本发明属于废物利用技术领域，尤其涉及一种秸秆基轻质生物陶粒及其制备方法与应用。
背景技术：
生物陶粒是一种新型的生物膜载体滤料，主要以粘土为主要生产原料，掺和一定比例的粘合剂、成孔剂、无机骨料经配料、搪粒成球、高温烧制、筛分等一系列工艺加工而成，具有比重小、比表面积大、吸附能力强等优点，广泛应用于污水处理领域。现有生物陶粒的生产工艺中，普遍涉及到化合粘合剂的使用，以使生物陶粒具有较强的粘合性，以及化学成孔剂，以使秸秆经高温烧制后有大量微孔，陶粒具有较大的比表面积。但是，这些添加剂的使用不仅使得生产工艺较为复杂，而且整个生产工作会存在环境污染，并且所制备的陶粒的机械性能并不理想，化学性能也不稳定，在投入应用后还会造成水质的二次污染。
此外，目前农业生产中产生的大量农作物秸秆大多被遗弃在田间地头或者露天焚烧，不仅造成了物质资源的大量浪费，还严重污染了环境。
因此，若能将这些秸秆制备成生物陶粒，不仅能够节能减排，还能够支持水处理事业，保护和改善环境，促进经济社会的可持续发展。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种秸秆基轻质生物陶粒，该秸秆基轻质生物陶粒具有很好的机械性能和化学稳定性，不会的水质造成二次污染；
本发明的另一目的在于提供上述秸秆基轻质生物陶粒的制备方法，本发明方法不使用化学粘合剂，将秸秆碎末、高岭土粒、钠基膨润土粒和水等多种原材料按一定比例混合在一起，生物陶粒具有很强的粘合性，并且本发明不使用化学成孔剂，秸秆经高温烧制后有大量微孔，陶粒具有较大的比表面积。
本发明的再一目的在于提供上述秸秆基轻质生物陶粒在污水处理中的应用。
本发明是这样实现的，一种秸秆基轻质生物陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)材料配制：将秸秆碎末、高岭土粒、钠基膨润土粒按质量比0.4～0.6：0.9～1.1：0.9～1.1混合均匀，加入总质量14～16％的水，搅拌均匀后用模具成型为直径为15±2mm的球形陶粒；
(2)高温预处理：将所述球形陶粒置于温度250℃、压力0.6mpa的流动热空气中进行预氧化处理8～10h；将预氧化处理后的球形陶粒置于无氧环境中，以3～5℃/min的升温速度升温至220℃并保持2h，再于550℃下保持1h，得到秸秆碳化后的球形陶粒；
(3)高温煅烧：将秸秆碳化后的球形陶粒置于回转窑中，在1280℃条件下煅烧25min，自然冷却，得到秸秆基轻质生物陶粒。
优选地，在步骤(1)中，所述秸秆碎末为1年期内的干净秸秆经过烘干、粉碎后得到，其中，所述干净为无发霉、无腐烂以及无污泥；所述烘干为55±2℃温度下烘干秸秆至含水率<8％，所述粉碎为烘干后的秸秆粉碎并过100目筛。
优选地，在步骤(1)中，将高岭土、钠基膨润土粉碎并均过200目筛分别得到高岭土粒、钠基膨润土粒。
优选地，在步骤(1)中，所述秸秆碎末、高岭土粒、钠基膨润土粒的质量比为0.5：1：1。
本发明进一步公开了上述制备方法得到的秸秆基轻质生物陶粒，其中，该制备方法具体为：
(1)材料配制：将秸秆碎末、高岭土粒、钠基膨润土粒按质量比0.4～0.6：0.9～1.1：0.9～1.1混合均匀，加入总质量14～16％的水，搅拌均匀后用模具成型为直径为15±2mm的球形陶粒；
(2)高温预处理：将所述球形陶粒置于温度250℃、压力0.6mpa的流动热空气中进行预氧化处理8～10h；将预氧化处理后的球形陶粒置于无氧环境中，以3～5℃/min的升温速度升温至220℃并保持2h，再于550℃下保持1h，得到秸秆碳化后的球形陶粒；
(3)高温煅烧：将秸秆碳化后的球形陶粒置于回转窑中，在1280℃条件下煅烧25min，自然冷却，得到秸秆基轻质生物陶粒。
