專利名稱：一種曝氣生物濾池用雙層復(fù)合生物濾料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾料及制備方法，具體涉及一種曝氣生物濾池用雙層復(fù)合生物濾料及
其制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，在生物膜法中，曝氣生物濾池是重要設(shè)備之一，曝氣生物濾池 (Biological Aerated Filter, BAF)具有工藝簡(jiǎn)單、處理效率高、占地面積小、有機(jī)容積負(fù) 荷大、停留時(shí)間短、集生物氧化和截留懸浮固體于一體、節(jié)省二沉池、投資少、能耗低、出水 水質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)；在使用過(guò)程中，濾料在濾池中形成生物膜，生物膜由細(xì)菌、真菌、藻類、原生 動(dòng)物、后生動(dòng)物等組成；當(dāng)污水流經(jīng)濾床時(shí)，有一部分污染物和細(xì)菌附著在濾料表面上，微 生物便在濾料表面大量繁殖，形成一層生物膜，其厚度約為2mm ;污水中的有機(jī)污染物經(jīng)微 生物好氧代謝而降解，產(chǎn)物為C02、 H20、 NH3等；生物膜內(nèi)層的微生物則進(jìn)行厭氧代謝，產(chǎn)物 為有機(jī)酸、乙醇和H2S等；由于微生物的不斷繁殖，生物膜逐漸增厚，當(dāng)超過(guò)一定厚度時(shí)，內(nèi) 層微生物因得不到充分的養(yǎng)料而進(jìn)入內(nèi)源代謝，失去其粘附在濾料上的性能，脫落下來(lái)隨 水流出濾池，濾料表面再重新長(zhǎng)出新的生物膜；濾料表面的物化性能影響著微生物的生長(zhǎng)、 繁殖、脫落和形態(tài)；濾料本身還可以吸附并截留污水中的懸浮物，阻擋氣泡，增加其在水中 的停留時(shí)間和氣、液接觸表面積，減少曝氣量，從而節(jié)約能源，并減少設(shè)備體積；因此，高性 能生物濾料的研究和開(kāi)發(fā)是BAF工藝的關(guān)鍵。 目前，生物濾料主要為有機(jī)高分子濾料和無(wú)機(jī)濾料；有機(jī)高分子濾料有聚苯乙烯、 聚氯乙烯、聚丙烯等，它們與微生物間的相容性較差，掛膜時(shí)生物量少，易脫落，處理效果 不太好，且價(jià)格昂貴，在BAF工藝中應(yīng)用不多；無(wú)機(jī)濾料主要有石英砂、火山巖、活性炭、無(wú) 煙煤、沸石等；石英砂由于存在密度大、比表面積小、孔隙率低、濾池運(yùn)行周期短、水頭損失 增長(zhǎng)較快、沖洗水消耗大等缺點(diǎn)，現(xiàn)已基本不單獨(dú)使用；活性炭和火山巖價(jià)格較昂貴；無(wú)煙 煤、沸石孔徑相對(duì)較小，易堵塞，反沖洗阻力較大。 由于無(wú)機(jī)生物濾料所存在的各種缺陷，國(guó)內(nèi)外濾料專家對(duì)其進(jìn)行了大量改性研 究，主要分為濾料表面改性和復(fù)合改性研究；表面改性后可使孔隙率小的濾料微孔增多、比 表面積變大，豐富了固體表面的活性中心，增強(qiáng)了其去除水中雜質(zhì)離子的性能，使過(guò)濾效果 提高，出水水質(zhì)明顯改善；復(fù)合濾料主要是各類陶粒濾料，其來(lái)源廣泛，可以針對(duì)不同水質(zhì)； 各種改性的無(wú)機(jī)生物濾料逐漸成為BAF濾料的主體。 2005年9月28日授權(quán)公告的CN1220543C專利"一種用于水處理的生物活性濾料
及其焙制工藝"，采用黏土為主要原料，用木質(zhì)素和磺酸鹽作為塑化劑，聚乙烯醇作為發(fā)泡
劑等制備濾料，但實(shí)際使用過(guò)程中，COD和氨氮去除率都不高，最大為70%左右。 2006年12月27日授權(quán)公告的CN1291926C專利"一種用于廢水處理球型煤質(zhì)微
孔生物濾料的制造方法"，采用煤及粘結(jié)劑在成球后于100 60(TC成形；2008年10月8日
授權(quán)公告的CN100423808C專利"凹凸棒陶粒濾料的生產(chǎn)方法"，采用凹凸棒黏土、煤矸石、
