专利名称：一种磁致改性陶粒填料及制备方法和在废水处理中应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改性陶粒填料及其制备方法和用途，具体的说是一种磁致改性陶粒填料及制备方法和在废水处理中应用。
背景技术：
近年来，随着我国经济快速发展，发达国家近百年发展历程中出现的环境问题在我国骤现，尤其是各种工业废水的大量排放严重影响了我国的水体环境。工业废水污染来源多，排放量大，并且排放的浓度千变万化。目前，我国的工业废水排放量已经远远超过了环境所能承受的能力，如果不加强对工业废水处理技术的理论研究与技术应用，我国的环境保护形势将更加严峻。目前，生物膜技术处理工业废水是国内外研究的热点技术。该技术利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理，其中填料的材质、填料表面粗糙度、比表面积大小等因素直接影响废水处理的效率和运行的可行性，填料材质尤为关键，对废水处理过程的效率、稳定性等有直接的影响。陶粒是由粉煤灰、黏土、页岩、煤矸石或生物污泥等为主要原料，经过加工成球、烧结烧胀而成的人造材料。陶粒具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。特别由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而作为废水生物处理填料得到广泛应用。磁致物理化学生物效应在国内外环境保护等领域获得广泛的重视，其利用高梯度磁分离技术处理各类废水的研究成为热点。磁致物理化学生物效应可提高水中微生物的生物活性、提高微生物对有机污染物的吸附和降解能力，显著提高废水的生物降解效率，改善目前废水生物处理效率较低、处理设施占地面积大的状况。目前，使用磁粉的磁致物理化学生物效应改性陶粒填料处理废水的研究和应用未见文献报道和专利公开。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对上述问题，本发明公开了一种磁致改性陶粒填料及制备方法和在废水处理中应用，采用了一种比表面积较大，化学和热稳定性好，具有较好的吸附性能，而且易于再生的陶粒，与磁粉共混，制备磁致改性陶粒填料，作为生物膜法处理废水的填料，既可以利用陶粒的表面结构特性，又可以利用磁致物理化学生物效应，可以显著提高废水的生物降解效率。2.技术方案
一种磁致改性陶粒填料，主要由作为基材的陶粒颗粒和基材内混合的磁粉、生物亲和性物质以及分散剂组成，各组分的重量百分比如下陶粒颗粒30 84%、磁粉10 30%、生物亲和性物质1 10%、分散剂5 30%。作为基材的陶粒颗粒的主要制备原料为粉煤灰、黏土、页岩或煤矸石中的一种，其粒径在5 20 mm之间，BET比表面积在300 500m2/g之间。基材内混合磁粉为四氧化三铁、三氧化二铁、一氧化铁中的一种或几种的混合物；生物亲和性物质为淀粉、壳聚糖、羟基磷灰石中的一种或几种的混合物；所使用的分散剂为聚丙烯酰胺。一种磁致改性陶粒填料的制备方法，其步骤为
(1)将陶粒经过1 2mol/L的盐酸溶液中浸泡1 4h，然后在1 2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡1 4h ；
(2)将磁粉、生物亲和性物质、分散剂加入到步骤(1)处理过的陶粒中，搅拌10 30min，静置1 2h，干燥脱水，温度100 120°C，时间为4 8h ；
(3)将步骤(2)中混合的填料在150 200°C的温度下混炼焙烧5 30min；
(4)将步骤(3)中混炼焙烧后的填料在200 250°C的温度下成型焙烧5 10min, 即得到磁致改性陶粒填料。一种磁致改性陶粒填料在废水处理中应用，其运行步骤为
(1)将磁致改性陶粒填料装入好氧反应器，填充比为35 50%；
(2)将废水引入好氧反应器，停留时间为4 6h，容积负荷控制在0.5 2kgC0D/ (m3 · d)。其中步骤(2)中采用穿孔曝气管的曝气方式，气水比为5 15:1。3.有益效果
