申请日2016.01.20
公开(公告)日2016.04.13
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种用于污水处理的陶粒填料、生产方法及污水处理装置。本发明提供了一种用于污水处理的陶粒填料，其能解决现有球形轻质陶粒存在的因碳源利用率低而导致的脱氮除磷效率难以提升、污泥量大、污泥后续处理成本高的问题。其包括陶粒基体，陶粒基体中分布有与陶粒外部联通的微孔，其特征在于：微孔内填充有碳源，陶粒基体的外周包覆有包衣，包衣将碳源密封于微孔内。此外，本发明还提供了该填料的生产方法以及应用该填料的污水处理装置。
权利要求书
1.一种用于污水处理的陶粒填料，其包括作为基体的陶粒，所述陶粒中分布有与陶粒外部联通的微孔，其特征在于：所述微孔内填充有碳源，所述陶粒的外周包覆有包衣，所述包衣将所述碳源密封于所述微孔内。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的陶粒填料，其特征在于：所述碳源为玉米淀粉，所述包衣为薄膜包衣。
3.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的陶粒填料，其特征在于：所述陶粒由粘土、煤矸石、干化污泥和竹粉通过烧胀锻烧的方式加工而成，所述干化污泥的含水率为30%～40%，所述干化污泥由城市污泥经脱水干化处理而成。
4.一种用于污水处理的陶粒填料的生产方法，其特征在于：其包括以下步骤，
步骤一，加工陶粒基体，将粘土、煤矸石、干化污泥和竹粉组成的原料采用烧胀煅烧的方式加工为内部布有与外部联通的微孔的陶粒，所述干化污泥的含水率为30%～40%;
步骤二，向所述陶粒基体的微孔内填充碳源;
步骤三，固化碳源，使用喷雾法在步骤二中形成的、填充有碳源的陶粒基体表面形成包衣，所述包衣将所述碳源密封于所述陶粒基体的微孔中。
5.根据权利要求4所述的一种用于污水处理的陶粒填料的生产方法，其特征在于：所述步骤一中陶粒基体的具体加工过程为，
(1)预处理，将总质量份数为100份的原料投入球磨机后加水进行球磨，球磨后的泥浆经脱水、干燥形成泥块，再泥块破碎成粉状的泥料，控制泥料的细度为20目～80目，所述总质量份数为100份的原料包括5份～30份的干化污泥、0～5份的竹粉，其余为粘土和煤矸石，其中所述粘土与煤矸石之间的质量份数比为(5～1)：(1～1);
(2)成球，将所述粉状的泥料与水一起加入成型机生成生料陶粒，水的质量分数为20%～60%，生料陶粒的粒径为1.0cm～2.0cm;
(3)煅烧，将生料陶粒放置于烘箱中，从0℃逐步升温至300℃，烘干0.5h～2.0h，将烘干后的陶粒装钵，再整体放入倒焰窑中煅烧，煅烧温度为1020℃～1300℃，保温0.5h～3.0h，烧成后在窑中自然冷却得到陶粒基体。
6.根据权利要求5所述的一种用于污水处理的陶粒填料的生产方法，其特征在于：所述碳源为玉米淀粉，所述步骤二的具体操作为：
(1)糊化，将玉米淀粉和水按质量比为(5～20)：100的比例加入到反应釜中，加热至50℃～70℃，恒温搅拌，糊化15min～30min;
(2)填充，将所述陶粒基体投入糊化的玉米淀粉中，吸附1.0h～3.0h，使得陶粒基体的微孔完全被淀粉填充，直至陶粒基体微孔内淀粉吸附达到饱和;
(3)冷却，陶粒基体填充玉米淀粉后冷却至30℃～40℃。
7.根据权利要求6所述的一种用于污水处理的陶粒填料的生产方法，其特征在于：步骤三的固化碳源具体操作为
采用喷雾法将包衣溶液均匀喷至步骤二中形成的、填充有碳源的陶粒上，通过30℃～40℃的热风吹至干燥，反复操作，直至在陶粒表面形成均匀的薄膜包衣从而形成陶粒填料，所述陶粒填料的密度为0.90g/cm3～0.99g/cm3。
