申请日2011.11.11
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C04B33/132; C02F11/00; C02F11/12; C02F3/34
摘要
本发明提供一种用于微污染水预处理的沸石给水污泥陶粒的制备方法，属于微污染水预处理技术领域。该陶粒由给水厂脱水污泥、改性沸石粉及造孔剂按一定比例，经以下方法制备的：给水厂脱水污泥干燥，粉碎，过筛，得干污泥;天然沸石粉碎，过筛，焙烧，氯化钠改性得改性沸石粉;上述干污泥、改性沸石粉及造孔剂分别以质量比50~60%、35~49%、1~5%比例均匀混合后在造粒机上造粒成球，得粒径2~7mm生料;生料烘干后焙烧得到烧结后的陶粒;将烧结后的陶粒自然冷却至室温后进行筛分得陶粒成品。本发明制备的陶粒表面粗糙、孔径丰富，用于微污染水生物预处理对氨氮及有机物有强化去除作用。
权利要求书
1.用于微污染水预处理的沸石给水污泥陶粒的制备方法，其特征在于该制备方法具体步骤如下：
(1)制备给水干污泥：将给水厂含水率80wt%的脱水污泥，在105~110℃干燥2h，得到含水率52 wt%的给水干污泥，然后将所述给水干污泥在粉碎机中粉碎，过80目筛，得到粒径小于80目的粉末状给水干污泥;
(2)制备改性沸石粉：将天然沸石用粉碎机粉碎，过80目筛，将过筛后的沸石粉放于马弗炉中在350℃条件下焙烧2h，冷却至室温后将沸石粉装入吸附柱中，然后用1mol/L的氯化钠溶液以0.25m/h的流速顺流通过所述吸附柱，当10倍于沸石体积的1mol/L的氯化钠溶液通过所述吸附柱后，改性活化结束，取出改性活化后的沸石，在鼓风干燥箱中于105~110℃条件下，干燥2h后得到改性沸石粉;
(3)原料混合：将步骤(1)制得的粉末状给水干污泥、步骤(2)制得的改性沸石粉及造孔剂碳酸氢钠按照质量百分比分别为：50~60%、35~49%及1~5%的比例，加入到搅拌混合釜中进行搅拌混合30min，制得混合料;
(4)成球：将步骤(3)所制得的混合料转入到转盘造粒机中，加入水后进行造粒，加入水的质量是所述混合料质量的 5%，得到粒径在2~7mm的球形生料;
(5)球形生料预处理：将步骤(4)所制得的球形生料放入鼓风干燥箱中，于105~110℃条件下，干燥60min，得到烘干料;
(6)焙烧：将步骤(5)所制得的烘干料放入马弗炉中，设定马弗炉升温速率为5℃/min，马弗炉温度从室温逐渐升到1000℃后恒温焙烧30min，得到焙烧后的陶粒，然后自然冷却至室温;
(7)将步骤(6)所制得的陶粒进行筛分，去掉不合格产品，得到不同粒径的陶粒成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所制备的陶粒用于微污染水预处理。
说明书
用于微污染水预处理的沸石给水污泥陶粒的制备方法
技术领域
本发明属于微污染水预处理技术领域，具体涉及用于微污染水预处理的沸石给水污泥陶粒的制备方法。
背景技术
近年来，随着工业的高速发展、城市化进程的加快以及农用化学品种类和数量的增加，我国大部分城镇饮用水源已受到不同程度的污染，多数已转变为微污染水源，水中有机物、氨氮等污染物超过地表水环境质量III类水体的标准。传统的给水处理工艺混凝—沉淀—过滤—消毒不仅对微污染水源中有机物和氨氮去除效果有限，而且处理过程中还会出现危害较大的氯化消毒副产物，很难达到GB5749-2006国家饮用水标准。研究表明，在传统给水处理工艺前加上生物预处理技术是解决微污染水源中溶解性有机物和氨氮的经济、有效方法。