本发明提供了一种磁致改性陶粒填料及制备方法和在废水处理中应用，本发明制备得到的磁致改性陶粒填料由于陶粒填料比表面积较大，化学和热稳定性好，具有较好的吸附性能，而且易于再生的特点，结合磁粉的磁致物理化学生物效应，可以显著提高废水处理效率，同时可以节省废水处理的费用，延长深度处理设备的使用寿命，易于大规模工业化应用。
具体实施例方式实施例1
由粉煤灰制备的陶粒其粒径在15 20 mm之间，BET比表面积在300 500m2/g之间， 烘干后称重。该陶粒经过lmol/L的盐酸溶液中浸泡3h，然后在lmol/L的氢氧化钠溶液浸泡2h，用蒸馏水冲洗陶粒至中性；将四氧化三铁、壳聚糖、聚丙烯酰胺加入到处理过的陶粒颗粒中，加入陶粒颗粒中的四氧化三铁、壳聚糖、聚丙烯酰胺分别占磁致改性陶粒填料总重量的15%、5%、10%，搅拌15min，静置2h，干燥脱水，温度100°C，时间为6h ；然后将混合的填料在170°C的温度下混炼焙烧15min ；然后将混炼焙烧后的填料在200°C的温度下成型焙烧 10 min，即得到一种磁致改性陶粒填料。将制备好的磁致改性陶粒填料装入好氧反应器，填充比为50% ；将废水引入好氧反应器，停留时间为6h，采用穿孔曝气管的曝气方式，气水比 % 5:1,容积负荷为 lkgCOD/ (m3 · d)。实施例2
由煤矸石制备的陶粒其粒径在5 10 mm之间，BET比表面积在300 500m2/g之间， 烘干后称重。该陶粒经过2mol/L的盐酸溶液中浸泡lh，然后在2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡4h，用蒸馏水冲洗陶粒至中性；将四氧化三铁、三氧化二铁、羟基磷灰石、聚丙烯酰胺加入到处理过的陶粒中，加入陶粒填料中的四氧化三铁、三氧化二铁、羟基磷灰石、聚丙烯酰胺分别占磁致改性陶粒填料总重量的15%、10%、10%、5%，搅拌20min，静置2h，干燥脱水，温度120°C，时间为8h ；然后将混合的填料在150°C的温度下混炼焙烧30min ；然后将混炼焙烧后的填料在200°C的温度下成型焙烧10 min，即得到一种磁致改性陶粒填料。将制备好的磁致改性陶粒填料装入好氧反应器，填充比为35% ；将废水引入好氧反应器，停留时间为 4h，采用穿孔曝气管的曝气方式，气水比为10:1，容积负荷为0. 5kgC0D/(m3 · d)。实施例3
将黏土制备的陶粒其粒径在5 15 mm之间，BET比表面积在300 500m2/g之间，烘干后称重。该陶粒经过2mol/L的盐酸溶液中浸泡4h，然后在lmol/L的氢氧化钠溶液浸泡2h， 用蒸馏水冲洗陶粒至中性；将一氧化铁、淀粉、壳聚糖、聚丙烯酰胺加入到处理过的陶粒中， 加入陶粒填料中的一氧化铁、淀粉、壳聚糖、聚丙烯酰胺分别占磁致改性陶粒填料总重量的 20%、1%、1%、30%，搅拌30min，静置2h，干燥脱水，温度110°C，时间为8h ；然后将混合的填料在150°C的温度下混炼焙烧30min ；然后将混炼焙烧后的填料在200°C的温度下成型焙烧10 min,即得到一种磁致改性陶粒填料。将制备好的磁致改性陶粒填料装入好氧反应器，填充比为35% ；将废水引入好氧反应器，停留时间为5h，采用穿孔曝气管的曝气方式，气水比为 15:1，容积负荷为 2kgC0D/ (m3 · d)。实施例4
将页岩制备的陶粒其粒径在10 20 IM之间，BET比表面积在300 500m2/g之间，烘干后称重。该陶粒经过lmol/L的盐酸溶液中浸泡2h，然后在2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡 3h，用蒸馏水冲洗陶粒至中性；将四氧化三铁、一氧化铁、淀粉、聚丙烯酰胺加入到处理过的陶粒中，加入陶粒填料中的四氧化三铁、一氧化铁、淀粉、聚丙烯酰胺分别占磁致改性陶粒填料总重量的10%、5%、8%、15%，，搅拌20min，静置2h，干燥脱水，温度120°C，时间为8h ；然后将混合的填料在200°C的温度下混炼焙烧5min ；然后将混炼焙烧后的填料在250°C的温度下成型焙烧5min，即得到一种磁致改性陶粒填料。将制备好的磁致改性陶粒填料装入好氧反应器，填充比为40%;将废水引入好氧反应器，停留时间为6h，采用穿孔曝气管的曝气方式，气水比为15:1，容积负荷为2kgC0D/(m3 · d)。实施例5
