污水生化处理用复合生物填料制备方法

　　申请日2017.10.16

　　公开(公告)日2018.01.05

　　IPC分类号C02F3/10; C02F101/30

　　摘要

　　本发明涉及一种污水生化处理用复合生物填料的制备方法，其主要是对商品硅藻土进行浸渍处理，然后用浸渍处理后的硅藻土与臭氧预氧化和化学氧化插层处理的鳞片石墨、磷酸和氢氧化铝配制浆液，再对浆液经过造粒和焙烧处理，制备出膨胀石墨‑硅藻土‑磷酸铝复合生物填料。本发明操作简单、成本低廉，安全环保，制备的复合生物填料具有质地轻、化学稳定性好、强度高、耐冲洗、不易堵塞、表面积大等优点，适宜于微生物的附着和繁殖生长，继而能保证生物滤池污水生化处理的高效、稳定运行。

　　权利要求书

　　1.一种污水生化处理用复合生物填料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

　　(1)鳞片石墨的臭氧预氧化和化学氧化插层处理：

　　①鳞片石墨的臭氧预氧化处理：

　　按鳞片石墨与去离子水的质量比为1:1.5的比例，将去离子水加入到容器中，并将盛有去离子水的容器置于磁力搅拌器上，然后将平均粒径为80目的鳞片石墨加入到容器中并开启磁力搅拌器的搅拌控制开关;之后将臭氧发生器产气管插入烧杯底部，开启臭氧发生器电源开关，臭氧发生器所用气源为纯氧，由产气管中通入到溶液的臭氧量为5mg/L，室温下对鳞片石墨进行臭氧氧化20～30min;臭氧氧化结束后，对溶液进行过滤收集鳞片石墨粉末，用去离子水洗涤鳞片石墨3次，之后将臭氧氧化处理后的鳞片石墨在80～90℃温度下干燥8h;

　　②鳞片石墨的化学氧化插层处理：

　　按高氯酸：鳞片石墨：高锰酸钾：磷酸二氢钾水溶液的质量比为8.33～11.7:1:0.5～0.67:16.67:20的比例，首先将高氯酸加入到容器中，并将盛有高氯酸的容器置于磁力搅拌器上，然后依次将步骤①制备的鳞片石墨和高锰酸钾固体加入到容器中并将其用保鲜膜密封，开启磁力搅拌器的搅拌和加热开关，控制溶液温度为75～85℃，搅拌反应30min后再将饱和磷酸二氢钾水溶液加入到容器中，并将容器中溶液温度由75～85℃调整为35～45℃，此温度下搅拌反应60～90min;反应结束后对混合溶液进行过滤收集化学氧化插层处理后的鳞片石墨粉末，并用去离子水充分洗涤粉末直至洗涤水的pH为中性;之后将洗涤干净的粉末置于烘箱中于60～70℃温度下干燥24h，制得化学氧化插层处理后的鳞片石墨;

　　(2)硅藻土的浸渍处理：

　　首先将商品硅藻土用120目的标准检验筛进行筛选处理，收集过筛物，称取过筛后的硅藻土，用去离子水配制硅藻土质量含量为30%～40%的浆液;然后配制质量浓度为5%～8%的聚硫氯化铝水溶液，并将硅藻土浆液与聚硫氯化铝水溶液等体积混合，之后将混合后的溶液用超声波室温空化处理20～30min;超声波空化处理结束后，先将硅藻土浆液与聚硫氯化铝水溶液的混合溶液静置3～5h，然后弃去上清液后抽滤，并用去离子水洗涤收集物2次，之后将洗涤后的收集物置于烘箱中，于100～110℃温度下干燥12h，最后将干燥后的收集物研磨成120目的超细颗粒，得到浸渍处理后的硅藻土;

　　(3)膨胀石墨-硅藻土-磷酸铝复合生物填料的制备：

　　①料浆液的配制：

　　按鳞片石墨：硅藻土：磷酸：氢氧化铝：去离子水：无水乙醇的质量比=0.7～1：40～45：35～45：12～15：35～45：5的比例，首先将容器置于磁力搅拌器上，然后依次将质量浓度为85%的磷酸、去离子水和无水乙醇加入到容器中，搅拌使其混合均匀，然后将氢氧化铝加入到烧杯中并搅拌20～30min，之后将混合溶液用超声波室温空化处理10～15min;超声波室温空化处理后，将步骤(1)制备的鳞片石墨和浸渍处理的硅藻土加入到溶液中，水浴控制混合溶液的温度为70～80℃，搅拌反应45～60min;最后将混合溶液自然冷却至室温，即得膨胀石墨-硅藻土-磷酸铝复合生物填料制备所用料浆液;

　　②复合生物填料的造粒过程：

　　将上述料浆液加入到圆盘造粒机中，控制转速为10～20r/min，在室温条件下进行造粒，制备的球形复合生物填料平均直径为5mm;

　　③复合生物填料的烘干和烧结处理：

　　首先将上述球形复合生物填料置于干燥箱进行干燥处理，干燥温度为100～110℃，干燥时间6～8h，然后将干燥处理后的填料置于坩埚中，再将坩埚放入马弗炉中对填料进行烧结处理，马弗炉炉膛温度以10℃/min的升温速率由室温升高至500～550℃，保温30～60min，之后关闭马弗炉电源开关，使马弗炉炉膛温度自然冷却至室温，待炉膛温度冷却至室温后，将烧结处理的填料微粒取出，即制得了膨胀石墨-硅藻土-磷酸铝污水生化处理用复合生物填料。

