一种用于污水处理的滤料及其制备方法
【专利摘要】本发明是一种用于污水处理的滤料，由腐植酸、粘土和鹿沼土混合烧结而成，烧结时还可以加入氢氧化钠作为调节剂，本发明以鹿沼土为主要原料，可实现悬浮物和磷的同步强化去除，该滤料具有比表面积大和对磷元素的吸附去除能力强的特点，对污水中悬浮物和磷元素的同步去除有着重要意义，本发明的制备方法操作简单方便，经运行试验表明，所制备的滤料在保证对污水厂二级处理出水中的浊度去除效果的同时，具有良好的总磷去除性能，出水水质满足我国GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准的A标准要求。
【专利说明】一种用于污水处理的滤料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于污水深度处理【技术领域】，特别涉及一种用于污水处理的滤料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 随着水资源短缺问题的日益突出和污水再生利用技术的不断发展，过滤在污水深 度处理与回用中的应用也日益广泛。国内常用的滤料主要有石英砂、砾石和无烟煤等。石 英砂和砾石表面光滑，生物膜附着力差，主要依赖机械截留作用去除污水中的悬浮物，功能 相对单一。以无烟煤为代表的生物活性炭滤池在保障浊度去除效果的同时，强化了过滤工 艺对有机物的生物降解功能，但对营养元素的去除效果仍较差。目前，我国水环境富营养化 问题十分严重。生活污水和工业废水中营养盐的超负荷排放已经成为引起水体富营养化的 主要原因。因此，对现有污水厂二级处理出水进行深度处理使其中的营养盐含量满足《城镇 污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002) -级A标准甚至更低的水平，对改善我国整 体的水环境质量有着重要意义。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于污水处理的滤料 及其制备方法，以鹿沼土为主要原料，可实现悬浮物和磷的同步强化去除，该滤料具有比表 面积大和对磷元素的吸附去除能力强的特点，对污水中悬浮物和磷元素的同步去除有着重 要意义。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0005] 一种用于污水处理的滤料，以质量比腐植酸：粘土：鹿沼土 = (1-2) :5 :10取原 料，混合烧结而成。
[0006] 进一步，在混合时可以加入与腐植酸质量比为1:10的氢氧化钠作为调节剂。
[0007] 本发明还提供了一种制备所述用于污水处理的滤料的方法，包括如下步骤：
[0008] 1)将鹿沼土与粘土分别在120°c下烘干研成粉末，之后按照质量比2:1混合均匀 得混合物；
[0009] 2)按照腐植酸：粘土：鹿沼土 = (1-2) :5 :10的质量比，向步骤1)所得混合物中 加入腐植酸；
[0010] 3)向步骤2)所得混合物料中加入去离子水并混合均匀，控制混合物料的含水率 在 70% ±5% ;
[0011] 4)将步骤3)所得物料进行成形处理，平均粒径控制在5-10_之间；
[0012] 5)将成形后的物料在700-800°C条件下进行烧结，之后在马弗炉中自然降温至 (200 ± 10) °C，得到烧结好的混合物料；
[0013] 6)将步骤5)所得烧结好的混合物料进行破碎处理，得等效粒径在l-2mm之间的具 有不规则外形的成品滤料。
[0014] 优选地，所述鹿沼土与粘土烘干后研成粉末后，均通过100目筛分设备去除平均 直径在0. 15_以上的部分，之后再进行混合。
[0015] 优选地，所述步骤2)中，将所述腐植酸按照质量比1:10的比例加入质量浓度1% 的氢氧化钠溶液中混合均匀得混合液，然后将该混合液加入至步骤1)所得混合物中。
[0016] 优选地，所述步骤4)将配好的物料搅拌均匀，放入成型机内挤压成型并切割，然 后在盘式造粒机中造粒得到球形颗粒状生料陶粒，控制粒径为5-10mm。
[0017] 优选地，所述步骤5)中烧结温度条件为：由室温在10-20min内升至设定温度 700-800°C，而后在设定温度下持续烧结120-160min。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019] (1)滤料制备过程中引入了腐植酸和调节剂氢氧化钠。由于腐殖酸的分子量大、 碳链长，烧结后会在滤料内部形成丰富的孔道结构，增加滤料的比表面积，但孔道的连通性 较差；经过探索发现加入氢氧化钠后，有助于腐植酸分子链伸展，烧结后能形成大量的连通 孔，增加污染物的传质速率和有效提升了滤料与污染物间的接触面积及其对磷的吸附去除 能力。
[0020] (2)鹿沼土中含有大量铝、钙、镁、铁和锰等金属元素，可通过化学键的形成将污水 中的磷元素高效去除。本发明充分利用鹿沼土的组成特点，将其应用于滤料的制备中，对鹿 沼土的资源化利用以及污水中磷元素的同步去除有着重要意义。
[0021] (3)除了悬浮物外，现有滤料包括石英砂、砾石、无烟煤以及活性炭对污水中的磷 去除性能十分有限，本发明提出的新型滤料有效拓展了滤池的使用功能，在达到相同去除 效果的条件下可有效缩短污水处理流程。
[0022] (4)与传统的生物除磷技术不同，本发明提出的新型滤料对污水中磷元素的去除 主要依靠化学和物理吸附过程进行的，在除磷能力和除磷效果的稳定性上均优于现有的生 物除磷技术。
