专利名称：用于液相和固相分离的多层多孔结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多层多孔的过滤和/或分散结构，其中至少一层由胶合的固体粒子形成。使用粘合剂使多孔层各层结合。本发明的多孔的过滤和/或分散结构适用于固相与液相的分离，也适用于将气体分散于液体或将液体分散于其它液体或气体。本发明的结构特别适用于污水净化和水处理。
在污水净化的过程中，要进行过滤和生物有机物的分解，有时要将有害气体从污水中排出或将气体注入液体，此外，还要将污水的淤渣进行脱水(干燥)处理。本发明的过滤结构能有效地适用于上述工艺过程。在某种情况下，是使含有固体的液体流过过滤结构以滤出固体;而在其它情况下，在分散过程中是使气体以微小气泡的形式通过该结构注入到液体中。
已知有多种方法可以用于(污水的)过滤和淤渣脱水，例如沙过滤、固定滤板过滤、胶合的卵石过滤、织物或金属网过滤以及机械过滤(离心和真空过滤、淤渣压缩等)。干燥处理是典型的淤渣脱水方法。
已知的机械过滤和脱水方法的效率是较好的，但其应用范围太窄，且其在脱水技术方面的应用受到投资和运行费用特别高的限制。因此，主要依据采用天然材料的过滤技术通常被应用于污水净化，其中沙过滤是最普遍采用的方法。
沙过滤器中材料的粒度沿液体的流动方向增大。经沙滤器由污水中滤出的固相渗入沙层，而水则通过沙层流出。此后，沙滤层被阻塞，可用逆流冲洗除掉滤出的固相，或除去并更换阻塞层之后沙滤器再可使用。
由固定的多层滤板构成的过滤结构在美国专利说明书No。4，452，698和4，381，998中有所描述。这些由胶合的颗粒材料构成的过滤结构包括一个支撑层和一个过滤层，支撑层是可渗透的，其孔大于过滤板的孔。用于构成过滤器的颗粒是无机材料，例如Al2O3、刚玉、碳化硅、碳化硼等颗粒。这种过滤器是耗费相当大的结构。
美国专利说明书No.4，382，863是一种由三层构成的相似的结构，具有同样耗费大的缺陷。
根据匈牙利专利申请No.216/83，使用均匀的(单层)胶合卵石过滤器来降低地下水的压力，例如用于地下室的排水。
淤渣的干燥处理是污水处理中一个最大的问题，因为淤渣的干燥需要大的面积，且其功效在很大程度上取决于气候条件。因此，淤渣的脱水需要的时间长;且为保护排水系统，需要人工劳动除掉干燥后的淤渣。人工脱除的淤渣的进一步利用也受到其卵石含量的限制。
污水处理过程中出现气-液系统部分是由于用其它气体注入液体除去液体中的气体，部分是在生物净化中使用气体。注入空气以脱除有害的CO2是前者的一个实例，而将空气或氧气分散于液体，为液体中的微生物提供生存条件则是后者的一个实例。用喷嘴将空气深注入是适用于此目的技术中最为有效的方法，而以稳定的速率将气体注入是存在问题的。更困难的是在大多数情况下，需要间歇地将气体注入，但在停顿时，容易造成液体中的固体物质阻塞喷嘴。
本发明的目的是提供一种以高效率进行过滤的过滤和/或分散结构，其操作仅需要最低的投资和能耗，不易阻塞，且能将气体以稳定的速率注入液体并均匀分布于其中。
本发明基于这样的认识如果用增水的粘合剂使过滤颗粒结合于滤层，过滤结构表面的颗粒上覆盖的粘结膜在过滤过程中接收电荷，其符号与待过滤物料中固体颗粒的相同，由此排斥了固体颗粒，待分离物料中的粒子。这样，将在含有增水性粘合剂涂层的过滤颗粒层外面形成有效的静电场，防止待分离物料中的颗粒粘附于过滤结构表面。在过滤结构上部颗粒上将形成自然的滤饼，该滤饼与过滤结构并不直接接触。结果，对过滤器的清洗仅需要外部冲洗，因为没有固体杂质能进入过滤器的内部，其孔隙也不会阻塞。本发明还基于下述进一步的认识在生物净化的过程中或在为排出有害气体而充气之后，外面的合成树脂涂层能防止固体和/或微生物沉积在与液体接触的表面上，并防止其作用为喷嘴的孔隙阻塞。这样使得可以实现更为有效的生物净化和气体注入。
基于以上所述的认识，本发明的多层多孔结构解决了存在的问题，本发明的多层多孔结构包括至少一个支撑层和至少一个活性层，活性层的孔径比支撑层的孔径小，活性层至少由化学惰性的无机(适宜的是硅酸盐基)颗粒材料(例如玄武岩、沸石、Al2O3颗粒)和粘合材料构成，其主要特征在于至少在构成活性层的颗粒表面存在由硅氧烷树脂和/或双酚A基环氧树脂形成的憎水粘合材料。
