一种生态珠及其制备方法与流程

本发明属于污水处理生物填料制备技术领域，具体涉及一种生态珠及其制备方法。

背景技术

填料是生物膜载体，是生物膜法处理工艺的关键部分，填料的好坏直接影响生物处理的效果，生物营养陶粒是一种新型的生物膜载体滤料，具有质轻、比表面积大、吸附能力强等优点。现有陶粒可分为锻烧型和非锻烧型两类，其中锻烧型又可分为烧胀型及烧结型两种。在一定的温度条件下，陶粒胚料能软化产生适当的粘度，在外力作用下可产生塑性形变，在胚料软化的同时，陶粒内部能产生一定的气体，促使其膨胀变形。陶粒的膨胀性是两者共同作用的结果，如果胚料表面粘度过大，液相将束缚气体外逸导致陶粒膨胀性能不够，如果气体的膨胀力过大，会导致气体冲破陶粒表面形成连通性孔从而破坏陶粒结构。

现有生物陶粒通常内部呈蜂窝状，孔隙率高，强度低，并且孔径小，孔隙之间不连通，对水流冲击负荷的适应能力差。另外，现有生物陶粒矿质元素匮乏，造成生物膜量薄易脱落、生物量少、生物种类单一等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述现有生物陶粒强度低，以及因孔径小、孔隙之间不连通而导致其作为污水处理生物填料时，对水流冲击负荷的适应能力差的问题，本发明提供一种生态珠及其制备方法，该生态珠为骨架结构，且孔径大，孔隙之间延伸贯通，并可为微生物提供矿质元素，与现有生物陶粒相比，无论是结构还是性能上均存在较大的差异，因此，申请人将其定义为“生态珠”，可作为一种的新的污水处理生物填料，以取代生物陶粒。

本发明采用的技术方案如下：

一种生态珠，由陶土、黏土、页岩、莫来石和添加剂烧结而成。

黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤，水分不容易从中通过而具有较好的可塑性，黏土是由多种矿物混合而成的，没有固定的熔点，而是在一定的温度范围内逐渐软化。黏土在加热煅烧的过程中，其低共熔物质开始熔化，液相出现并逐渐增加，填充在固体颗粒之间，由于液相表面张力的作用，使得未熔颗粒进一步靠拢，引起体积急剧的收缩，气孔率下降，密度提高，当温度继续升高时，收缩将不断增大至最大值，气孔率降至最小值，密度达到最大值，黏土完全烧结。

本发明以陶土为主要原料，配以黏土，添加剂选择受热分解产生气体的无机盐类，在后续烧结过程中，黏土急剧收缩，气孔率降低至最小值，将对添加剂受热分解产生的气体产生阻碍，使得孔隙倾向于在陶土内形成，并且，由于黏土对陶土具有较好的结合力，使得黏土收缩时，带动陶土移动，形成大的孔隙，这样烧结形成的生态珠中，黏土作为骨架，孔隙率非常低，且孔径小，显著提高强度，而骨架之间则填充陶土，且陶土内的孔隙率高，孔径大，孔隙之间延伸贯通，在用作污水处理生物填料时，可提高对水流冲击负荷的适应能力，并有利于污水、氧气、生物膜之间充分接触，加快有机污染物的降解。此外，配方中还添加有页岩和莫来石，页岩是由黏土物质硬化形成的微小颗粒，是黏土岩的一种，主要由粒径小于0.0039mm的细颗粒物质组成并含有大量黏土矿物的沉积岩，这些细颗粒物质均匀分布在陶土和黏土中，进一步提高强度，莫来石是一种优质的耐火材料，提高耐温性，从而可在高温下烧结。

一种生态珠，按质量百分比计，陶土、黏土、页岩、莫来石和添加剂的配比为：30-40％陶土、22-45％黏土、10-20％页岩、8-18％莫来石、0.38-0.85％添加剂；所述添加剂由0.3-0.6％ca(oh)2、0.05-0.1％feso4、0.01-0.05％cuso4、0.01-0.05％znso4、0.01-0.05％mnso4组成。

本发明添加的feso4、cuso4、znso4、mnso4在高温煅烧时均会受热分解，产生气体，例如硫酸亚铁分解后产生氧化铁、二氧化硫和三氧化硫，硫酸铜分解后产生氧化铜和三氧化硫，这些气体在烧结时使陶土内形成孔隙，且feso4、cuso4、znso4、mnso4等受热分解后形成的氧化物可为微生物提供矿质元素，为微生物的生长提供稳定的环境，增加微生物的数量和种类，形成丰富的微生物相，构成微生物生态体系，有利于水体中的污染物被分解和净化。

本发明添加剂受热分解后产生的氧化物还可降低熔点，增加粘度，通过选择上述配比，可保证胚料表面粘度适中，避免粘度过大而束缚气体外逸，或者粘度过小，导致生态珠表面形成连通性孔而破坏生态珠结构。

