申请日2014.09.18
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C04B28/26; C04B28/10; C04B18/30; C02F3/10; C04B18/08; C04B28/04
摘要
本发明提供了一种生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，至少由以下重量份的组份制成：淤泥或污泥10～60份;粉煤灰10～50份;水泥10～60份;石灰4～20份;石膏1～15份;粘土2～30份;激发剂0～10份;粘结剂0～15份;成孔剂0～15份;磁粉0～20份;生物亲和性物质0～10份;亲水剂0～10份。还提供了该陶砂载体的制备方法。本发明陶砂载体不但消耗了淤泥、污泥、粉煤灰等难处理的固体废弃物，为淤泥、污泥、粉煤灰的固废处理提供了可靠的途径，，而且解决了生物载体存在的生物亲和性差、对微生物促进和活化作用差、亲水性及污水处理效果不足等多方面的问题，制得的陶砂载体具有机械性能好、挂膜速度快、生物亲亲水性能以及污水处理效果好等优点。
权利要求书
1.一种生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，其特征在于：至少由以下重量份的组份制成：
2.根据权利要求1所述的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，其特征在于：淤泥或污泥 15份、粉煤灰41份、水泥15份、石灰8份、石膏2份、粘土2份、激发剂2份、粘结 剂5份、成孔剂2份、磁粉5份、生物亲和性物质1份、亲水剂2份。
3.根据权利要求1所述的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，其特征在于：所述水泥为 普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，其特征在于：所述激发剂 为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化镁中的一种或几种的混合物;所述粘结剂为 水玻璃、白乳胶中的一种或两者的混合物;所述成孔剂为碳酸氢钠、双氧水、铵盐、铝 粉中的一种或几种的混合物;所述的磁粉为铝镍钴系磁粉、铁铬钴系磁粉、铁氧体磁粉、 稀土永磁粉和复合永磁粉中的一种或几种的混合物;所述的生物亲和性物质为淀粉、硬 脂酸、琼脂糖、面粉、碳酸钙、壳聚糖、海藻酸钙、羟基磷灰石中的一种或几种的混合 物;所述的亲水性物质为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙二醇 中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，其特征在于：所述生物亲 和亲水磁性污泥陶砂载体为平均粒径0.1～5mm的球形颗粒或不规则形状颗粒。
6.权利要求1至5任一项所述的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体的制备方法，其特征 在于：包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、水泥、粘土、石灰、石膏、磁粉磨细、过筛、烘干;
(2)将激发剂、粘结剂分别配置成水溶液;
(3)混合、成球：分别称取粉煤灰、水泥、石灰、石膏、污泥或淤泥、磁粉、粘土、 成孔剂、生物亲和性物质、亲水剂并搅拌均匀，得粉料;将粉料放入造粒机内造粒，在 造粒的同时将粘结剂水溶液和激发剂水溶液均匀的喷洒在原料上，得生球;
(4)陈化：将生球在室温(20-25℃)下放置0.5-2h使陈化;
(5)干燥：将陈化后的生球于50-70℃烘0.5-2h;
(6)蒸汽养护：将干燥后的生球置于压力蒸汽灭菌器内，在95-105℃下恒温蒸汽养护 8-12h;再置于室温下自然冷却，得无磁陶砂;
(7)充磁：利用充磁机对无磁陶砂进行充磁，即得生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体。