在给水处理中，生物预处理技术大都采用生物膜法，而生物滤料是其核心部位。目前常见的滤料主要有陶粒、塑料填料、软性填料、组合填料等。陶粒是最成熟、最常用的生物预处理填料。而常规的粘土陶粒主要是依靠其上生长的微生物的生理活动来降解水中有机物和氨氮，温度较低时，微生物活动减弱，处理效果不理想。
沸石是呈架状结构的多孔性含水铝硅酸盐晶体的总称，因其内部存在很多大小均一的微孔和通道且彼此相联，使沸石具有巨大的表面积，成为微生物生长的良好载体。另一方面，沸石的巨大活性表面使其具有强大的色散力，而沸石孔穴中分布的阳离子和部分架氧具有负电荷相互平衡，从而在离子周围形成强大的电场，故沸石又具有静电力。色散力与静电力的加和造成沸石的吸附力特别强，由于静电力的存在，使得沸石对极性、不饱和、易极化分子具有优先的选择吸附作用。因此，沸石对水中氨氮及极性有机物污染物有较强的离子交换及吸附性能。为充分利用沸石对氨氮及有机物有良好的吸附性能，同时又是生物生长的良好载体，天然沸石粉碎到合适粒径后作为填料已经被用到微污染水源水的生物与处理中。但是，由于粉碎后的沸石，多为不规则的粒状，空隙率不均匀，空隙率的大的地方，曝气量太多，空隙率小的地方，曝气量太小，甚至产生厌氧环境，这些均对处理效果产生影响。
给水厂污泥产生于城市自来水的生产过程中，目前主要作为废弃物被进行垃圾填满处理，这既增加了给水厂的生产成本，又占用了大量的土地资源，因此给水厂污泥的资源化问题值得探讨。由于其成份与常规的粘土相似，有研究者用给水污泥代替粘土来生产陶粒，但所生产陶粒多用于高强度混凝土制作，从而用作建筑材料。用作建筑材料的陶粒，主要强调陶粒的强度，而微污染水源水生物预处理用的陶粒，除了需满足一定的强度外，还需表面粗糙，有一定的孔径，有利于生物膜的生长，因此与建筑用陶粒在产品要求及制作方法上存在明显不同。中国专利申请CN101955347公开了“沸石玻璃多孔轻质材料的制造方法”，利用天然沸石、废玻璃、给水厂污泥等为主要原料生产多孔材料。一方面，该专利生产的多孔材料为厚度为2cm的长方体，不适宜用作微生物的载体;另一方面，该专利使用天然沸石作为原料，由于天然沸石内孔被多种杂质堵塞，吸附性能受到很大限制。至今为止，还没有利用给水厂污泥、改性沸石粉等作为基本原料制作用于微污染水源水生物预处理陶粒的报道。
发明内容
针对现有技术存在的以上技术问题，为了将沸石对氨氮和极性有机物的强吸附性能与生物氧化作用结合起来，强化微污染水源水中氨氮和有机物的去除效果以及解决给水厂污泥资源化的问题，本发明提供了一种以给水厂脱水污泥、改性沸石粉等为主要原料，加入造孔剂烧制而成的微污染水生物预处理用沸石基给水污泥陶粒及制备方法。
本发明所提供用于微污染水预处理的沸石给水污泥陶粒的制备方法的具体步骤如下：
(1)制备给水干污泥：将给水厂含水率80wt%的脱水污泥，在105~110℃干燥2h，得到含水率52 wt%的给水干污泥，然后将所述给水干污泥在粉碎机中粉碎，过80目筛，得到粒径小于80目的粉末状给水干污泥;
(2)制备改性沸石粉：将天然沸石用粉碎机粉碎，过80目筛，将过筛后的沸石粉放于马弗炉中在350℃条件下焙烧2h，冷却至室温后将沸石粉装入吸附柱中，然后用1mol/L的氯化钠溶液以0.25m/h的流速顺流通过所述吸附柱，当10倍于沸石体积的1mol/L的氯化钠溶液通过所述吸附柱后，改性活化结束，取出改性活化后的沸石，在鼓风干燥箱中于105~110℃条件下，干燥2h后得到改性沸石粉;
