本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种污水处理用复合型石英砂滤料及其制备方法。
背景技术：
随着工业规模的不断扩大，工业废水的日均排放量逐步上升，对水体造成严重污染，自然水体中金属及有机物浓度增加，降低了水体的自净能力，水质每况愈下，对人类的健康构成了巨大威胁。目前水污染治理是保护人类健康及生态环境中一项重要的工程，且一直是困扰我们的难题。目前已研究有多种多样的治理方法，其中，利用滤料的过滤作用来处理水资源的方法，绿色安全、效果好。石英砂滤料具有无杂质、无校角、密度大、机械强度高、载污能力强、使用周期长的特点，是目前常用的水处理滤料。石英砂滤料起到过滤作用，就像水经过砂石渗透到地下一样，将水中的那些悬浮物阻拦下来，主要针对那些细微的悬浮物，而对于重金属、有机污染物等难以吸附过滤。此外石英砂还具有比表面积小、表面光滑等缺点，存在吸附力不足、吸附污染物种类范围小、吸附容量不足、截污能力相对较差等问题，单一采用石英砂作为滤料难以实现对废水进行有效处理。开发复合型石英砂滤料，对于废水高效处理具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种污水处理用复合型石英砂滤料，从而克服的现有石英砂滤料吸附力不足、吸附范围小、截污能力相对较差的缺陷。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种污水处理用复合型石英砂滤料，所述复合型石英砂滤料为石英砂基泡沫陶瓷和负载在石英砂基泡沫陶瓷的纳米氧化铋组成，所述石英砂基泡沫陶瓷的孔隙率为60～75％，所述石英砂基泡沫陶瓷包括以下重量份组分：石英砂50～60份、硅藻土10～15份、粉煤灰5～12份、高岭土5～12份、氧化硼5～8份、碳酸钙5～8份。
一种上述复合型石英砂滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石英砂、硅藻土、粉煤灰、高岭土、氧化硼和碳酸钙混合研磨得粒径小于5μm混合粉料，然后在混合粉料中加入磷酸二氢铝、阿拉伯胶、木质素磺酸钠、柠檬酸三铵和蒸馏水球磨混合得到固含量为50～65％的浆料；
(2)将软质聚氨酯泡沫体浸渍在步骤(1)得到的浆料中，超声浸渍2～3h后，取出泡沫体挤压掉多余浆料，干燥得到胚体，胚体烧结得到石英砂基泡沫陶瓷；
(3)将石英砂基泡沫陶瓷放入质量百分浓度为10～15％氢氟酸溶液中，浸泡2～5min，取出，用蒸馏水洗涤3～5次，在100～150℃烘干，得到预处理的石英砂基泡沫陶瓷；
(4)将预处理的石英砂基泡沫陶瓷放入浓度为0.2～0.3mol/l的硝酸铋溶液中超声处理0.5～1h，然后滴加氨水超声处理2～3h，洗涤、干燥，然后在450～550℃下处理2～3h，得到负载氧化铋的石英砂基泡沫陶瓷，即为复合型石英砂滤料。
优选的，上述制备方法中，所述磷酸二氢铝的加入量为所述混合粉料质量的2～4％；所述阿拉伯胶为所述混合粉料质量的1.5～3％。
优选的，上述制备方法中，所述木质素磺酸钠的加入量为所述混合粉料质量的1～2％。
优选的，上述制备方法中，所述柠檬酸三铵的加入量为所述混合粉料质量的0.8～1％。
优选的，上述制备方法中，所述软质聚氨酯泡沫体孔径为30～60ppi。
优选的，上述制备方法中，所述步骤(2)中，干燥过程为：1h从室温升至80～90℃，保温1～2h，然后1h升温至150～200℃，保温2～3h；烧结过程为：以2～5℃/min升温速率升至400～550℃保温0.5～1h，然后以5～10℃/min升温速率升至800～1000℃保温2～3h。
