申请日2012.08.21
公开(公告)日2012.12.19
IPC分类号C04B33/132; C02F101/34; C02F1/461; C04B33/22
摘要
本发明涉及一种用于处理环己酮废水的陶粒，包括阴极陶粒和阳极陶粒，所述阴极陶粒包括如下原料：粘土、干化污泥和粘结剂;所述阴极陶粒的堆积密度为850~900kg/m3，颗粒密度1200~1300kg/m3，吸水率为12-13wt%;所述阳极陶粒包括如下原料：粘土、铁屑和粘结剂;所述阳极陶粒的堆积密度为910-950kg/m3，颗粒密度为1400~1500kg/m3，吸水率为14-15wt%。本发明所述的陶粒颗粒密度较小，有效防止填料板结，大大提高了对反应器反冲洗的效率。本发明采用废铁屑和污泥为原料烧制陶粒，既节约了黏土，又实现了固废的资源化利用。
权利要求书
1.一种用于处理环己酮废水的陶粒，包括阴极陶粒和阳极陶粒，所述阴极陶粒和阳极陶 粒的体积混合比例范围是(40：50)～(50：40);其特征在于：
所述阴极陶粒按重量百分比包括如下原料：
90目～100目的粘土，15～25份;
90目～100目的干化污泥，20～40份;
粘结剂，2-6份;
所述阴极陶粒的堆积密度为850~900kg/m3，颗粒密度1200~1300kg/m3，吸水率为12-13 wt%;
所述阳极陶粒按重量百分比包括如下原料：
90目～100目的粘土，20～40份;
90目～100目的铁屑，15～25份;
粘结剂，2-6份;
所述阳极陶粒的堆积密度为910-950kg/m3，颗粒密度为1400~1500kg/m3，吸水率为14-15 wt%。
2.根据权利要求1所述的用于处理环己酮废水的陶粒，其特征在于，所述黏结剂为质量 浓度5-10wt%的硅酸钠水溶液，或者聚乙烯醇与羧甲基纤维素钠的水溶液：其中聚乙烯醇的 质量浓度1~2%wt，羧甲基纤维素钠的质量浓度2~3%wt。
3.一种如权利要求1所述陶粒的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)预处理：将脱水污泥、铁屑和粘土分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分;
(2)造粒：按阴极陶粒的原料配比进行原料混合后倒入造粒机成球;按阳极陶粒的原料 配比进行原料混合后倒入造粒机成球;
(3)筛选：将步骤(2)成球的原料用筛孔直径为5.00毫米和6.00毫米的筛来筛分颗粒， 制成原料颗粒;
(4)晾干：将原料颗粒置于通风橱中晾干22-26h，所述通风橱中的温度为15~30℃;
(5)烧结：将经步骤(4)晾干处理后的原料颗粒置于电热管炉中无氧烧结20-25min， 烧结温度为350-450℃;
(6)冷却：将经步骤(5)烧结过后的原料颗粒放置通风橱冷却至15~30℃，分别制成 阴极陶粒和阳极陶粒。
4.如权利要求3所述的陶粒的制备方法，其特征在于，将脱水污泥、铁屑和粘土进行烘 干处理是指将脱水污泥、粘土和铁屑在105~110℃下干燥3~5h。
5.如权利要求3所述的陶粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所制得的阴 极陶粒的堆积密度为850~900kg/m3，颗粒密度1200~1300kg/m3，吸水率为12~13wt%;所 制得的阳极陶粒的堆积密度为910~950kg/m3，颗粒密度为1400~1500kg/m3，吸水率为14~15 wt%。
6.一种利用如权利要求1所述陶粒处理环己酮废水的圆柱状微电解反应槽，其特征在于， 其包括圆柱状微电解反应槽，在所述圆柱状微电解反应槽的内部由下而上设置有曝气盘、承 托层和填料层;所述的填料层为混合均匀的阴极陶粒和阳极陶粒，所述阴极陶粒的总体积与 阳极陶粒的总体积比为(40：50)～(50：40);在圆柱状微电解反应槽的外壁上且与所述填 料层相对应的位置设置有取样口，在圆柱状微电解反应槽的顶部设置有污水排放口。
