專利名稱：一種處理廢水的多孔陶粒及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域中的以火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中 所產(chǎn)生的粉煤灰為主要原料，經(jīng)髙溫?zé)Y(jié)生產(chǎn)球型及柱型的一種處 理廢水的多孔陶粒及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前對(duì)工業(yè)廢水和城市生活污水治理的方法很多， 一般可分為 物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物法。其中生物法多采用好氧菌進(jìn)行生物 曝氣，或者利用厭氧菌發(fā)酵消除污水中的主要有機(jī)物，再利用硝化 與反硝化生物技術(shù)降低廢水中的氨氮和有機(jī)磷。目前國(guó)內(nèi)外已研發(fā) 出多種單一或復(fù)合處理技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水和城市生活污水 綜合治理中，取得良好效果。但這些技術(shù)目前還都有一定的缺陷，
如生物曝氣技術(shù)占地面積大、處理效率低、需要較高的能耗；厭 氧發(fā)酵處理技術(shù)需要專門設(shè)備、投資大；利用活性炭吸附成本高； 膜過(guò)濾或反滲技術(shù)運(yùn)行成本高、條件嚴(yán)苛、操作復(fù)雜。這些方法在 以集約化生產(chǎn)為特點(diǎn)的企業(yè)中被普遍應(yīng)用，但在生產(chǎn)規(guī)模小、散的 農(nóng)村生活污水治理以及河道、湖泊等已污染的天然水體中就難以被 廣泛應(yīng)用。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外大力發(fā)展以固定床生物濾池為基礎(chǔ)，以提高生物降解有機(jī)質(zhì)效率為目標(biāo)的深度治理污水技術(shù)獲得長(zhǎng)足進(jìn)步。固定床 生物濾池的核心是生物載體材料的制備以及針對(duì)某種污染物專用 菌種的選育。目前，在生物載體材料方面往往因?qū)嵱脴渲⒒钚蕴俊?分子篩或中空纖維等而導(dǎo)致成本過(guò)高，難以實(shí)現(xiàn)技術(shù)普及。中國(guó)專
利02112755.7， 03121167.4， 200810006102.9介紹了幾種以粘土和 粉煤灰的主要原料生產(chǎn)多孔陶粒的方法，因其原料中具有碳粉或活 性炭成分，故在污水處理中主要是由于粉末狀活性炭的吸附作用。 這些方法均以犧牲不可再生的環(huán)境資源為代價(jià)，且在處理污水的同 時(shí)產(chǎn)生新的固體廢棄物。華南理工大學(xué)以粘土和生物污泥為原料燒 制陶粒(中國(guó)專利02114938.0)，其本質(zhì)是在一定溫度條件下將生 物污泥轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚蕴?，在制造成本上較前述專利方法有所降低，但 其作為吸附型污水治理材料，仍具有犧牲不可再生資源并產(chǎn)生二次 污染的特點(diǎn)。中國(guó)專利02129972.2中所述功能陶粒，03136145.5中 所述過(guò)濾陶粒都是基于將陶粒作為微生物固載材料，但為了獲得良 好的微孔結(jié)構(gòu)、高孔隙率而不得不使用了擴(kuò)孔劑、成孔劑等化學(xué)物 質(zhì)。此法雖因利用了生物降解作用，提髙了污水處理效率，延長(zhǎng)了 陶粒材料的使用壽命，但仍未根本改變生物載體材料應(yīng)用成本高及 產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題。且為了改善陶粒材料的生物相容性，又使用 了碳粉、活性炭、礦物粉甚至化學(xué)交聯(lián)劑等，并使用了較復(fù)雜的制 備工藝和活化方法。總之，上述的物質(zhì)和其功能結(jié)構(gòu)均以消耗或者 部分消耗不可再生資源作為基本的功能或者方法或者工藝，因?yàn)椋?二次污染不可避免。本發(fā)明人做了大量的研究，提出了本發(fā)明的明目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服目前存在的治理污染需要消耗 不可再生能源和二次污染等問(wèn)題而提出來(lái)的。即提供一種新的處理 廢水的多孔陶粒及其制造方法來(lái)改善目前的
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，該一種處理廢水的多孔 陶粒，其特征在于它是具有粉煤灰、污泥，粘土，輔料，經(jīng)成型后 高溫?zé)Y(jié)，然后經(jīng)過(guò)打散處理而成的球型或柱型多孔陶粒。進(jìn)一步