[0023] 综上，本发明的制备方法操作简单方便，经运行试验表明，所制备的滤料在保证对 污水厂二级处理出水中的浊度去除效果的同时，具有良好的总磷去除性能，出水水质满足 我国GB18918- 2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准的A标准要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明成品滤料形貌特征图。
[0025] 图2为本发明滤料对不同浓度污染物的去除效果。
[0026] 图3为不同吸附时间下本发明滤料对TP的吸附去除效果。
[0027] 图4为本发明滤料在不同pH下对TP的吸附去除效果。
[0028] 图5为未加腐植酸（a)与加入腐植酸后（b)所制滤料对TP的吸附去除效果。
[0029] 图6为本发明滤料再生后对磷的吸附性能。
[0030]图7为采用本发明滤料的滤柱系统的运行情况示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0032] 在本发明滤料的制备方法研宄中，发明人进行了如下的试验过程，从而确定滤料 制备方法中的较优控制参数。
[0033] (1)原料选择和制备
[0034] 申请人:经研宄发现，鹿沼土是一种罕见的物质，产于火山区，是由下层火山土生 成，pH值呈酸性，一般鹿沼土用于专业生产和家庭栽培或土壤改良中，均有良好的效果，其 有很高的通透性、蓄水力和通气性。鹿沼土的尺寸并不十分一致，有许多孔眼。因此，选择 鹿沼土作为滤料的制备原料之一。烧制过程中引入适量粘土以提高滤料的机械强度和相对 比重。同时，投加一定数量的腐植酸和氢氧化钠以增加滤料内部的孔道数量和孔道的连通 性，提升其对污染物的吸附去除性能。此外，烧制过程中存在腐殖酸等有机物的矿化以及水 蒸气的挥发。矿化气体和水蒸气形成量以及释放速率等均将对成品滤料的相对密度和机械 强度存在直接影响。需对原料配比、烧结时间、烧结温度、升温速度以及泥球烧结前的湿度 进行系统优化。
[0035] (2)原料配比优化
[0036] 粘土具有一定的黏性，与鹿沼土混合后易于成形。但粘土比例过高时，使得滤料过 于密实，孔道较少，不利于增加固-液两相间的接触面积。制备过程中控制每千克鹿沼土中 混入0. 3-0. 5kg的粘土为宜。为增加滤料中的孔道数量，更重要的是连通孔的数量，发明人 进行了大量实验研宄。选用几种常见成孔剂，如淀粉、煤粉和石灰石等，发现大多数成孔剂 所形成的连通性孔道较少，影响了污染物在介质中的迀移和去除性能。腐植酸是大分子有 机物质，在高温下可发生碳化，增加滤料中的孔道数量。因此，最终选择腐植酸作为成孔剂。 然而制备过程中腐植酸比重过高时，将影响滤料的机械强度和相对密度。在烧结时间、烧结 温度和升温速度均一定的情况下，采用不同腐植酸质量比条件下得到的滤料的强度见表1。 由表1可知，当腐植酸、粘土与鹿沼土的质量比为0-2:5:10时，成品陶粒滤料具有良好的强 度。确定腐植酸、粘土与鹿沼土的质量比为0-2:5:10。
[0037] 表1不同原料配比对成品滤料强度的影响
[0038]
【权利要求】
1. 一种用于污水处理的滤料，其特征在于，以质量比腐植酸：粘土：鹿沼土 = (1-2): 5 :10取原料，混合烧结而成。
2. 根据权利要求1所述用于污水处理的滤料，其特征在于，混合时加入与腐植酸质量 比为1:10的氢氧化钠作为调节剂。
3. -种制备权利要求1所述用于污水处理的滤料的方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 将鹿沼土与粘土分别在120°C下烘干研成粉末，之后按照质量比2:1混合均匀得混 合物； 2) 按照腐植酸：粘土：鹿沼土 = (1-2) :5 :10的质量比，向步骤1)所得混合物中加入 腐植酸； 3) 向步骤2)所得混合物料中加入去离子水并混合均匀，控制混合物料的含水率在 70% ±5% ; 4) 将步骤3)所得物料进行成形处理，平均粒径控制在5-10_之间； 5) 将成形后的物料在700-800°C条件下进行烧结，之后在马弗炉中自然降温至 (200 ± 10) °C，得到烧结好的混合物料； 6) 将步骤5)所得烧结好的混合物料进行破碎处理，得等效粒径在1-2_之间的具有不 规则外形的成品滤料。
4. 根据权利要求3所述制备用于污水处理的滤料的方法，其特征在于，所述鹿沼土与 粘土烘干后研成粉末后，均通过100目筛分设备去除平均直径在0. 15mm以上的部分，之后 再进行混合。
5. 根据权利要求3所述制备用于污水处理的滤料的方法，其特征在于，所述步骤2)中， 将所述腐植酸按照质量比1:10的比例加入质量浓度1 %的氢氧化钠溶液中混合均匀得混 合液，然后将该混合液加入至步骤1)所得混合物中。
6. 根据权利要求3所述制备用于污水处理的滤料的方法，其特征在于，所述步骤4)中 的成形处理步骤为：将配好的物料搅拌均匀，放入成型机内挤压成型并切割，然后在盘式造 粒机中造粒得到球形颗粒状生料陶粒，控制粒径为5-10mm。
7. 根据权利要求3所述制备用于污水处理的滤料的方法，其特征在于，所述步骤5)中 烧结温度条件为：由室温在10_20min内升至设定温度700-800°C，而后在设定温度下持续 烧结 120-160min。
【文档编号】C02F1/58GK104474787SQ201410745608
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】王文东, 张银婷, 范庆海, 宋珊, 卜龙利, 杨琴 申请人:西安建筑科技大学