一种生态珠的制备方法，包括以下步骤：

(1)将陶土、黏土、页岩和莫来石烘干、破碎、筛分，然后与添加剂一起混合均匀；

(2)步骤(1)中的混合物造粒成型并干燥，含水率控制为5-12％；

(3)对步骤(2)中的颗粒进行烧结，冷却即得所述生态珠。

进一步地，步骤(2)中，颗粒粒径为10-30mm。

进一步地，步骤(3)中，烧结过程为：于300-500℃预热10-30min，然后于1100-1300℃焙烧10-15min。

进一步地，步骤(3)中，烧结后以自然冷却的方式获得所述生态珠。

进一步地，步骤(3)中，生态珠的粒径为12-35mm。

现有黏土陶粒主要为烧胀陶粒，烧胀后会发生大的体积膨胀，孔隙率高，且封闭不连通，本发明的黏土在1100-1300℃下进行烧结，不发生大的体积膨胀，内部仅少量气孔，与陶土配合后，主要作为骨架结构，提高生态珠的强度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明以陶土为主要原料，配以黏土，利用黏土高温急剧收缩的特性，使得烧结后形成骨架结构的生态珠，强度高，同时，细颗粒页岩均匀分布在陶土和黏土中，进一步提生态珠的强度；

2.本发明骨架之间填充陶土，由于黏土对气体形成阻碍，且黏土收缩带动陶土移动，因而，陶土内的孔隙率高，孔径大，孔隙之间延伸贯通，在用作污水处理生物填料时，可提高对水流冲击负荷的适应能力，并有利于污水、氧气、生物膜之间充分接触，加快有机污染物的降解；

3.本发明feso4、cuso4、znso4、mnso4等受热分解后形成的氧化物可为微生物提供矿质元素，为微生物的生长提供稳定的环境，增加微生物的数量和种类，形成丰富的微生物相，构成微生物生态体系，有利于水体中的污染物被分解和净化；

4.本发明添加剂受热分解后的氧化物还可降低熔点，增加粘度，保证胚料表面粘度适中，避免粘度过大而束缚气体外逸，或者粘度过小，导致生态珠表面形成连通性孔而破坏生态珠结构。

附图说明

图1为本发明实施例3制备的生态珠sem图；

图2为生物陶粒sem图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

一种生态珠，按质量百分比计，陶土、黏土、页岩、莫来石和添加剂的配比为：40％陶土、26％黏土、15.3％页岩、18％莫来石、0.7％添加剂；所述添加剂由0.5％ca(oh)2、0.1％feso4、0.03％cuso4、0.05％znso4、0.02％mnso4组成。

一种生态珠的制备方法，包括以下步骤：

(1)将陶土、黏土、页岩和莫来石烘干、破碎、筛分，然后与添加剂一起混合均匀；

(2)步骤(1)中的混合物造粒成型并干燥，颗粒粒径为10-30mm，含水率控制为5-12％；

(3)步骤(2)中的颗粒于450℃预热15min，然后于1150℃焙烧15min，自然冷却即得所述生态珠，粒径为12-35mm。

实施例2

一种生态珠，按质量百分比计，陶土、黏土、页岩、莫来石和添加剂的配比为：32.5％陶土、45％黏土、12％页岩、10％莫来石、0.5％添加剂；添加剂由0.3％ca(oh)2、0.05％feso4、0.05％cuso4、0.05％znso4、0.05％mnso4组成。

一种生态珠的制备方法，包括以下步骤：

(1)将陶土、黏土、页岩和莫来石烘干、破碎、筛分，然后与添加剂一起混合均匀；

(2)步骤(1)中的混合物造粒成型并干燥，颗粒粒径为10-30mm，含水率控制为5-12％；

(3)步骤(2)中的颗粒于350℃预热20min，然后于1200℃焙烧13min，自然冷却即得所述生态珠，粒径为12-35mm。

实施例3

一种生态珠，按质量百分比计，陶土、黏土、页岩、莫来石和添加剂的配比为：35.6％陶土、32％黏土、18％页岩、14％莫来石、0.4％添加剂；添加剂由0.3％ca(oh)2、0.05％feso4、0.02％cuso4、0.02％znso4、0.01％mnso4组成。

一种生态珠的制备方法，包括以下步骤：

(1)将陶土、黏土、页岩和莫来石烘干、破碎、筛分，然后与添加剂一起混合均匀；

(2)步骤(1)中的混合物造粒成型并干燥，颗粒粒径为10-30mm，含水率控制为5-12％；

(3)步骤(2)中的颗粒于300℃预热30min，然后于1250℃焙烧10min，自然冷却即得所述生态珠，粒径为12-35mm。

实验例

取生物陶粒和实施例3制备的生态珠分别进行力学性能测试，生态珠和生物陶粒各取三个试样，编号分别为1#、2#、3#，结果见表1，可以看出，生态珠的平均抗压强度为6.9mpa，生物陶粒的平均抗压强度为3.57mpa，性能提升90％以上。对上述试样进行比表面积测量，结果见表2，可以看出，生态珠的比表面积显著提升。

取1#生物陶粒和1#生态珠进行微观形貌观察，从图1和图2可以看出，本发明生态珠整体呈骨架结构，孔隙率高，孔径大，孔隙之间延伸贯通，在用作污水处理生物填料时，可提高对水流冲击负荷的适应能力，并有利于污水、氧气、生物膜之间充分接触，加快有机污染物的降解。

表1力学性能测试结果

表2生态珠和生物陶粒的比表面积

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。