优选的，上述制备方法中，所述步骤(4)中，氨水的浓度为1.2～1.3mol/l，氨水的加入量为硝酸铋溶液体积的5～6％。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的复合型石英砂滤料利用石英砂、硅藻土、粉煤灰等不同组分对不同物质的吸附效能不同，有效吸附重金属离子、有机物等多种污染物；将多种组分复合制成泡沫陶瓷，具有三维立体网状结构，三维连通孔道，增大了比表面积和吸附点位，拥有好的过滤拦截性能。将具有催化作用的氧化铋负载泡沫陶瓷上，具有在可见光下的催化分解作用。复合型石英砂滤料具有集吸附、过滤、光催化为一体的特点，具有吸附性强、对污染物去除率高，克服单一石英砂滤料吸附污染物种类范围小、吸附力小、吸附容量不足等缺陷。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种污水处理用复合型石英砂滤料，为石英砂基泡沫陶瓷和负载在石英砂基泡沫陶瓷的纳米氧化铋组成，石英砂基泡沫陶瓷的孔隙率为65％，石英砂基泡沫陶瓷包括以下重量份组分：石英砂60份、硅藻土12份、粉煤灰8份、高岭土8份、氧化硼6份、碳酸钙8份。
本实施例还提供复合型石英砂滤料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将石英砂、硅藻土、粉煤灰、高岭土、氧化硼和碳酸钙混合研磨得粒径小于5μm混合粉料，然后在混合粉料中加入混合粉料质量的3％磷酸二氢铝、2％阿拉伯胶、1.2％木质素磺酸钠、0.8％柠檬酸三铵和蒸馏水球磨混合得到固含量为60％的浆料；
(2)将孔径为40ppi软质聚氨酯泡沫体浸渍在步骤(1)得到的浆料中，超声浸渍2h后，取出泡沫体挤压掉多余浆料，放入鼓风干燥箱中进行干燥，1h从室温升至80℃，保温2h，然后1h升温至200℃，保温2h得到胚体；胚体放入马弗炉中烧结，以3℃/min升至450℃保温0.5h，然后以5℃/min升至900℃保温3h，冷却得到石英砂基泡沫陶瓷；
(3)将石英砂基泡沫陶瓷放入质量百分浓度为15％氢氟酸溶液中，浸泡2min，取出，用蒸馏水洗涤5次，在150℃烘干，得到预处理的石英砂基泡沫陶瓷；氢氟酸溶液处理清理泡沫陶瓷的杂质，使泡沫陶瓷表面粗糙，提高氧化铋的负载量；
(4)将预处理的石英砂基泡沫陶瓷放入浓度为0.2mol/l硝酸铋溶液中超声处理0.5h，然后滴加浓度为1.2mol/l氨水超声处理2h，氨水的加入量为硝酸铋溶液体积的6％；蒸馏水洗涤3次，85℃下干燥，然后在450℃下处理3h，得到负载氧化铋的石英砂基泡沫陶瓷，即为复合型石英砂滤料。
实施例2
一种污水处理用复合型石英砂滤料，为石英砂基泡沫陶瓷和负载在石英砂基泡沫陶瓷的纳米氧化铋组成，石英砂基泡沫陶瓷的孔隙率为60％，石英砂基泡沫陶瓷包括以下重量份组分：石英砂55份、硅藻土15份、粉煤灰10份、高岭土8份、氧化硼8份、碳酸钙5份。
本实施例还提供复合型石英砂滤料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将石英砂、硅藻土、粉煤灰、高岭土、氧化硼和碳酸钙混合研磨得粒径小于5μm混合粉料，然后在混合粉料中加入混合粉料质量的2％磷酸二氢铝、2.5％阿拉伯胶、2％木质素磺酸钠、1.0％柠檬酸三铵和蒸馏水球磨混合得到固含量为65％的浆料；