因此，本发明提出了一种适用于分离固体和液体的体系，适用于分散气体和液体的体系、特别适用于处理和净化污水和淤渣的多层多孔结构，所述结构通常至少包括一个上面的薄的活性层和一个下面的厚的支撑层，两层都是多孔的，活性层的孔比支撑层的孔要小，活性层至少由化学惰性的无机材料(适宜的是硅酸盐工业材料，最好是玄武岩、沸石、Al2O3等)的颗粒和粘合材料构成，其特征是至少在构成活性层的过滤颗粒表面有强憎水性粘合材料，例如硅氧烷树脂和/或双酚A基环氧树脂。过滤结构不仅可以水平安置(例如重力过滤)，也可以垂直安置。
硅氧烷树脂适宜的是选自具有1-4个功能基的硅氧烷单元的树脂类型和/或选自由1-3个功能基的单体缩合得到的支链结构产物，最好是苯基甲基聚硅氧烷和/或苯基甲基聚硅氧烷聚酯和/或用H2O2聚合的苯基甲基乙烯基硅氧烷。
由4，4-二羟基二苯基丙烷和3-氯-1，2-环氧丙烷得到的双酚A基合成树脂被用作为具有4-17个OH官能团的环氧树脂，其分子量为380-3800之间，环氧当量为170-4000之间，酯当量为80-200之间，分子粘度为5-150P(20℃)，比重为1.14-1.2。
其通式为
适宜地形成过滤结构，使活性层的厚度在5-15mm之间，支撑层的厚度在50-150mm之间。
在多孔过滤和/或分散结构与液体接触的面，采用相对小的孔隙是有利的，这样可以形成更有效的静电场;然而，为减少在反方向上的阻力，在与液体接触面的相反的面上，采用较大的孔隙是适宜的。采用适宜的多孔钢板或其它金属结构，也可以采用塑料结构，例如可以用铝或塑料网屏作为支撑层。
带有憎水性和静电场的树脂同时胶合了过滤颗粒，由此得到恒定的孔径。
根据本发明，形成活性层的颗粒的粒度为0.2-1mm，层间的孔径为0.1-1mm。
较好的是，多孔过滤和/或分散结构的支撑层用多孔钢板或其它金属或合成材料的多孔结构制成(例如铝制网屏)，或者用无机颗粒和粘合剂构成支撑层，无机颗粒材料的粒度为1-5mm，孔径为0.8-1.2mm，最好为1mm。一般说来，活性层的厚度为5-15mm，支撑层的厚度为50-150mm。
可以用二层以上构成多孔结构，例如两层由无机过滤颗粒组成的上层和一层由多孔钢板或其它金属或合成材料的多孔结构(如铝制或塑料网屏)组成的下层。但是，过滤结构的机械强度可以强化，例如用钢结构衬里强化支撑结构。
本发明的多孔结构的又一方案的特征是由三层构成，其中至少一层为外部活性层，中间层由无机颗粒和粘合材料组成。
活性表面和支撑层的几何形状可以不同于平面，例如可以是圆柱形、锥形、半园形或烛形等。
当用本发明的结构进行过滤时，在活性层(其作用为过滤层)的表面将形成厚的固相(例如淤渣)，滤出的固相并不粘连在表面上，可用机械方法将其除去。过滤器可经过外部冲洗进行更新。
本发明的多层多孔结构不仅适用于过滤，也适用于将气体分散于液体。在后一种情况下，所需的气体从支撑层注入，前述的过滤表面将起活性雾化器的作用。这时，表面的几何形状最好不是平面形。活性表面的细孔确保注入的气体分布均匀。此外，面对液体的表面上的憎水的粘合材料能阻止微生物(例如植物和浮游有机物)沉积并阻塞孔隙(在间歇操作的情况下)。这样，本发明的结构是可长久使用。
下面用实施例对本发明加以描述。
实施例1用本发明的结构过滤城市污水淤泥，结构表面积为1m2。
活性层-材料氧化铝(Al2O3)-颗粒组成粒度(FEPA标准)数量(Kg)2210.4360.60700.60-粘合材料环氧树脂粘合剂(TIPOXIHS)1.22Kg-层厚5mm活性过滤板的渗透系数K＝2.1×10-3cm/s，间隙体积n＝32%。
支撑层-材料颗粒卵石-颗粒度3-7mm-粘合材料环氧树脂粘合剂(TIPOXIHS)2.5Kg-厚度45mm
-质量90.0Kg城市污水的初始干物质含量为2.0%(水分含量为98%)。“Zetag57”的4‰溶液用作调节剂。提取的脱水淤渣为38%。得到没有悬浮物的清洁滤液。
FEPA是有关粒度的国际标准，相当于匈牙利标准No.6506-84。
“TIPOXIHS”环氧树脂粘合剂的组分之一是双酚A二环氧甘油醚环氧树脂，另一种组分是脂族聚胺混合物(生产厂家TiszamentiVegyimüvek，Tiszasz-edeikény，匈牙利)。
“Zetag57”是一种聚丙烯酰胺基的聚电解质，是“AlliedColloidGmbH(Hamburg，GFR)的产品。
实施例2用本发明的结构过滤皮革厂的污水淤泥，过滤结构的表面为1m2。