說(shuō)優(yōu)選的的各組份的質(zhì)量比例范圍為粉煤灰20 50%，污泥 20 60%，粘土20 60%，輔料1 10%。
本發(fā)明的顯著特點(diǎn)及有益效果主要表現(xiàn)在三個(gè)方面1、以工
業(yè)廢棄物、污泥及天然粘土為原料生產(chǎn)具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值、較長(zhǎng)壽
命的環(huán)保產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了以廢制廢的目的。2、以污泥為主要原料， 在此燒制條件下形成結(jié)構(gòu)良好的微孔碳粉末，在廢水處理中既可以 起到吸附有機(jī)物，消除臭味的作用；也具有良好的生物相容性而成 為高負(fù)載量的生物固載材料。同時(shí)被吸附的有機(jī)物形成局域高濃度 區(qū)，有利于微生物的高效降解與利用，從而提高了固定床生物濾池 的處理效率。3、當(dāng)使用一段時(shí)間后，由于陶粒材料中微生物的生 長(zhǎng)與繁殖作用達(dá)到飽和狀態(tài)，使孔隙率下降，污水濾過(guò)量明顯減少 時(shí)，可將陶粒材料干燥后重新放回到高溫?zé)Y(jié)爐中，在同等燒結(jié)條 件下使其再生，從而實(shí)現(xiàn)治污材料的循環(huán)使用，并且不再產(chǎn)生二次 污染物。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合各實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
在給出實(shí)施例之前，先說(shuō)明本發(fā)明中的污泥的概念，污泥，一
般是指污水經(jīng)自然或絮凝作用所產(chǎn)生的固態(tài)沉淀物。本專利所涉及
的污泥更具體的指向是生物固體污泥，即由多種微生物形成的菌膠 團(tuán)與其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的集合體，除含有大量的水分
外，還含有無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、重金屬、病原微生物和寄生蟲卵等。 其特征是可來(lái)源于以下任意一種或多種范圍生活污水經(jīng)自然沉淀 后獲得的沉淀物、生活污水經(jīng)絮凝沉淀作用后獲得的沉淀物、工業(yè) 廢水經(jīng)自然沉淀后獲得的沉淀物、工業(yè)廢水經(jīng)絮凝沉淀作用后獲得 的沉淀物、有機(jī)物經(jīng)沼氣發(fā)酵后排出沼氣的發(fā)酵尾液經(jīng)自然沉淀后 獲得的沉淀物、有機(jī)物經(jīng)沼氣發(fā)酵作用后經(jīng)絮凝沉淀作用后獲得的 沉淀物、天然水體中的沉淀物。上述的各類污泥在本專利中的實(shí)際 效果是一致的。污泥在應(yīng)用時(shí)一般應(yīng)該自然風(fēng)干或者加熱干燥，使
其水分控制在10-25%左右，以利于工業(yè)化生產(chǎn)。 實(shí)施例1
以粘土、粉煤灰、沼氣發(fā)酵尾液沉淀出的污泥(即沼渣或沼泥) 為主要原料，以聚丙烯酰胺為輔料。將粘土、粉煤灰烘干或自然風(fēng) 干至含水率《15%。分別稱取粘土 500g，粉煤灰200g，污泥300g， 分子量為100萬(wàn)D的聚丙烯酰胺llg。 將粘土、粉煤灰分別粉碎至200目。 將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將混合好的物料放入轉(zhuǎn)盤造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在
2 100mmo
將球料放在厭氧高溫爐中燒結(jié)。先升溫至ioo°c，在此條件下
脫水干燥90分鐘；通入氮?dú)猓娲邷貭t中的空氣，繼續(xù)升溫至 400°C，保溫60分鐘；最后升溫至120(TC，燒結(jié)20分鐘。
燒結(jié)好的物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，自然冷卻至室溫，在粉碎機(jī) 中粉碎成粒度在2 100mm的球?；蛑?。 實(shí)施例2
以粘土、粉煤灰、污泥為主要原料，以聚丙烯酰胺為輔料。將 粘土、粉煤灰烘干或自然風(fēng)干至含水率《15%。分別稱取粘土 200g，粉煤灰500g，污泥600g，多聚三氯化鐵40g。 將粘土、粉煤灰分別粉碎至140目。 將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。 將混合好的物料放入轉(zhuǎn)盤造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在 2 100mmo