8.根据权利要求7所述的一种用于污水处理的陶粒填料的生产方法，其特征在于：所述包衣溶液的制备，将羟丙基甲基纤维素溶于浓度为30%～50%乙醇液制成浓度为2%～3%的羟丙基甲基纤维素溶液，取部分所述羟丙基甲基纤维素溶液并在其中加入钛白粉进行研磨，再在其中加入吐温-80、增塑剂和致孔剂，再将余下的羟丙基甲基纤维素溶液加入混合均匀，最终的包衣溶液中钛白粉的质量分数为1%～5%，吐温-80、增塑剂和致孔剂的总质量分数为1%～5%，所述增塑剂为甘油酯，所述致孔剂为聚乙烯醇。
9.一种污水处理装置，其包括反应池，所述反应池内设有曝气装置、搅拌装置和进水布水装置，其特征在于：所述反应池内投放有权利要求1～3中任一所述的用于污水处理的陶粒填料，所述反应池上部设有溢流出口和刮除器，所述反应池内的水自溢流出口溢出，悬浮于水体表面的陶粒填料在刮除器的带动下自溢流出口排除;所述刮除器包括刮板和驱动装置，所述刮板位于所述反应池内的水体表面，其在驱动装置的驱动下向溢流出口一侧运动、并带动水体表面的陶粒填料自溢流出口排除。
10.根据权利要求9所述的一种污水处理装置，其特征在于：所述污水处理装置还包括出水储存池和陶粒储存池，所述反应池的溢流出口处设有向出水储存池延伸的引导板，所述出水储存池上部设有过滤筛网、其下部设有出水管，所述过滤筛网自溢流出口一侧向陶粒储存池一侧倾斜设置，使得经回收的陶粒填料能够沿过滤筛网表面滚落至陶粒储存池内。
说明书
一种用于污水处理的陶粒填料、生产方法及污水处理装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水处理的陶粒填料、生产方法及污水处理装置。
背景技术
目前，国内较多的城镇污水处理厂升级改造采用的接触填料主要有蜂窝填料、软性纤维填料、半软性填料以及球形轻质陶粒。蜂窝填料一般由玻璃钢或塑料材质制得，填料表面光滑，生物膜附着力差，易老化，并且填料在实际使用中往往容易产生不同程度的堵塞;软性纤维填料、半软性填料在水中的水流流态不理想，易被生物膜粘结在一起，产生结球现象，使其表面积大为减小，进而在结球的内部产生厌氧作用，影响处理效果;球形轻质陶粒不仅生物膜附着能力强，而且强度高、孔隙率大、比表面积大、密度适宜、化学稳定性好。虽然球形轻质陶粒从不同程度上解决了蜂窝填料以及软性纤维填料、半软性填料存在的技术问题，但其与蜂窝填料以及软性纤维填料、半软性填料类似，仅起到提高微生物浓度的作用，进一步脱氮除磷仍需投加碳源，而构成生物膜的微生物菌群的内部菌碳源利用率低，导致了脱氮除磷效率难以提升，并且未被菌利用的多余碳源将导致污泥量的增加以及污泥后续处置成本的增加。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于污水处理的陶粒填料，其能解决现有球形轻质陶粒存在的因碳源利用率低而导致的脱氮除磷效率难以提升、污泥量大、污泥后续处理成本高的问题。此外，本发明还提供了该填料的生产方法以及应用该填料的污水处理装置。
一种用于污水处理的陶粒填料，其包括陶粒基体，所述陶粒基体中分布有与陶粒外部联通的微孔，其特征在于：所述微孔内填充有碳源，所述陶粒基体的外周包覆有包衣，所述包衣将所述碳源密封于所述微孔内。
进一步的，所述碳源为淀粉。
优选的，所述淀粉优选为玉米淀粉。
进一步地，所述包衣为薄膜包衣。
进一步的，所述陶粒基体由粘土、煤矸石、干化污泥和竹粉通过烧胀锻烧的方式加工而成，所述干化污泥的含水率为30%～40%，所述干化污泥由城市污泥经脱水干化处理而成。
一种用于污水处理的陶粒填料的生产方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、加工陶粒基体，将粘土、煤矸石、干化污泥和竹粉组成的原料采用烧胀煅烧的方式加工为内部布有与外部联通的微孔的陶粒，所述干化污泥的含水率为30%～40%;
步骤二、向所述陶粒基体的微孔内填充碳源。
步骤三、固化碳源，使用喷雾法在步骤二中形成的、填充有碳源的陶粒基体表面形成包衣，所述包衣将所述碳源密封于所述陶粒的微孔中。
进一步地，所述陶粒基体的具体加工操作为：
