一种新型污水处理填料及制作方法与流程

本发明涉及一种新型污水处理填料及制作方法，属于污水处理技术领域。

背景技术：

目前，市面上的污水处理填料比较单一，除了能够进行简单的物理吸附、过滤，及发生化学反应的填料外，再无其他能够对污水进行更深入处理的填料。为了解决这个问题，本发明在原有简单的污水处理填料的基础上，研发了新型的污水填料及生产工艺。

技术实现要素：

本发明的目的为了克服上述技术存在的问题，提供一种新型污水处理填料及制备方法，本发明通过改变附着在填料基材表面的金属氧化物或官能团，可有效的针对不同的废水进行处理。对去除水中的溶解性固体总量(tds)，转化h2o2变成·oh，除去污水中的有机物等，具有非常好的效果。

一种新型污水处理填料，包括：基材、保护膜、碳膜，其特征在于：保护膜附着在基材表面，防止污水腐蚀基材，碳膜附着在保护膜表面，碳膜表面附着金属氧化物或官能团。

所述基材为：钢丝球、结构填料或多孔陶瓷过滤板块。优选的基材为具有三维结构的钢丝球。

所述的保护膜为：二氧化硅、氧化铝、磷酸铝、分子篩或沸石。优选的保护膜为沸石。

所述的碳膜为活性碳、石墨、纳米碳管或石墨烯。

所述的金属氧化物为：钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、鎝、钌、银、镉、钨或铈的氧化物。其中，锰,锆,钨为优选。

所述的官能团的来源化合物为直链脂肪族(aliphatic)的四级胺、磷酸h3po4与磷酸二氢钠nah2po4、磷酸氢钠na2hpo4或沸石。其中，优选直链脂肪族(aliphatic)的四级胺。

一种新型污水处理填料的制作方法，其特征在于按以下步骤进行制作：

步骤1：先以氯化铁(fecl3)或盐酸蚀刻钢丝球(sb)，去除钢丝上的油渍及粗化钢丝的表面，增加覆盖物在钢丝上的附着力；

步骤2：洗净并烘干蚀刻后的钢丝球(sb)，将钢丝球(sb)浸渍于含有二氧化硅、氧化铝、磷酸铝、分子篩或沸石的溶液2－5小时，使药剂与钢丝充分反应，然后在700-800℃恒温烧结3小时，在钢丝表面形成保护膜；

步骤3：镀了保护膜的钢丝球(sb)，接着用陶瓷粘合剂，在700-800℃及无氧狀态下，将活性碳、石墨、纳米碳管或石墨烯，固定在钢丝球(sb)的保护膜上，成为包复碳膜的涂布钢丝球(csb)。

步骤4：将涂布钢丝球(csb)浸渍于金属氧化物或官能团之来源化合物的溶液中2－5小时，药水充分润湿碳材的表面和孔洞，并与碳材的表面附着金属氧化物或与官能团反应产生键结，得到新型污水处理填料。

本发明通过改变附着在填料基材表面的金属氧化物或官能团，可有效的针对不同的废水进行处理。对去除水中的溶解性固体总量(tds)，转化h2o2变成·oh，除去污水中的有机物等，具有非常好的效果。

附图说明

图1为本发明的钢丝球基材的结构示意图。

图2为本发明的被吸附剂与触媒覆盖的涂布钢丝球的制造工艺图；

图3为本发明wo3-zro2触媒将水中的h2转化为·oh自由基的示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步描述。

本发明的污水处理填料，利用具有三维(3d)结构的过滤载体，例如：钢丝球、结构填料或多孔陶瓷过滤板块。优选钢丝球，以图1显示的钢丝球(steelball,sb)为基材，通过图2的工艺，经由pechini法，将“碳材”与“金属氧化物或官能团”，逐步加在钢丝球(sb)上，最后制出触媒或官能团覆盖的涂布钢丝球(coatedsteelball，csb)。图2流程的步骤为：先以盐酸蚀刻钢丝球(sb)，目的在于去除钢丝上的油渍，及粗化钢丝的表面，增加覆盖物在钢丝上的附着力。洗净并烘干蚀刻后的钢丝球(sb)，将其浸渍于沸石的溶液3小时，使药剂与钢丝充分反应，然后以800℃恒温烧结3小时，在钢丝表面形成保护膜。保护膜具有三项功能：防止钢丝球腐蚀，承载触媒或吸附颗粒，及沸石自身也是一种触媒。