將球料放在厭氧高溫爐中燒結(jié)。先升溫至150°C，在此條件下 脫水干燥80分鐘；通入氮?dú)猓娲邷貭t中的空氣，繼續(xù)升溫至 450°C，保溫50分鐘；最后升溫至100(TC，燒結(jié)30分鐘。
燒結(jié)好的物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，自然冷卻至室溫，在粉碎機(jī) 中粉碎成粒度在2 100mm的球?；蛑?。 實(shí)施例3
以粘土、粉煤灰、污泥(可以是沼渣或沼泥)為主要原料，以聚丙烯酰胺為輔料。將粘土、粉煤灰烘干或自然風(fēng)干至含水率《
15%。分別稱取粘土 400g，粉煤灰300g，污泥500g，多聚三氯
化鋁65g。
將粘土、粉煤灰分別粉碎至120目。
將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。
將混合好的物料放入轉(zhuǎn)盤造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在
2 100mm。
將球料放在厭氧高溫爐中燒結(jié)。先升溫至200。C，在此條件下 脫水干燥70分鐘；通入氮?dú)?，替代高溫爐中的空氣，繼續(xù)升溫至 500°C，保溫40分鐘；最后升溫至80(TC，燒結(jié)40分鐘。
燒結(jié)好的物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，自然冷卻至室溫，在粉碎機(jī) 中粉碎成粒度在2 100mm的球?；蛑?。 實(shí)施例4
以粘土、粉煤灰、污泥為主要原料，以聚丙烯酰胺為輔料。將 粘土、粉煤灰烘干或自然風(fēng)干至含水率《15%。分別稱取粘土 300g，粉煤灰250g，污泥300g，木炭粉、鋁粉、煤粉各25g。 將粘土、粉煤灰分別粉碎至80目。 將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。 將混合好的物料放入轉(zhuǎn)盤造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在 2 100mm。
將球料放在厭氧高溫爐中燒結(jié)。先升溫至30(TC，在此條件下 脫水干燥60分鐘；通入氮?dú)猓娲邷貭t中的空氣，繼續(xù)升溫至550°C，保溫30分鐘；最后升溫至70(TC，燒結(jié)50分鐘。
燒結(jié)好的物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，自然冷卻至室溫，在粉碎機(jī) 中粉碎成粒度在2 100mm的球?；蛑！?實(shí)施例5
以粘土、粉煤灰、污泥為主要原料，以聚丙烯酰胺為輔料。將 粘土、粉煤灰烘干或自然風(fēng)干至含水率《15%。分別稱取粘土 600g，粉煤灰500g，污泥600g，木炭粉、鋁粉、煤粉、多聚三氯 化鋁、多聚三氯化鐵、聚丙烯酰胺各27g。 將粘土、粉煤灰分別粉碎至30目。 將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。 將混合好的物料放入轉(zhuǎn)盤造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在 2 100mm。
將球料放在厭氧高溫爐中燒結(jié)。先升溫至300。C，在此條件下 脫水干燥30分鐘；通入氮?dú)猓娲邷貭t中的空氣，繼續(xù)升溫至 600°C，保溫10分鐘；最后升溫至600。C，燒結(jié)60分鐘。
燒結(jié)好的物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，自然冷卻至室溫，在粉碎機(jī) 中粉碎成粒度在2~100mm的球?；蛑！?實(shí)施例6
以粘土、粉煤灰、污泥為主要原料，以多聚三氯化鋁為輔料。 將粘土、粉煤灰烘干或自然風(fēng)干至含水率《15%。分別稱取粘土 40Kg，粉煤灰40Kg，沼渣20Kg，多聚三氯化鋁6kg。
將粘土、粉煤灰分別粉碎至160目。將粉碎好的粘土、粉煤灰與多聚三氯化鋁粉末及污泥在混合攪
拌器中充分混合60分鐘。
將混合好的物料放入壓球機(jī)中制球，直徑控制在4.5 5.0cm。 將球料放在高溫爐中燒結(jié)。先升溫至250。C，在此條件下脫水干燥 30分鐘；繼續(xù)升溫至600。C，保溫60分鐘；最后升溫至1000。C， 燒結(jié)20分鐘。
燒結(jié)好的物料自然冷卻至室溫，在粉碎機(jī)中粉碎成粒度在 2~100mm的球粒或柱粒。 陶粒的應(yīng)用
篩選不同粒度的陶粒，分為三個(gè)等級(jí)，將最細(xì)者置于下方，最 粗者置于上方，構(gòu)建固定床生物濾器。
將厭氧發(fā)酵不完全的沼氣發(fā)酵尾液(COD 800 2000)引入該 固定床生物濾器，以0.7m/h的速度通過(guò)，即可使該污水的COD將 降低至50。