将煤矸石制备的陶粒其粒径在15 20 mm之间，BET比表面积在300 500m2/g之间，烘干后称重。该陶粒经过2mol/L的盐酸溶液中浸泡lh，然后在2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡 lh，用蒸馏水冲洗陶粒至中性；将三氧化二铁、一氧化铁、壳聚糖、聚丙烯酰胺加入到处理过的陶粒中，加入陶粒填料中的三氧化二铁、一氧化铁、壳聚糖、聚丙烯酰胺分别占磁致改性陶粒填料总重量的5%、20%、5%、10%，，搅拌lOmin，静置lh，干燥脱水，温度100°C，时间为 4h ；然后将混合的填料在200°C的温度下混炼焙烧5min ；然后将混炼焙烧后的填料在230°C 的温度下成型焙烧7min，即得到一种磁致改性陶粒填料。将制备好的磁致改性陶粒填料装入好氧反应器，填充比为50% ；将废水引入好氧反应器，停留时间为4h，采用穿孔曝气管的曝气方式，气水比为10:1，容积负荷为1.5kgC0D/(m3 · d)。
权利要求
1.一种磁致改性陶粒填料，主要由作为基材的陶粒颗粒和基材内混合的磁粉、生物亲和性物质以及分散剂组成，各组分的重量百分比如下陶粒颗粒30 84%、磁粉10 30%、 生物亲和性物质1 10%、分散剂5 30%。
2.根据权利要求1所述的磁致改性陶粒填料，其特征在于所述的基材陶粒颗粒的制备原料为粉煤灰、黏土、页岩或煤矸石中的一种，其粒径在5 20 mm之间，BET比表面积在 300 500m2/g 之间。
3.根据权利要求1所述的磁致改性陶粒填料，其特征在于所述的磁粉为四氧化三铁、 三氧化二铁、一氧化铁中的一种或几种的混合物；所述的生物亲和性物质为淀粉、壳聚糖、 羟基磷灰石中的一种或几种的混合物；所述的分散剂为聚丙烯酰胺。
4.一种磁致改性陶粒填料的制备方法，其步骤为(1)将陶粒经过1 2mol/L的盐酸溶液中浸泡1 4h，然后在1 2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡1 4h ；(2)将磁粉、生物亲和性物质、分散剂加入到步骤(1)处理过的陶粒中，搅拌10 30min，静置1 2h，干燥脱水，温度100 120°C，时间为4 8h ；(3)将步骤(2)中混合的填料在150 200°C的温度下混炼焙烧5 30min；(4)将步骤(3)中混炼焙烧后的填料在200 250°C的温度下成型焙烧5 10min, 得到磁致改性陶粒填料。
5.一种磁致改性陶粒填料在废水处理中应用，其运行步骤为(1)将磁致改性陶粒填料装入好氧反应器，填充比为35 50%；(2)将废水引入好氧反应器，停留时间为4 6h，容积负荷控制在0.5 2kgC0D/ (m3 · d)。
6.根据权利要求5所述的一种利用磁致改性陶粒填料在废水处理中应用，其特征在于步骤(2)中采用穿孔曝气管的曝气方式，气水比为5 15 1。
全文摘要
本发明公开了一种磁致改性陶粒填料及制备方法和在废水处理中应用，属于废水处理领域。该改性填料是一种以陶粒为基材，含有混合磁粉、生物亲和性物质以及分散剂的磁性填料。其制备方法为①酸、碱液分别浸泡陶粒；②添加改性材料处理；③混炼、成型焙烧。利用该填料提高废水生物处理方法为将磁致改性陶粒填料按35～50%填充比装入好氧反应器，引入废水，保持停留时间4～6h，容积负荷控制在0.5～2kgCOD/(m3·d)，曝气过程气水比为5～15∶1。本发明充分利用磁致改性陶粒填料的特点，可以提高废水处理效率，节省废水处理费用，延长深度处理设备使用寿命，易于大规模工业化应用。
文档编号C02F3/10GK102351306SQ201110207150
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者丁丽丽, 任洪强, 任鑫坤, 张涛, 李秋成, 许柯 申请人:南京大学