镀了保护膜的钢丝球(sb)，接着用陶瓷粘合剂，在700-800℃及无氧狀态下，将活性碳固定在钢丝球(sb)的保护膜上，成为包复碳膜的涂布钢丝球(csb)。由于碳材表面具有许多种官能团，易于用化學方法接上水处理达标所须的特定金属氧化物，或特定的官能团。碳材的“可塑性”远大于陶瓷保护膜，使碳材在水处理的应用拥有无限的空间。将涂布钢丝球(csb)浸渍于金属氧化物或官能团之来源化合物的溶液中2小时，药水充分润湿碳材的表面和孔洞(pores)，并与碳材的表面附着金属氧化物或与官能团反应产生键结，得到新型污水处理填料。下表一显示特定官能团或周期表上的过渡金属(transitionmetals)，它们衍生的吸附剂(adsorbents)，或氧化物触媒，各具有特定的除污功能。

本发明的工作原理及特点：

本发明可根据污水的特性，制作不同的官能团附着于填料材料表面，可针对性的对不同的废水进行在线处理。

表一在线吸附剂的官能团与在线触媒的金属元素

表中的csb1～4说明如下：

csb1～4之运转采用过流式，以泵将废水流过csb的填充塔，在线吸附剂与在线触媒便发挥它们所赋予的功能。透过csb的3d结构，流过的废水能与csb完全接触，接受处理。

csb-1：官能团的来源化合物为四乙基氢氧化铵、磷酸h3po4与磷酸二氢钠nah2po4、磷酸氢钠na2hpo4及沸石。基本上，海水流过csb-1，出水的tds便比进水的tds低。差別只在于吸附官能团的吸附容量，单位为：mgtds/g吸附剂。实验显示，直链脂肪族(aliphatic)的四级胺的吸附容量高於其他官能团，故为优选。csb-1具有被开发为“无污泥”的海水淡化工艺的可行性。

csb-2：铁拥有多种氧化价数，铁的氧化物与氢氧化物也有16种之多。例如：赤铁矿(α-fe2o3),磁赤铁矿(γ-fe2o3),磁铁矿(fe2o4),方铁矿(feo),针铁矿(α-feooh),及绿锈[fougerite,fe²⁺4fe³⁺2(oh^-)12,也包含fe(oh)2与fe(oh)3]。每一种铁的化合物各有其催化作用，使csb-2能衍生多种铁化物的触媒，处理各式各样cod与非cod污染物。

csb-3:设计的功能为在线将h2转化为h2o2，以锆与钨为优选的金属元素，制成氧化锆(zro2)与氧化钨(wo3)両种触媒。虽然图3显示wo3-zro2触媒将h2与o2先氧化为双氧水(h2o2)，h2o2再被转化为·oh自由基；然而，在“过流式”的操作模式下，h2o2→·oh的反应根本来不及完成，而须要其他触媒的协助。

csb-4：设计的功能为在线将h2o2转化为·oh，以铁、钴、镍与銅为优选的金属元素，制成氧化铁(fe2o3),氧化钴(coo/co3o4),氧化镍(nio)与氧化銅(cuo)四种触媒。取铁、钴、镍与銅四种金属制成的csb-4，除了转化h2o2为·oh，还能分解更多样的cod废水。表一所列的20种过渡金属，加上来源化合物的阴离子、烧结的溫度、烧结的气氛(atmosphere)及烧结的时间，都会影响制出之触媒的催化行为。前述的因子可以产生数千万种組合。换言之，csb的开发是永续的工作，开发能带来更有效、更环保的水处理。

将2颗只有沸石载体的涂布钢丝球(csb)，代号csb-z(每颗csb-z重50g)，置入一支内径为5cm，长24cm的塑料容器。以流速为2l/min的泵，使2l未处理的海水原液流过容器。每200ml采集一杯流出液，计算每杯流出液与原液的tds差值，每杯的tds均呈現下降，结果列示于表二：

表二csb-z淡化海水

*去除盐量＝ppm(mg/l)x0.2l

csb-z的吸附容量＝总共去除盐量/吸附剂重

＝2180mg/100g＝21.8mg/g

事实上，每颗钢丝球的重量为50g(实测为48.5g)，覆盖于钢丝球的沸石载体重量应远小于100g。换言之，csb-z的吸附容量，远大于所有的改性活性碳(modifiedactivecarbon，mac)。