7.根据权利要求所述的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体的制备方法，其特征在于：步 骤(1)中，过筛的筛孔尺寸为100-200目;烘干温度为90-110℃。
8.根据权利要求所述的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体的制备方法，其特征在于：步 骤(2)中，所述激发剂水溶液的浓度为2-3mol/L，优选2.86mol/L;所述粘结剂水溶 液的浓度为2-3mol/L，2.34mol/L的水溶液。
说明书
一种生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体及其制备方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，还涉及 该载体的制备方法。
背景技术
疏浚泥是一种大量发生，抛泥处理又会对环境产生污染的废弃物，仅在我国的珠江 三角洲区域年产生的疏浚泥通常就会达到8000万m3左右。为整治农村河道整治，江苏 省财政于2012年7月下达首批农村河道整治资金3.7亿元，其中县乡河道疏浚1.9亿 元，村庄河塘整治1.8亿元，疏浚整治土方3.6亿m3。在南北水调东线工程中，产生的 疏浚淤泥的征地费用更是达到了6.4亿人民币。废弃的污泥的堆放不仅需要大量的资金， 更重要的是浪费了大量的土地资源。同时，由于淤泥中含有病原菌、寄生虫(卵)、重金 属及某些难降解的有机毒物，因此具有较强的污染性。
粉煤灰是煤粉经低温熄火后构成的一种类似火山灰质夹杂，其构成与粘土质类似， 是燃煤电厂产生的主要固体废弃物。据预测“十二五”末粉煤灰年产生量将达到5.7亿 吨，综合利用面临的形势十分严峻。
如果能够以粉煤灰和污泥为主要原料，利用免烧工艺制备更适合水处理要求的功能 性陶砂，不仅能够满足工业要求，更重要的是能够实现粉煤灰和污泥的再利用，减少粉 煤灰和污泥对环境的污染，节约粉煤灰和污泥所占用的土地，实现资源的再利用，满足 低碳经济发展的要求。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物亲和亲 水磁性污泥陶砂载体及其制备方法，解决实际应用中生物载体存在生物亲和性、对微生 物促进和活化作用、亲水性及污水处理效果不足等多方面的问题，而且还消耗了污泥、 淤泥、粉煤灰等难处理的固体废弃物。
技术方案：本发明提供的为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，至少由以下重量份的组份制成：
作为优选，所述生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，至少由以下重量份的组份制成： 污泥或淤泥15份、粉煤灰41份、水泥15份、石灰8份、石膏2份、粘土2份、激发 剂2份、粘结剂5份、成孔剂2份、磁粉5份、生物亲和性物质1份、亲水剂2份。
作为另一种优选，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
作为另一种优选，所诉激发剂为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化镁中的一 种或几种的混合物。
作为另一种优选，所述粘结剂为水玻璃、白乳胶中的一种或两者的混合物。
作为另一种优选，所述成孔剂为碳酸氢钠、双氧水、铵盐、铝粉中的一种或几种的 混合物。
作为另一种优选，所述的磁粉为铝镍钴系磁粉、铁铬钴系磁粉、铁氧体磁粉、稀土 永磁粉和复合永磁粉中的一种或几种的混合物。
作为另一种优选，所述的生物亲和性物质为淀粉、硬脂酸、琼脂糖、面粉、碳酸钙、 壳聚糖、海藻酸钙、羟基磷灰石中的一种或几种的混合物。
作为另一种优选，所述的亲水性物质为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙 烯酸钠、聚乙二醇中的一种或几种的混合物。