本发明克服现有技术的不足，提供一种秸秆基轻质生物陶粒及其制备方法。本发明制备方法的特点在于：(1)陶粒的生产原料中加入了秸秆；(2)多种原材料按一定比例混合，陶粒有很好的粘结性和较高的机械强度；(3)高温烧制，陶粒具有较大的比表面积；(4)比重更小，可大幅度减小冲洗时的阻力，降低冲洗能耗。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备方法中，原材料不需要化学粘合剂和成孔剂，操作简便，生产工艺环保，整个过程不污染环境；
(2)本发明制备的陶粒，由于秸秆的加入，陶粒比重更小，冲洗时的阻力大大减小，堆积密度≤0.7g/cm3，冲洗时的能耗大幅度降低；此外，经高温烧制后，秸秆产生大量微孔，使得陶粒的比表面积更大(≥4.5m2/cm3)，易挂膜，能够栖息繁殖更多的微生物，比表面积大生物膜量比同类产品提高5％以上；
(3)本发明陶粒对有机物有很好的去除效果，对cod的去除率超过90％，对总氮、总磷也有一定的去除效果，此外，本发明陶粒有很强的截污能力，以同样厚度的滤层相比较，本发明陶粒的截污能力是石英砂滤料的2倍以上；
(3)本发明制备的的陶粒具有很好的机械性能，在15l/s·m2的冲洗强度下反复冲洗不破碎；此外，本发明陶粒具有很好的化学稳定性，加入水体后，不会的水质造成二次污染。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)选择1年期内无发霉、无腐烂的秸秆，清除秸秆的泥土，将干净后的秸秆在55±2℃温度下烘干秸秆至含水率<8％，将干燥后的秸秆粉碎并过100目筛，得到秸秆碎末；
将高岭土、钠基膨润土粉碎并均过200目筛分别得到高岭土粒、钠基膨润土粒；
材料配制：将秸秆碎末、高岭土粒、钠基膨润土粒按质量比0.6：0.9：0.9混合均匀，加入总质量16％的水，搅拌均匀后用模具成型为直径为15±2mm的球形陶粒；
(2)高温预处理：将所述球形陶粒置于温度250℃、压力0.6mpa的流动热空气中进行预氧化处理8h；将预氧化处理后的球形陶粒置于无氧环境中，以3℃/min的升温速度升温至220℃并保持2h，再于550℃下保持1h，得到秸秆碳化后的球形陶粒；
(3)高温煅烧：将秸秆碳化后的球形陶粒置于回转窑中，在1280℃条件下煅烧25min，自然冷却，得到秸秆基轻质生物陶粒1。
实施例2
(1)选择1年期内无发霉、无腐烂的秸秆，清除秸秆的泥土，将干净后的秸秆在55±2℃温度下烘干秸秆至含水率<8％，将干燥后的秸秆粉碎并过100目筛，得到秸秆碎末；
将高岭土、钠基膨润土粉碎并均过200目筛分别得到高岭土粒、钠基膨润土粒；
材料配制：将秸秆碎末、高岭土粒、钠基膨润土粒按质量比0.4：1.1：1.1混合均匀，加入总质量14％的水，搅拌均匀后用模具成型为直径为15±2mm的球形陶粒；
(2)高温预处理：将所述球形陶粒置于温度250℃、压力0.6mpa的流动热空气中进行预氧化处理10h；将预氧化处理后的球形陶粒置于无氧环境中，以5℃/min的升温速度升温至220℃并保持2h，再于550℃下保持1h，得到秸秆碳化后的球形陶粒；
(3)高温煅烧：将秸秆碳化后的球形陶粒置于回转窑中，在1280℃条件下煅烧25min，自然冷却，得到秸秆基轻质生物陶粒2。
实施例3
(1)选择1年期内无发霉、无腐烂的秸秆，清除秸秆的泥土，将干净后的秸秆在55±2℃温度下烘干秸秆至含水率<8％，将干燥后的秸秆粉碎并过100目筛，得到秸秆碎末；
将高岭土、钠基膨润土粉碎并均过200目筛分别得到高岭土粒、钠基膨润土粒；
材料配制：将秸秆碎末、高岭土粒、钠基膨润土粒按质量比0.5：1：1混合均匀，加入总质量15％的水，搅拌均匀后用模具成型为直径为15±2mm的球形陶粒；
(2)高温预处理：将所述球形陶粒置于温度250℃、压力0.6mpa的流动热空气中进行预氧化处理9h；将预氧化处理后的球形陶粒置于无氧环境中，以4℃/min的升温速度升温至220℃并保持2h，再于550℃下保持1h，得到秸秆碳化后的球形陶粒；
(3)高温煅烧：将秸秆碳化后的球形陶粒置于回转窑中，在1280℃条件下煅烧25min，自然冷却，得到秸秆基轻质生物陶粒3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。