(1)预处理，将总质量份数为100份的原料投入球磨机后加水进行球磨，球磨后的泥浆经脱水、干燥形成泥块，再泥块破碎成粉状的泥料，控制泥料的细度为20目～80目，所述总质量份数为100份的原料包括5份～30份的干化污泥、0～5份的竹粉，其余为粘土和煤矸石，其中所述粘土与煤矸石之间的质量份数比为(5～1)：(1～1);
(2)成球，将所述粉状的泥料与水一起加入成型机生成生料陶粒，水的质量分数为20%～60%，生料陶粒的粒径为1.0cm～2.0cm;
(3)煅烧，将生料陶粒放置于烘箱中，从0℃逐步升温至300℃，烘干0.5h～2.0h，将烘干后的陶粒装钵，再整体放入倒焰窑中煅烧，煅烧温度为1020℃～1300℃，保温0.5h～3.0h，烧成后在窑中自然冷却得到陶粒基体。
进一步的，所述碳源为淀粉，优选为玉米淀粉，所述步骤二的具体操作为：
(1)糊化，将玉米淀粉和水按质量比为(5～20)：100的比例加入到反应釜中，加热至50℃～70℃，恒温搅拌，糊化15min～30min;
(2)填充，将陶粒基体投入糊化的玉米淀粉中，吸附1.0h～3.0h，使得陶粒的微孔完全被淀粉填充，直至陶粒微孔内淀粉吸附达到饱和;
(3)冷却，陶粒基体微孔填充玉米淀粉后冷却至30℃～40℃。
进一步地，步骤三的固化碳源的具体操作：
采用喷雾法将包衣溶液均匀喷至步骤二中形成的、填充有碳源的陶粒基体上，通过30℃～40℃的热风吹至干燥，反复操作，直至在陶粒基体表面形成均匀的薄膜包衣从而形成陶粒填料，所述陶粒填料的密度为0.90g/cm3～0.99g/cm3。
更进一步的，所述包衣溶液的制备，将羟丙基甲基纤维素溶于浓度为30%～50%乙醇液制成浓度为2%～3%的羟丙基甲基纤维素溶液，取部分所述羟丙基甲基纤维素溶液并在其中加入钛白粉进行研磨，再在其中加入吐温-80、增塑剂和致孔剂，再将余下的羟丙基甲基纤维素溶液加入混合均匀，最终的包衣溶液中钛白粉的质量分数为1%～5%，吐温-80、增塑剂和致孔剂的总质量分数为1%～5%，所述增塑剂为甘油酯，所述致孔剂为聚乙烯醇。
一种污水处理装置，其包括反应池，所述反应池内设有曝气装置、搅拌装置和进水布水装置，其特征在于：所述反应池内投放有所述的用于污水处理的陶粒填料，所述反应池上部设有溢流出口和刮除器，所述反应池内的水自溢流出口溢出，悬浮于水体表面的陶粒填料在刮除器的带动下自溢流出口排除;所述刮除器包括刮板和驱动装置，所述刮板位于所述反应池内的水体表面，其在驱动装置的驱动下向溢流出口一侧运动、并带动水体表面的陶粒填料自溢流出口排除。
进一步地，所述污水处理装置还包括出水储存池和陶粒储存池，所述反应池的溢流出口处设有向出水储存池延伸的引导板，所述出水储存池上部设有过滤筛网、其下部设有出水管，所述过滤筛网自溢流出口一侧向陶粒储存池一侧倾斜设置，使得经回收的陶粒填料能够沿过滤筛网表面滚落至陶粒储存池内。
将本发明的用于污水处理的陶粒填料投放入污水处理装置的污水兼氧池内，由于陶粒基体的微孔内填充碳源、并且陶粒基体外周包覆的包衣将碳源密封于微孔内，因而陶粒填料间、以及陶粒填料与污水兼氧池的池壁间的碰撞摩擦致使包衣逐步脱落，微生物附着于陶粒表面及其微孔内部，形成菌群，内部菌直接与微孔内的碳源接触，避免了内部菌与碳源接触的随机性，提高了碳源的利用率;碳源利用率的提高可以进一步提升脱氮除磷效率，并且大幅降低污泥量、降低污泥后续处理成本;此外，由于碳源的释放，陶粒的微孔结构打开，吸附氮磷，能够进一步提高反应速率以及碳源的利用效率。另外，其采用了城市污泥作为陶粒制备的原料之一，从而提高了污泥的回收循环利用率，减少了污泥对环境的污染。应用该陶粒填料的污水处理装置，陶粒填料在水体内经菌群附着后，其密度大于水，反应一段时间后，陶粒填料内的碳源完全释放，使得陶粒填料的密度小于水，浮于水体表面，通过刮除器刮出，不仅陶粒填料的碳源利用率高、污泥产生量少，而且便于工作人员判断碳源的释放程度，以排除碳源释放完全的陶粒填料并投放新的陶粒填料;此外，通过刮除器排除陶粒碳源，较传统的手工捞出，更为方便。