　　说明书

　　一种污水生化处理用复合生物填料的制备方法

　　技术领域

　　本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种污水处理用的复合填料的制备方法。

　　背景技术

　　生活污水和城市污水具有产生量大、生化处理特性好的优点，但若不经适当处理后排放到河流、湖泊、水库和海洋水环境中，会降低自然水体的自净能力，并能导致水质恶化，继而危害水生生物系统健康，并能危及人体健康。因此，对生活污水和城市污水适宜处理后排放或回用是水资源保护和利用的核心内容。目前生物膜污水处理技术的革新和应用备受关注，对于生物膜污水处置技术而言，与接触氧化和生物转盘相比，生物滤池可有效实现污水生物二级处理和三级处理，其充分借鉴了生物接触氧化和给水快滤池的设计思路，集曝气生物氧化、悬浮物截留、定期反冲洗等特点于一体，节省了二沉池;同时其内好氧、缺氧区并存，能有效实现同步硝化和反硝化脱氮的效能。生物滤池工艺作为一种新型生物处理技术，已广泛应用于生活污水、城市污水、微污染水、工业废水处理以及中水回用等领域。在生物滤池构造中，填料是其核心组成部分，研究表明，填料的粒径、材质、吸附特征、孔隙率等物理化学特性对微生物的附着生长和污水净化有重要影响，填料在微生物提供生长介质的同时，还可通过沉淀、过滤、吸附和拦截等作用直接去除污染物，其对生物滤池的污水处理效能起着至关重要的作用。目前生物滤池中使用的填料主要有石英砂、陶粒、无烟煤、页岩、蛭石、堇青石、砾石、钢渣、陶瓷环、弹性毛刷、火山岩等，但这些填料存在过滤和吸附作用低、载污能力差等缺陷。因而，研发新型微生物附着能力强、过滤、截留和吸附性能优良的生物填料，是提升生物滤池污水生化处置效能，进一步拓展其应用的重要举措。

　　为此，在填料性能提升和新型填料研发方面，国内外学者和工程技术人员开展了卓有成效的工作。有研究报道以造纸白泥、粉煤灰及其他添加剂为原料，应用成球和煅烧工艺，制备了陶瓷滤料，其主要矿物相是钙长石和钙铝黄长石。其轻质多孔，且处理氨氮废水的效果优良，但其密度小、易于随水流失。也有研究报道以粉煤灰为主要原料，粘土、脱水污泥、脱硫石膏等为辅料，制备了粉煤灰陶粒填料，该粉煤灰陶粒填料的表面粗糙度大、孔隙率高、比表面积大，生物挂膜性能好此外，还有研究报道以硅藻土、粉煤灰、粘土、膨润土为原料，通过添加粘结剂和造孔剂，经高温烧结制备出硅藻土陶粒填料和轻质粉煤灰陶粒填料，该填料能够保障生物滤池优良的污水生物处理效能。但上述造纸白泥陶瓷滤料、硅藻土陶粒填料和轻质粉煤灰陶粒填料的制备存在烧结温度高，能耗大的缺陷。公开号为CN103951044A的专利提及以海泡石、麦饭石、水泥、聚乙烯醇、海藻酸钠、过氧化氢、氯化铁、硫酸锰、氯化钴和琼脂为主要原料，首先配制聚乙烯醇、硅藻酸钠和过氧化氢液体混合物，然后将此液态混合物与海泡石、麦饭石、水泥、氯化铁、硫酸锰、氯化钴和琼脂等物料混合制粒，经常温放置、烘干筛分、高压低温养护、恒温蒸养和常温冷却等工序处理后，制备了一种生物填料，该填料用于污水生化处理工序有利于微生物生长和增殖，挂膜时间短，出水水质好。但该填料制备工序相对繁琐，而且应用多种重金属离子，对环境存在潜在危害。公开号为CN 104671402A的专利提及了一种用于污水处理的高效填料制备方法，其首先将等比例的聚醚多元醇、腐殖土、硅酮表面活性剂和硅藻土加水混合、搅拌，制备混合液，然后向混合液中投加活性炭并搅拌均匀，最后在加入适量的厌氧消化菌和微生物菌粉。该技术所制填料具有良好的生物膜固着性能，污水处理过程中填料不结团，且透水性能好。但该填料制备成本较高，而且其机械强度差，易因浸泡而损失，故而工程应用效能欠佳。

　　发明内容

　　为克服现有技术存在的不足，有效提升生物滤池所用填料的微生物附着、截留过滤和吸附性能，继而实现生物滤池污水生化高效处置，本发明提供一种质地轻、化学稳定性好、强度高、耐冲洗、不易堵塞、表面积大的污水生化处理用复合生物填料的制备方法。本发明主要是对商品硅藻土进行浸渍处理，然后用浸渍处理后的硅藻土与臭氧预氧化和化学氧化插层处理的鳞片石墨、磷酸和氢氧化铝配制浆液，再对浆液经过造粒和焙烧处理，制备了膨胀石墨-硅藻土-磷酸铝复合生物填料。

　　本发明的制备方法如下：

　　(1)鳞片石墨的臭氧预氧化和化学氧化插层处理：

　　①鳞片石墨的臭氧预氧化处理：

　　按鳞片石墨与去离子水的质量比为1:1.5的比例，将去离子水加入到容器中，并将盛有去离子水的容器置于磁力搅拌器上，然后将平均粒径为80目的鳞片石墨加入到容器中并开启磁力搅拌器的搅拌控制开关;之后将臭氧发生器产气管插入烧杯底部，开启臭氧发生器电源开关，臭氧发生器所用气源为纯氧，由产气管中通入到溶液的臭氧量为10mg/L，室温下对鳞片石墨进行臭氧氧化20～30min;臭氧氧化结束后，对溶液进行过滤收集鳞片石墨粉末，用去离子水洗涤鳞片石墨3次，之后将臭氧氧化处理后的鳞片石墨在80～90℃温度下干燥8h;