7.如权利要求6所述的圆柱状微电解反应槽，其特征在于，在圆柱状微电解反应槽的外 部设置有出水槽、空气气源和进水槽，所述出水槽通过管路与污水排放口相连，所述空气气 源通过空气气泵与曝气盘相连，所述的进水槽通过进水泵泵与曝气盘相连。
8.如权利要求6所述的圆柱状微电解反应槽，其特征在于，所述取样口的数量为3个， 所述的3个取样口的设置位置将填料层间隔为长度相等的四段。
9.如权利要求6所述的圆柱状微电解反应槽，其特征在于，所述圆柱状微电解反应槽为 机玻璃材质，直径范围是180~250mm，高的范围是1~1.2m;所述承托层的厚度为20~25cm; 所述承托层为鹅卵石组成的滤料层，承托层的底部与曝气盘之间的距离为0~15cm;所述承托 层根据所述鹅卵石的粒径大小自上而下分为四层：
粒径为2～4mm，厚度50mm;
粒径为4～8mm，厚度50mm;
粒径为8～16mm，厚度50mm;
粒径为16～32mm，厚度50mm。
所述的填料层的高度为80~90cm。
10.一种利用如权利要求6所述圆柱状微电解反应槽处理环己酮废水的方法，其特征在 于，其包括步骤如下：
(1)布水：将环己酮废水沿圆柱状微电解反应槽底部设置的曝气盘泵入所述的承托层， 承托层将环己酮废水均匀分布;优选的，所述环己酮废水的泵入圆柱状微电解反应槽内的水 力停留时间为3-6h，气水比为1:1~3:1;
(2)电解处理：经步骤(1)布水的环己酮废水渗透流经圆柱状微电解反应槽内的填料 层;所述阴极陶粒和阳极陶粒组成腐蚀原电池，对环己酮废水进行电解处理;
(3)经电解处理后的环己酮废水通过圆柱状微电解反应槽顶部的污水排放口排出。
说明书
一种用于处理环己酮废水的陶粒及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种用于处理环己酮废水的陶粒及其制备方法与应用，属于固废资源化与废 水处理的技术领域。
技术背景
污泥是废水处理的副产品，包含了污染物和不稳定的致病体如大量有机物、重金属及病 原菌，对环境危害极大。目前污泥最终处置最常用的方法是填埋，但填埋会造成土壤污染和 城市景观的退化。因此，为了防止二次污染和实现污泥再利用，需要寻找一个能有效处理大 量污泥的合适方法。铁屑是机械厂生产过程中产生的一种固体废物，大量的铁屑不仅占据许 多土地，而且还造成环境污染。如何减少铁屑对环境污染并将其转换成有用的资源已经被广 泛研究。
陶粒被广泛应用于建筑、化学、冶金、农业和环境保护等行业。若将污泥和铁屑作为陶 粒生产的添加剂，则能减少使用粘土，这样也可以把污染物变成有用物质。
微电解法，又称为内电解法，是被广泛研究与应用的一种废水处理方法。20世纪80年 代此法引入我国。目前微电解法已成功地应用于印染、农药、制药、油分等废水的处理。微 电解具有成本低廉、使用范围广、工艺简单、处理效果好等特点，尤其对于高毒性、高CODCr 的工业废水的处理较其他工艺具有明显优势。但传统微电解工艺在运行一段时间后，铁屑填 料结块后污水在填料中产生沟流，使出水水质变差，这也是限制微电解工艺应用推广的一个 主要因素。阴极陶粒和阳极陶粒是一种低容重和低颗粒密度填料，这将有利于反冲洗过程。 因此，它们可作为微电解反应器电解反应槽的填料。
环己酮生产废水中的环己酮、环己烷等有害物质对环境的危害很大，此类废水若不经过 处理直接排放，则其中的环己烷、环己酮等物质极易在环境中积累，它们被难被天然降解， 并会随食物链富集从而对人类健康构成严重危害。因此，寻找一个环己酮废水的有效处理方 法是很重要的。目前，处理环己酮废水的方法主要包括萃取和电化学法，而关于微电解法处 理环己酮废水的研究还比较少，因此远不能满足对环己酮废水的无害化处理的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于处理环己酮废水的陶粒及其制备方法。