作为另一种优选，所述生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体为平均粒径0.1～5mm的球 形颗粒或不规则形状颗粒。
作为另一种优选，所述淤泥或污泥为污水处理厂污泥或疏浚淤泥。
本发明还提供了上述生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体的免烧制备方法，包括以下步 骤：
(1)将粉煤灰、水泥、粘土、石灰、石膏、磁粉磨细、过筛、烘干;
(2)将激发剂、粘结剂分别配置成水溶液;
(3)混合、成球：分别称取粉煤灰、水泥、石灰、石膏、污泥或淤泥、磁粉、粘土、 成孔剂、生物亲和性物质、亲水剂并搅拌均匀，得粉料;将粉料放入造粒机内造粒，在 造粒的同时将粘结剂水溶液和激发剂水溶液均匀的喷洒在原料上，得生球;
(4)陈化：将生球在室温(20-25℃)下放置0.5-2h使陈化;
(5)干燥：将陈化后的生球于50-70℃烘0.5-2h;
(6)蒸汽养护：将干燥后的生球置于压力蒸汽灭菌器内，在95-105℃下恒温蒸汽养护 8-12h;再置于室温下自然冷却，得无磁陶砂;
(7)充磁：利用充磁机对无磁陶砂进行充磁，即得生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体。
其中，步骤(1)中，过筛的筛孔尺寸为100-200目;烘干温度为90-110℃。
其中，步骤(2)中，所述激发剂水溶液的浓度为2-3mol/L，优选2.86mol/L;所 述粘结剂水溶液的浓度为2-3mol/L，2.34mol/L的水溶液。
有益效果：本发明提供的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体不但消耗了淤泥、污泥、 粉煤灰等难处理的固体废弃物，为淤泥、污泥、粉煤灰的固废处理提供了可靠的途径，， 而且解决了生物载体存在的生物亲和性差、对微生物促进和活化作用差、亲水性及污水 处理效果不足等多方面的问题，制得的陶砂载体具有机械性能好、挂膜速度快、生物亲 亲水性能以及污水处理效果好等优点。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明载体使用粉煤灰、污泥或淤泥作为原料，其均属于固体废弃物，为污 泥或淤泥、粉煤灰的固废处理提供了可靠的途径，绿色环保。
(2)本发明载体原料中添加的激发剂可以提高粉煤灰活性，增强陶砂强度，从而 提高陶砂载体机械性能;粘结剂可以使粉料更好的成球，提高陶砂载体的可塑性;成孔 剂可以增加陶砂载体的比表面积，使陶砂载体表面能附着更多的微生物;生物亲和性物 质不但可以作为微生物的物理附着点，还可以作为营养源给微生物提供营养物质，使微 生物更易于生长，加快生物膜的挂膜速度和提高水处理效率;亲水剂可以提高载体的亲 水性能，增加微生物与陶粒接触的几率，使微生物更易在陶粒表面生长，增加生物的量 和生物膜的密实度;加入磁粉并充磁可以使每个陶砂带微弱的静磁场，将陶砂应用于水 处理时，每个陶砂相当于一个磁场源，有利于刺激微生物的活性，与污染物质和溶解氧 接触的机会提高，而且负载在陶砂上的微生物的新陈代谢加快，对污染物质的降解加快， 实现了磁效应技术在污水生物处理中的应用。
(3)本发明载体具有磁性，在生物反应器内一段时间后可以利用磁铁或者铁块对 其富集后进行冲洗再利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施 例。
实施例1
生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，至少由以下重量份的组份制成：污泥15份、粉 煤灰41份、硅酸盐水泥15份、石灰8份、石膏2份、粘土2份、氢氧化钠2份、水玻 璃5份、碳酸氢钠2份、铝镍钴系磁粉5份、质量比为1:1的壳聚糖和硬脂酸1份、聚 丙烯酸2份。
其制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、水泥、粘土、石灰、石膏、磁粉磨细、过140目筛、100℃烘干;