將實(shí)施例6中的陶粒構(gòu)建成固定床生物濾器后，在前述條件下 經(jīng)該濾池， 一次可有效處理COD 800 2000的沼氣發(fā)酵尾液4立方 米。
陶?；厥绽?br> 回收生物量飽和的陶粒，干燥至含水率《15%。將粒料放在高 溫爐中燒結(jié)。
過(guò)程如下先升溫至250。C，在此條件下脫水干燥30分鐘；繼 續(xù)升溫至60(TC，保溫60分鐘；最后升溫至1000。C，燒結(jié)20分鐘。至此，即完成一次重復(fù)使用。本材料可重復(fù)使用15次以上，處理 污水的效果基本不下降。
將多次重復(fù)使用的陶?；厥?、干燥后，在粉碎機(jī)中粉碎至160 目，可替代粉煤灰重新使用，因此在其生產(chǎn)及使用過(guò)程中不產(chǎn)生二 次污染。
從以上可以看出本發(fā)明的突出的提點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是制造的 陶?？梢匝h(huán)易使用，而不會(huì)產(chǎn)生由于長(zhǎng)期使用造成陶粒的生物量 飽和而失效必須做為固體廢棄物堆積或者掩埋造成的二次或者多 次污染。
權(quán)利要求
1、一種處理廢水的多孔陶粒，其特征在于它是具有粉煤灰、污泥，粘土，輔料，經(jīng)成型后高溫?zé)Y(jié)，然后經(jīng)過(guò)打散處理而成的多孔陶粒。
2、 按照權(quán)利要求1所述的一種處理廢水的多孔陶粒，其特征 在于所說(shuō)的各組份的質(zhì)量比例范圍如下粉煤灰20 50%，污泥 20 60%，粘土20 60%，輔料1 10%。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種處理廢水的多孔陶粒，其特征 在于所說(shuō)的輔料可以為下述材料中的任意一種木炭粉、鋁粉、煤 粉、多聚三氯化鋁、多聚三氯化鐵、聚丙烯酰胺。
4、 按照權(quán)利要求1所述的一種處理廢水的多孔陶粒，其特征 在于所說(shuō)的輔料可以為木炭粉、鋁粉、煤粉、多聚三氯化鋁、多聚 三氯化鐵、聚丙烯酰胺材料中的任意兩種或者以上的組合。
5、 按照權(quán)利要求1所述的一種處理廢水的多孔陶粒的制造方 法，其特征在于包含以下過(guò)程將粘土、粉煤灰自然干燥或烘干，使其中水分含量低于15%將干燥的粘土和粉煤灰分別粉碎至粒度達(dá)到30 200目將粉碎好的物料混合均勻然后造球或造粒將上述球料或粒料加入到燒制窯中進(jìn)行干燥與燒結(jié)，溫度控制 在300。C 1200。C，時(shí)間為1 4小時(shí)將燒結(jié)后的物料粉碎至粒度2 100mm。
6、按照權(quán)利要求5按照權(quán)利要求1所述的一種處理廢水的多 孔陶粒的制造方法，其特征在于所說(shuō)的干燥與燒結(jié)的制造工藝條件 為在燒制窯中升溫至10(TC 300。C條件下干燥30 90分鐘； 在燒制窯中通入氮?dú)?，升溫?00。C 600。C，保溫10 60分鐘; 在燒制窯中600°C 1200°C ，燒結(jié)20 60分鐘； 燒結(jié)好的物料在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，自然冷卻至室溫； 在粉碎機(jī)中粉碎成粒度在2 100mm的顆粒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種處理廢水的多孔陶粒，是具有粉煤灰、污泥，粘土，輔料經(jīng)成型后高溫?zé)Y(jié)，然后經(jīng)過(guò)打散處理而成的球型或柱型多孔陶粒。本發(fā)明的顯著特點(diǎn)及有益效果是以粉煤灰、污泥及天然粘土為原料生產(chǎn)具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值、較長(zhǎng)壽命的環(huán)保產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了以廢制廢的目的。在特定燒制條件下形成與陶結(jié)構(gòu)良好結(jié)合的微孔碳粉末，在廢水處理中既可以起到吸附有機(jī)物，也具有良好的生物相容性而成為高負(fù)載量的生物固載材料。同時(shí)被吸附的有機(jī)物形成局域高濃度區(qū)，從而提高了固定床生物濾池的處理效率。當(dāng)使用一段時(shí)間，污水濾過(guò)量明顯減少時(shí)，可將陶粒材料干燥后，在同等燒結(jié)條件下使其再生，從而實(shí)現(xiàn)治污材料的循環(huán)使用，并且不再產(chǎn)生二次污染物。
文檔編號(hào)C04B38/00GK101445388SQ200810162790
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者儉 章, 蓮 薛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院嘉興材料與化工技術(shù)工程中心;章 儉;薛 蓮