常温下风干不少于24小时，和/或所述的步骤（2）中的热水温度为95℃以上。
7.一种颗粒腐殖生物填料，其特征在于：所述填料按照权利要求1~6任意一项所述的颗粒腐殖生物填料生产方法制备得到。
8.权利要求7所述的颗粒腐殖生物填料的应用，其特征在于：所述颗粒腐殖生物填料用于生物填料的污水处理过程。
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