(2)将激发剂、粘结剂分别配置成水溶液;所述激发剂水溶液的浓度2.86mol/L;所 述粘结剂水溶液的浓度2.34mol/L的水溶液;
(3)混合、成球：分别称取粉煤灰、水泥、石灰、石膏、污泥、磁粉、粘土、成孔剂、 生物亲和性物质、亲水剂并搅拌均匀，得粉料;将粉料放入造粒机内造粒，在造粒的同 时将粘结剂水溶液和激发剂水溶液均匀的喷洒在原料上，得生球;
(4)陈化：将生球在室温(20-25℃)下放置1h使陈化;
(5)干燥：将陈化后的生球于60℃烘1h;
(6)蒸汽养护：将干燥后的生球置于压力蒸汽灭菌器内，在100℃下恒温蒸汽养护10h; 再置于室温下自然冷却，得无磁陶砂;
(7)充磁：利用充磁机对无磁陶砂进行充磁，即得生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体。
制得的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体为平均粒径0.1～5mm的球形颗粒或不规则 形状颗粒。
实施例2
生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，至少由以下重量份的组份制成：淤泥10份、粉 煤灰50份、硅酸盐水泥10份、石灰10份、石膏1份、粘土10份、氢氧化钾0.5份、 白乳胶0.5份、双氧水0.5份、铁铬钴系磁粉10份、碳酸钙0.5份、聚丙烯酸0.5份。
其制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、水泥、粘土、石灰、石膏、磁粉磨细、过100目筛、90℃烘干;
(2)将激发剂、粘结剂分别配置成水溶液;所述激发剂水溶液的浓度为2mol/L;所述 粘结剂水溶液的浓度为3mol/L;
(3)混合、成球：分别称取粉煤灰、水泥、石灰、石膏、淤泥、磁粉、粘土、成孔剂、 生物亲和性物质、亲水剂并搅拌均匀，得粉料;将粉料放入造粒机内造粒，在造粒的同 时将粘结剂水溶液和激发剂水溶液均匀的喷洒在原料上，得生球;
(4)陈化：将生球在室温(20-25℃)下放置0.5h使陈化;
(5)干燥：将陈化后的生球于70℃烘0.5h;
(6)蒸汽养护：将干燥后的生球置于压力蒸汽灭菌器内，在105℃下恒温蒸汽养护8h; 再置于室温下自然冷却，得无磁陶砂;
(7)充磁：利用充磁机对无磁陶砂进行充磁，即得生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体。
制得的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体为平均粒径0.1～5mm的球形颗粒或不规则 形状颗粒。
实施例3
生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体，至少由以下重量份的组份制成：污泥60份、粉 煤灰10份、硅酸盐水泥60份、石灰4份、石膏15份、粘土30份、氢氧化镁10份、 白乳胶10份、铝粉10份、铁氧体磁粉0.5份、质量比为3:7的海藻酸钙和羟基磷灰石 10份、聚乙二醇10份。
其制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、水泥、粘土、石灰、石膏、磁粉磨细、过200目筛、110℃烘干;
(2)将激发剂、粘结剂分别配置成水溶液;所述激发剂水溶液的浓度为3mol/L;所述 粘结剂水溶液的浓度为2mol/L;
(3)混合、成球：分别称取粉煤灰、水泥、石灰、石膏、污泥、磁粉、粘土、成孔剂、 生物亲和性物质、亲水剂并搅拌均匀，得粉料;将粉料放入造粒机内造粒，在造粒的同 时将粘结剂水溶液和激发剂水溶液均匀的喷洒在原料上，得生球;
(4)陈化：将生球在室温(20-25℃)下放置2h使陈化;
(5)干燥：将陈化后的生球于50℃烘2h;
(6)蒸汽养护：将干燥后的生球置于压力蒸汽灭菌器内，在95℃下恒温蒸汽养护12h; 再置于室温下自然冷却，得无磁陶砂;
(7)充磁：利用充磁机对无磁陶砂进行充磁，即得生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体。