本发明还提供一种上述陶粒的应用。
术语解释：
承托层：由鹅卵石或砾石组成的滤料层，其作用主要是支撑填料层，防止填料进入配水 系统，同时还起到均匀布水的作用。
本发明技术方案如下：
一种用于处理环己酮废水的陶粒，包括阴极陶粒和阳极陶粒，所述阴极陶粒和阳极陶粒 的体积混合比例范围是(40：50)～(50：40);
所述阴极陶粒按重量百分比包括如下原料：
90目～100目的粘土，15～25份;
90目～100目的干化污泥，20～40份;
粘结剂，2-6份;
所述阴极陶粒的堆积密度为850~900kg/m3，颗粒密度1200~1300kg/m3，吸水率为12-13 wt%;
所述阳极陶粒按重量百分比包括如下原料：
90目～100目的粘土，20～40份;
90目～100目的铁屑，15～25份;
粘结剂，2-6份;
所述阳极陶粒的堆积密度为910-950kg/m3，颗粒密度为1400~1500kg/m3，吸水率为14-15 wt%。
本发明所述的陶粒颗粒密度较小，有效防止填料板结，大大提高了对反应器反冲洗的效 率。
根据本发明优选的，所述黏结剂为质量浓度5-10wt%的硅酸钠水溶液，或者聚乙烯醇与 羧甲基纤维素钠的水溶液：其中聚乙烯醇的质量浓度1~2%wt，羧甲基纤维素钠的质量浓度 2~3%wt。
一种上述陶粒的制备方法，包括步骤如下：
(1)预处理：将脱水污泥、铁屑和粘土分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分;
(2)造粒：按阴极陶粒的原料配比进行原料混合后倒入造粒机成球;按阳极陶粒的原料 配比进行原料混合后倒入造粒机成球;
(3)筛选：将步骤(2)成球的原料用筛孔直径为5.00毫米和6.00毫米的筛来筛分颗粒， 制成原料颗粒;
(4)晾干：将原料颗粒置于通风橱中晾干22-26h，所述通风橱中的温度为15~30℃;
(5)烧结：将经步骤(4)晾干处理后的原料颗粒置于电热管炉中无氧烧结20-25min， 烧结温度为350-450℃;
(6)冷却：将经步骤(5)烧结过后的原料颗粒放置通风橱冷却至15~30℃，分别制成 阴极陶粒和阳极陶粒。
根据本发明优选的，将脱水污泥、铁屑和粘土进行烘干处理是指将脱水污泥、粘土和铁 屑在105~110℃下干燥3~5h。所述步骤(1)中粘土由山东省淄博市砖厂获得，脱水污泥和 铁屑分别从济南污水处理厂和济南机械厂取得。
根据本发明优选的，所述步骤(6)中，所制得的阴极陶粒的堆积密度为850~900kg/m3， 颗粒密度1200~1300kg/m3，吸水率为12~13wt%;所制得的阳极陶粒的堆积密度为910~950 kg/m3，颗粒密度为1400~1500kg/m3，吸水率为14~15wt%。利用本发明所述方法所制备的 陶粒颗粒密度较小，反应器反冲洗较容易，这有利于防止填料板结。
一种利用上述陶粒处理环己酮废水的圆柱状微电解反应槽，包括圆柱状微电解反应槽， 在所述圆柱状微电解反应槽的内部由下而上设置有曝气盘、承托层和填料层;所述的填料层 为混合均匀的阴极陶粒和阳极陶粒，所述阴极陶粒的总体积与阳极陶粒的总体积比为(40： 50)～(50：40);在圆柱状微电解反应槽的外壁上且与所述填料层相对应的位置设置有取样 口，在圆柱状微电解反应槽的顶部设置有污水排放口。
根据本发明优选的，在圆柱状微电解反应槽的外部设置有出水槽、空气气源和进水槽， 所述出水槽通过管路与污水排放口相连，所述空气气源通过空气气泵与曝气盘相连，所述的 进水槽通过进水泵泵与曝气盘相连。环己酮废水由进水泵充入圆柱状微电解反应槽中，环己 酮废水渗透流经承托层、填料层，最终经污水排放口进入出水槽，完成对废水的处理和收集。 所述曝气盘安装在反应器底部，通过充气可以使水气充分混合。