活性过滤层-材料碳化硅(SiC)-颗粒组成粒度(FEPA标准)数量(Kg)2210.40360.60700.60-粘合材料硅氧烷树脂粘合剂(VP2261)1.35Kg-厚度5mm
活性过滤板在150℃热处理3小时，其渗透系数和间隙体积与实施例1的相同。
-支撑层与实施例1相同。
皮革厂污水的初始干物质含量为1.5%(即水分含量为98.5%)。这里也使用4‰的“Zetag57”溶液作为调节剂。污水中的铬含量为1000mg/l。过滤后，提取的脱水淤渣为30%，得到没有悬浮物，铬含量为0.05mg/l的滤液。
VP2261硅氧烷树脂粘合剂是WackerChemieCo(München，GFR)的产品。
实施例3用实施例1所述的结构过滤含油污水。污水中初始干物质含量为2%，水分含量为98%。使用4‰“Zetag57”溶液作为调节剂。过滤后，脱水后的残渣含有33%的干物质，得到适合于公共排水系统的过滤水。
在上述三个实施例中，只需要对滤板的活性表面进行清洗以更新该表面。
即使在长时间操作之后，层间的过滤阻力也未改变，对其不需要再冲洗。
实施例4用实施例2所述的过滤结构，将空气分散于水中。在该结构1m2的表面上空气的传送速率为20m3/h，氧气量为100g(O2)/h，电力消耗约0.6Kw/1000gO2。
气泡直径d(平均)＝2.5mm本发明的主要优点是没有必要对过滤结构进行再清洗，仅需要定期地将表面冲洗即可，且对电力、时间和人力的需要也是最低的。所述结构的建造是简单的，而其应用却是多方面的。
本发明当然不受以上实施例的限制，在权利要求书所限定的范围内，可以以多种方式实施本发明。
权利要求
1.适用于分离液体和固体和/或分散液体或气体、特别适用于污水处理的多层多孔结构，该结构至少包括一个支撑层和一个活性层，活性层的孔径比支撑层的孔径小，至少活性层是由化学惰性的无机颗粒材料，适宜的是硅酸盐基无机材料，例如玄武岩、沸石、Al2O3颗粒，和粘合材料构成，其特征在于该结构至少在构成所述活性层的颗粒表面含有由硅氧烷树脂和/或双酚A基环氧树脂所形成的憎水性粘合材料。
2.根据权利要求1的结构，其特征在于所述的粘合材料是具有1-4个功能基的硅氧烷单元的树脂类型和/或由1-3个功能基的单体缩合得到的支链结构树脂，适宜的是苯基甲基聚硅氧烷和/或苯基甲基聚硅氧烷聚酯和/或用H2O2聚合的苯基甲基乙烯基硅氧烷。
3.根据权利要求1的结构，其特征在于所述憎水性粘合材料含有环氧树脂，所述环氧树脂是由4，4-二羟基二苯基丙烷和3-氯-1，2-环氧丙烷得到的双酚A基合成树脂，其分子量为380-3800，环氧当量为175-4000，酯当量为80-200，含有4-17个OH官能团，分子粘度为5-150(20℃)，比重为1.14-1.2。
4.根据上述权利要求1-3的任一结构，其特征在于形成活性层的颗粒其粒度为0.2-1mm，层间的孔径为0.1-1mm。
5.根据上述权利要求1-4的任一结构，其特征在于支撑层由多孔钢板或由无机材料和粘结材料构成，其中无机材料的粒度为1-5mm，层间的孔径为0.8-1.2mm，最好为1mm。
6.根据上述权利要求1-5的任一结构，其特征在于活性层的厚度为5-15mm，支撑层的厚度为50-150mm。
7.根据上述权利要求1-6的任一结构，其特征在于支撑层含有一种结构，最好是钢增强衬里，以提高其机械强度。
8.根据上述权利要求1-7的任一结构，其特征在于所述结构由三层构成，其中至少外部一层和中间一层由无机颗粒和粘结材料组成。
9.根据上述权利要求1-8的任一结构，其特征在于活性层和/或支撑层的表面不同于平面，适宜的是圆柱形，锥形，半环形或烛形。
全文摘要
适用于将液体和固体分离和/或将液体或气体分散、特别是适用于处理污水的多层多孔结构。该结构包括至少一层支撑层和至少一层活性层，活性层由化学惰性的无机颗粒材料和粘结剂组成，活性层的孔径比支撑层的小。至少在构成活性层的颗粒的表面含有由硅氧树脂和/或双酚A基环氧树脂形成的憎水性粘结材料。仅通过冲洗其表面就能使该结构再生。
文档编号B01D39/02GK1036146SQ8810171
公开日1989年10月11日 申请日期1988年4月2日 优先权日1988年3月11日
发明者拉约斯·帕普, 伊斯塔凡·佐恩伊, 麦伦斯·米克里西, 约茨夫·安妮奥斯, 阿弟拉·外宁格, 约茨夫·费尔吉西 申请人:凯来特玛戴罗萨吉·维茨戴埃佩塔伊帕利·瓦拉拉特