制得的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体为平均粒径0.1～5mm的球形颗粒或不规则 形状颗粒。
实施例4
(1)称取磨细并过140目的网筛，在100℃的条件下烘干过的粉煤灰4.1kg、污泥 1.5kg，水泥1.5kg、钙基膨润土0.2kg、石灰0.8kg、石膏0.2kg、铁氧体磁粉0.5kg;
(2)将0.2kg氢氧化镁、0.5kg水玻璃的分别配成溶度为2.86mol/L、2.34mol/L 的水溶液;
(3)混合、成球：将称好的粉煤灰、水泥、石灰、石膏、污泥、铁氧体磁粉、钙 基膨润土与0.2kg的碳酸氢钠、0.1kg的淀粉和0.2kg的聚乙烯醇混合并搅拌均匀;后 将搅拌好的粉料放入造粒机内，在造粒的同时将配置好的水玻璃和氢氧化钠均匀的喷洒 在原料上，制备出的生球平均直径为1～5mm;
(4)陈化：将制备好的生球在室温(约20-25℃)的条件下放置1h;
(5)干燥：将经过陈化处理的陶砂生球放入烘箱，60℃下烘1h;
(6)蒸汽养护：最后将经过干燥处理的生球移入压力蒸汽灭菌器内，在100℃下利 用恒温蒸汽养护10h;
(7)将养护好的陶砂从蒸汽灭菌锅内取出，放在室温内自然冷却，待陶砂冷却至 室温将陶砂包装起来;
(8)最后利用充磁机在600V的条件下对陶砂进行充磁，陶砂带有12GS的磁通量。 实施例5
(1)称取磨细并过140目的网筛，在100℃的条件下烘干过的粉煤灰4.5kg、淤泥 1.5，水泥1kg、凹凸棒土0.3kg、石灰0.8kg、石膏0.2kg、复合永磁粉0.7kg;
(2)将0.2kg氢氧化钾、0.5kg白乳胶的分别配成溶度为2.86mol/L、2.34mol/L 的水溶液;
(3)混合、成球：将称好的粉煤灰、水泥、石灰、石膏、淤泥、复合永磁粉、钠 基膨润土与0.2kg的碳酸氢铵、0.1kg的面粉和0.2kg的聚丙烯酰胺混合并搅拌均匀; 后将搅拌好的粉料放入造粒机内，在造粒的同时将配置好的白乳胶和氢氧化钾均匀的喷 洒在原料上，制备出的生球平均直径为1～5mm;
(4)陈化：将制备好的生球在室温(约20-25℃)的条件下放置1h;
(5)干燥：将经过陈化处理的陶砂生球放入烘箱，60℃下烘1h;
(6)蒸汽养护：最后将经过干燥处理的生球移入压力蒸汽灭菌器内，在100℃下利 用恒温蒸汽养护10h;
(7)将养护好的陶砂从蒸汽灭菌锅内取出，放在室温内自然冷却，待陶砂冷却至 室温将陶砂包装起来;
(8)最后利用充磁机在600V的条件下对陶砂进行充磁，陶砂带有20GS的磁通量。 实施例6
(1)称取磨细并过140目的网筛，在100℃的条件下烘干过的粉煤灰4kg、淤泥 0.8kg、污泥0.8kg、水泥1.5kg、蒙脱石0.3kg、石灰0.8kg、石膏0.2kg、稀土永磁粉 0.6kg;
(2)将0.1kg氢氧化钙、0.5kg水玻璃的分别配成溶度为2.86mol/L、2.34mol/L 的水溶液;
(3)混合、成球：将称好的粉煤灰、水泥、石灰、石膏、污泥、淤泥、稀土永磁 粉、蒙脱石与0.2kg的碳酸铵、0.2kg的琼脂糖和0.3kg的聚丙烯酸钠混合并搅拌均匀; 后将搅拌好的粉料放入造粒机内，在造粒的同时将配置好的水玻璃和氢氧化钙均匀的喷 洒在原料上，制备出的生球平均直径为1～5mm;
(4)陈化：将制备好的生球在室温(约20-25℃)的条件下放置1h;
(5)干燥：将经过陈化处理的陶砂生球放入烘箱，60℃下烘1h;
(6)蒸汽养护：最后将经过干燥处理的生球移入压力蒸汽灭菌器内，在100℃下利 用恒温蒸汽养护10h;
(7)将养护好的陶砂从蒸汽灭菌锅内取出，放在室温内自然冷却，待陶砂冷却至 室温将陶砂包装起来;
(8)最后利用充磁机在600V的条件下对陶砂进行充磁，陶砂带有18GS的磁通量。
将市售水处理生物陶砂(对照组)同实施例1至6制备的生物亲和亲水磁性污泥陶 砂应用于污水处理，处理效果见表1。
表1 本发明生物亲和亲水磁性污泥陶砂及对照组的污水处理效果
由表1可见，本发明的生物亲和亲水磁性污泥陶砂载体对污水CODcr、NH3-N去除 率分别为在90%以上。结果表明：本发明的载体对污水有显著处理效果。