火山灰在350 50(TC燒結(jié)成形；以上兩專利由于燒結(jié)成形溫度低，沒(méi)有達(dá)到陶瓷化溫度，酸溶蝕率和堿溶蝕率較高，強(qiáng)度及耐磨性較差，可以用于水質(zhì)凈化的吸附劑，但不適合作為 曝氣生物濾池的濾料使用，因?yàn)椴荒头礇_洗。 2007年12月19日授權(quán)公告的CN100355671C專利"一種應(yīng)用于生物曝氣濾池工 藝中的新型濾料"，采用粉煤灰、水泥、海泡石等制備濾料，由于是通過(guò)水泥陳化養(yǎng)護(hù)制備所 得，強(qiáng)度和孔隙率不如高溫?zé)Y(jié)的陶粒濾料。 2008年7月23日授權(quán)公告的CN101224359A專利"可懸浮型復(fù)合粘土濾料的制備 方法"，采用發(fā)泡聚乙烯表面覆蓋凹土，制備的樣品可以懸浮，比較適合養(yǎng)魚(yú)廢水處理，由于 自身在水中懸浮滾動(dòng)碰撞摩擦較大，不太適合曝氣生物濾池掛膜。 2008年9月10日授權(quán)公告的CN100417605C專利"高效生物濾料及其制備方法"， 采用紅土礦和粉煤灰在1050 125(TC燒結(jié)成團(tuán)后粉碎制得，由于紅土礦孔隙率較小，制備 的濾料比表面也較小，而且不規(guī)則濾料增加了水流阻力，需要提高曝氣生物濾池的反沖洗 壓力。 2008年10月29日授權(quán)公告的CN101293768A專利"一種生物濾料及其制備方法"， 采用黏土、粉煤灰、造孔劑等制備而成，造孔劑為價(jià)格相對(duì)昂貴、化學(xué)性質(zhì)非常活潑、危險(xiǎn)性 高的電石，提升了濾料的制備成本。 2009年1月21日授權(quán)公告的CN100453503C專利"生物陶粒濾料及其制備方法"， 采用粉煤灰、淤泥、羥甲基纖維素為粘結(jié)劑制備濾料，并通過(guò)表面涂鐵改性，提高氨氮靜態(tài) 吸附能力，但對(duì)生物掛膜作用不大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種曝氣生物濾池用雙層復(fù)合生物濾料及其制備方法， 采用該制備方法得到的雙層復(fù)合生物濾料表面粗糙，空隙率高，耐磨性好，強(qiáng)度大，易掛膜， 經(jīng)濟(jì)和實(shí)用性強(qiáng)。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該雙層復(fù)合生物濾料由內(nèi)外層復(fù)合而成；內(nèi)層由 凹土和粉煤灰組成，其重量比為4 : 6;外層由凹土、硅藻土和煤粉組成，其重量比為
7-10 : 9-12 : i。 本發(fā)明的雙層復(fù)合生物濾料的制備方法是首先，凹土與粉煤灰分別磨成100目 的粉，凹土與粉煤灰的100目粉按重量比4 : 6混合均勻，在造粒機(jī)內(nèi)成形為粒徑5 6mm 的實(shí)心小球內(nèi)核；其次，凹土、硅藻土、煤粉分別磨成100目的粉，凹土、硅藻土、煤粉的100
目粉按重量比7-i0 : 9-12 : i混合均勻，混合粉連續(xù)緩慢加入造粒機(jī)內(nèi)，繼續(xù)在實(shí)心小球
內(nèi)核表面包覆造粒，獲得直徑為7 8mm的成品小球；最后，成品小球自然晾干24小時(shí)，在 恒溫鼓風(fēng)干燥箱中12(TC干燥2h取出，直接放到箱式電阻爐中950°C 105(TC燒結(jié)20min， 自然冷卻，得雙層復(fù)合生物濾料。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、通過(guò)大量動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了雙層復(fù)合生物濾料，外層的組
分膜性能好，內(nèi)層的組分相對(duì)廉價(jià)，整體具有適中孔隙率，內(nèi)核強(qiáng)度高； 2、凹凸棒黏土 (簡(jiǎn)稱凹土 )，是一種富鎂的硅酸鹽，晶體結(jié)構(gòu)屬于2:1型層鏈狀黏
土礦物，其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)賦予了很高的使用價(jià)值；一方面其具有較大的比表面積，可以
作為良好的濾料組分；另一方面凹土自身具有很好的黏性，便于濾料成形，無(wú)須再加入其它
粘結(jié)劑；凹凸棒土礦物幾乎遍及世界各地，我國(guó)江蘇、安徽、山東、遼寧等地探明許多凹凸棒