(2)将孔径为30ppi软质聚氨酯泡沫体浸渍在步骤(1)得到的浆料中，超声浸渍2h后，取出泡沫体挤压掉多余浆料，放入鼓风干燥箱中进行干燥，1h从室温升至80℃，保温2h，然后1h升温至150℃，保温2h得到胚体；胚体放入马弗炉中烧结，以3℃/min升至500℃保温0.5h，然后以5℃/min升至900℃保温3h，冷却得到石英砂基泡沫陶瓷；
(3)将石英砂基泡沫陶瓷放入质量百分浓度为12％氢氟酸溶液中，浸泡3min，取出，用蒸馏水洗涤5次，在150℃烘干，得到预处理的石英砂基泡沫陶瓷；
(4)将预处理的石英砂基泡沫陶瓷放入浓度为0.2mol/l硝酸铋溶液中超声处理0.5h，然后滴加浓度为1.25mol/l氨水超声处理2h，氨水的加入量为硝酸铋溶液体积的5％；蒸馏水洗涤3次，85℃下干燥，然后在500℃下处理2h，得到负载氧化铋的石英砂基泡沫陶瓷，即为复合型石英砂滤料。
实施例3
一种污水处理用复合型石英砂滤料，为石英砂基泡沫陶瓷和负载在石英砂基泡沫陶瓷的纳米氧化铋组成，石英砂基泡沫陶瓷的孔隙率为70％，石英砂基泡沫陶瓷包括以下重量份组分：石英砂52份、硅藻土10份、粉煤灰5份、高岭土7份、氧化硼6份、碳酸钙6份。
本实施例还提供复合型石英砂滤料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将石英砂、硅藻土、粉煤灰、高岭土、氧化硼和碳酸钙混合研磨得粒径小于5μm混合粉料，然后在混合粉料中加入混合粉料质量的3.5％磷酸二氢铝、1.5％阿拉伯胶、1.0％木质素磺酸钠、0.8％柠檬酸三铵和蒸馏水球磨混合得到固含量为50％的浆料；
(2)将孔径为50ppi软质聚氨酯泡沫体浸渍在步骤(1)得到的浆料中，超声浸渍3h后，取出泡沫体挤压掉多余浆料，放入鼓风干燥箱中进行干燥，1h从室温升至90℃，保温2h，然后1h升温至200℃，保温2h得到胚体；胚体放入马弗炉中烧结，以2℃/min升至500℃保温0.5h，然后以8℃/min升至1000℃保温2h，冷却得到石英砂基泡沫陶瓷；
(3)将石英砂基泡沫陶瓷放入质量百分浓度为10％氢氟酸溶液中，浸泡5min，取出，用蒸馏水洗涤5次，在150℃烘干，得到预处理的石英砂基泡沫陶瓷；
(4)将预处理的石英砂基泡沫陶瓷放入浓度为0.3mol/l硝酸铋溶液中超声处理0.5h，然后滴加浓度为1.3mol/l氨水超声处理2h，氨水的加入量为硝酸铋溶液体积的5％；蒸馏水洗涤3次，85℃下干燥，然后在550℃下处理2h，得到负载氧化铋的石英砂基泡沫陶瓷，即为复合型石英砂滤料。
复合型石英砂滤料对废水的过滤性能试验
取某火力发电厂废水作为处理对象，废水中重金属离子浓度为5.05mg/l，主要包括常见的有害重金属离子cu2+、pb2+和cd2+，cod为有机物相对含量的综合指标之一，cod浓度为2100mg/l，悬浮颗粒(ss)浓度为131mg/l。使用本发明实施例的复合型石英砂滤料和普通石英砂滤料对废水进行吸附过滤，测定滤料对重金属离子、cod和悬浮颗粒的截留率，截留率的计算公式如下：
重金属离子/cod/ss截留率％＝100*(处理前重金属离子/cod/ss浓度-处理后重金属离子/cod/ss浓度)/处理前重金属离子/cod/ss浓度。
结果见表1，从表中可以看出复合型石英砂滤料对过滤重金属离子、有机物、悬浮颗粒截留率高，分别达到95％以上，说明本发明的复合型石英砂滤料能够有效吸附过滤重金属离子、有机物、悬浮颗粒等污染物，对污染物去除效果好。
表1不同滤料对废水中的污染物的截留率
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。