根据本发明优选的，所述取样口的数量为3个，所述的3个取样口的设置位置将填料层 间隔为长度相等的四段。
根据本发明优选的，所述圆柱状微电解反应槽为机玻璃材质，直径范围是180~250mm， 高的范围是1~1.2m。
根据本发明优选的，所述承托层的厚度为20~25cm。
根据本发明优选的，所述承托层为鹅卵石组成的滤料层，承托层的底部与曝气盘之间的 距离为0~15cm。
根据本发明优选的，所述承托层根据所述鹅卵石的粒径大小自上而下分为四层：
粒径为2～4mm，厚度50mm;
粒径为4～8mm，厚度50mm;
粒径为8～16mm，厚度50mm;
粒径为16～32mm，厚度50mm。
根据本发明优选的，所述的填料层的高度为80~90cm。
本发明还提供一种利用上述圆柱状微电解反应槽处理环己酮废水的方法，包括步骤如下：
(1)布水：将环己酮废水沿圆柱状微电解反应槽底部设置的曝气盘泵入所述的承托层， 承托层将环己酮废水均匀分布。
(2)电解处理：经步骤(1)布水的环己酮废水渗透流经圆柱状微电解反应槽内的填料 层;所述阴极陶粒和阳极陶粒组成腐蚀原电池，对环己酮废水进行电解处理：环己酮分子在 微电解作用下开环并被降解为小分子;同时腐蚀电池还具有吸附絮凝、自由基氧化等化学作 用，能够进一步去除环己酮废水中的污染物;
(3)经电解处理后的环己酮废水通过圆柱状微电解反应槽顶部的污水排放口排出。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中环己酮废水的泵入圆柱状微电解反应槽内的水力停 留时间为3-6h，气水比为1:1~3:1。
当需要对圆柱状微电解反应槽清洗时，采用水反洗进行清洗：水由圆柱状微电解反应槽 底部进入，经圆柱状微电解反应槽的污水排放口排出。
本发明在处理工业环己酮废水上得到成功应用，应用效果好：
本发明所述阴极陶粒和阳极陶粒的重金属浸出试验表明有毒金属(Cu,Zn,Cd,Pb,Cr,Ba, Ni，As)的含量都国家标准GB5085.3-2007规定的限值以下。将上述阴极陶粒和阳极陶粒填 装置圆柱状微电解反应槽中处理工业环己酮废水。
废水来源取自山东东营某化工厂的废水，所述废水中CODCr的含量为64000mg/L，环 己酮所占比例为4.5wt%，经过本发明所述圆柱状微电解反应槽处理后的废水中CODCr含量 降至6000mg/L，环己酮去除率达90%以上。
本发明的有益效果如下：
1.本发明中所述陶粒的制备原料污泥和废铁屑都属于固体废弃物，长期暴露于环境中对 生态系统甚至人体健康构成严重危害，本发明采用污泥和粘土烧制阴极陶粒，采用废铁屑和 粘土烧制阳极陶粒，既节约了日益紧缺的粘土资源，又实现了固体废物的资源化利用，可谓 一举两得。
2.本发明所述的制备陶粒的过程使经过烧结的阴极陶粒中含有污泥因碳化而形成的碳成 分，而经过无氧烧结的阳极陶粒中则含有铁成分，碳陶粒和铁陶粒构成了自腐蚀电池的阴阳 两极，将其浸没在污水中会发生微电解反应，微电解作用会使环己酮分子开环，或者通过吸 附絮凝等化学作用将污染物降解。
3.本发明通过所述的柱状电解反应槽、利用陶粒微电解技术对环己酮废水进行处理，填 补了此类研究的空白，环己酮废水是近年来新兴的一类高毒性难处理废水，将微电解技术应 用于环己酮废水处理的研究目前还很少见。
4.利用本发明所述的制备方法所制备的阴极陶粒和阳极陶粒，其内部孔隙较多，颗粒密 度较小，有利于反冲洗，从而可以避免填料的板结钝化，这是对微电解工艺的一大改进。
5.本发明所述的柱状电解反应槽结构简单，填料用陶粒的原料易得，成本低，工艺操作 简便，在对环己酮废水处理过程中真正实现了低成本、低能耗和高净化率。