(3)原料混合：将步骤(1)制得的粉末状给水干污泥、步骤(2)制得的改性沸石粉以及造孔剂碳酸氢钠按照质量百分比分别为：50~60%、35~49%以及1~5%的比例，加入到搅拌混合釜中进行搅拌混合30min，制得混合料;
(4)成球：将步骤(3)所制得的混合料转入到转盘造粒机中，加入水后进行造粒，加入水的质量是所述混合料质量的5%，得到粒径在2~7mm的球形生料;
(5)球形生料预处理：将步骤(4)所制得的球形生料放入鼓风干燥箱中，于105~110℃条件下，干燥60min，得到烘干料;
(6)焙烧：将步骤(5)所制得的烘干料放入马弗炉中，设定马弗炉升温速率为5℃/min，马弗炉温度从室温逐渐升到1000℃后恒温焙烧30min，得到焙烧后的陶粒，然后自然冷却至室温;
(7)将步骤(6)所制得的陶粒进行筛分，去掉不合格产品，得到不同粒径的陶粒成品。
本发明与常规的水处理用粘土陶粒相比具有以下优点：
(1)本发明以给水厂脱水污泥代替常规的粘土来制作陶粒，既对给水厂污泥进行了资源化利用，又保护了粘土资源。
(2)由于沸石具有很多孔隙和通道，本发明所制备的滤料表面粗糙度及比表面积都有明显增加，用于微污染水源水生物预处理技术，有利于微生物的挂膜生长。
(3)由于沸石的引入，该发明所制备的陶粒用于微污染水生物预处理中，将沸石的吸附与生物降解结合在一起，大大促进了氨氮和有机物的去除，尤其对氨氮去除效果提高较大，抗氨氮冲击负荷的能力明显增强。
具体实施方式
本实施方式提供的实施例1-3中各原料质量组成如下：
实施例1：60%的给水干污泥、35%的改性沸石粉及5%的造孔剂碳酸氢钠。
实施例2：50%的给水干污泥、49%的改性沸石粉及1%的造孔剂碳酸氢钠。
实施例3：55%的给水干污泥、42%的改性沸石粉及3%的造孔剂碳酸氢钠。
具体的制备过程如下：
(1)制备给水干污泥：将给水厂含水率80wt%的脱水污泥，在105~110℃干燥2h，得到含水率52 wt%的给水干污泥，然后将所述给水干污泥在粉碎机中粉碎，过80目筛，得到粉末状给水干污泥;
(2)制备改性沸石粉：将天然沸石用粉碎机粉碎，过80目筛，将过筛后的沸石粉放于马弗炉中在350℃条件下焙烧2h，冷却至室温后将沸石粉装入吸附柱中，然后用1mol/L的氯化钠溶液以0.25m/h的流速顺流通过所述吸附柱，当10倍于沸石体积的1mol/L的氯化钠溶液通过所述吸附柱后，改性活化结束，取出改性活化后的沸石，在鼓风干燥箱中于105~110℃条件下，干燥2h后得到改性沸石粉;
(3)原料混合：将步骤(1)制得的粉末状给水干污泥、步骤(2)制得的改性沸石粉以及造孔剂碳酸氢钠加入到搅拌混合釜中进行搅拌混合30min，制得混合料;
(4)成球：将步骤(3)所制得的混合料转入到转盘造粒机中，加入水后进行造粒，加入水的质量是所述混合料质量的5%，得到粒径在2~7mm的球形生料;
(5)球形生料预处理：将步骤(4)所制得的球形生料放入鼓风干燥箱中，于105~110℃条件下，干燥60min，得到烘干料;
(6)焙烧：将步骤(5)所制得的烘干料放入马弗炉中，设定马弗炉升温速率为5℃/min，马弗炉温度从室温逐渐升到1000℃后恒温焙烧30min，得到焙烧后的陶粒，然后自然冷却至室温;
(7)将步骤(6)所制得的陶粒进行筛分，去掉不合格产品，得到不同粒径的陶粒成品。
实施例1-3所制备的陶粒均符合《水处理用人工陶粒滤料》的相关规定。