4土礦點(diǎn)，產(chǎn)量以江蘇淮安的盱眙地區(qū)居首位，現(xiàn)已探明其儲(chǔ)量高達(dá)2. 72億噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)5 億噸，占中國(guó)凹凸棒土儲(chǔ)量的70%，占全球凹凸棒土總儲(chǔ)量的近50%，為世界優(yōu)質(zhì)礦藏；
3、硅藻是一種生活在?；蚝璧刂械奈Ⅲw硅質(zhì)生物，屬多孔殼單細(xì)胞藻類，個(gè)體 直徑僅在顯微鏡下分辨，硅藻經(jīng)歷自然繁殖過(guò)程到最后死亡，有機(jī)質(zhì)消失，骨骼沉入水底可 形成硅藻堆積，在適宜的沉積環(huán)境和地質(zhì)條件下，堆積成硅藻土礦床，目前已在吉林、云南、 浙江等14個(gè)省、自治區(qū)發(fā)現(xiàn)了硅藻土礦，在已發(fā)現(xiàn)的礦床中，以吉林長(zhǎng)白山地區(qū)、浙江嵊州 市規(guī)模最大、儲(chǔ)量最多，儲(chǔ)量均在億噸以上，位居世界前列，由于硅藻土具有獨(dú)特的微孔結(jié) 構(gòu)、孔隙率高、重量輕、強(qiáng)吸附性等物理性質(zhì)，因此廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，正是由于其 本身就是微生物硅化后形成的，所形成的空隙特別適合生物膜中微生物的生長(zhǎng)；
4、粉煤灰是燃煤過(guò)程中排出的一種固體廢棄物，發(fā)電廠等燃煤企業(yè)每年排放大 量的粉煤灰，如不妥善處理，必將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，粉煤灰在形成過(guò)程中，部分氣體未 逸出被裹在顆粒內(nèi)形成封閉性孔穴，內(nèi)部雖然呈蜂窩狀，吸附性能卻很小，不如凹土和硅藻 土，但廉價(jià)易得； 5、通過(guò)大量試驗(yàn)得知，凹土與硅藻土復(fù)合制備的生物濾料用于曝氣生物濾池掛膜 處理污水，綜合性能明顯優(yōu)于凹土與粉煤灰復(fù)合的生物濾料，濾料外表面形成的生物膜一 般厚度為2mm，濾料實(shí)體表面則是微生物繁殖生長(zhǎng)的地方，主要集中在濾料約lmm厚的表 面層，由于硅藻土屬于非金屬礦，價(jià)格遠(yuǎn)高于廢棄物的粉煤灰，因此，新開(kāi)發(fā)的生物濾料采 用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為凹土與粉煤灰復(fù)合體，最外層為凹土、硅藻土及煤粉的復(fù)合層，成本低廉. 6、擴(kuò)孔劑采用煤粉，即由精煤磨細(xì)而成，價(jià)格適中，質(zhì)量易于控制； 7、擴(kuò)孔劑煤粉的加入能形成較大的內(nèi)部孔道，有利于濾料上微生物生長(zhǎng)，獲得適
中的空隙率和較高的耐壓強(qiáng)度，使用壽命長(zhǎng)； 8、焙燒溫度范圍為950°C 1050°C，達(dá)到陶瓷化溫度，酸溶蝕率和堿溶蝕率較低， 顆粒表面不會(huì)出現(xiàn)部分釉化，內(nèi)部微孔也不會(huì)熔融，濾料有效比表面增大，有利于掛膜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)解決方案，這些實(shí)施例不能理解為
是對(duì)技術(shù)方案的限制。
實(shí)施例1 : 凹土與粉煤灰分別磨成100目的粉，凹土與粉煤灰的100目粉按重量比4 : 6混 合均勻，在造粒機(jī)內(nèi)制備為粒徑5 6mm的實(shí)心小球內(nèi)核；凹土、硅藻土、煤粉分別磨成100
目的粉，凹土、硅藻土、煤粉的i00目粉按重量比為7 : 12 : i混合均勻，連續(xù)緩慢加入造
粒機(jī)內(nèi)，繼續(xù)在實(shí)心小球內(nèi)核表面包覆造粒，獲得直徑為7 8mm的成品小球；自然晾干24 小時(shí)，在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中12(TC干燥2h取出，直接放到箱式電阻爐中IOO(TC燒結(jié)20min， 自然冷卻，即為雙層復(fù)合生物濾料。 在曝氣生物濾池掛膜后，正常進(jìn)水，測(cè)定入水COD約為380 390mg/L，NH3-N約為 9 12mg/L，水力停留時(shí)間約為4小時(shí)，14天后水處理效果基本穩(wěn)定，再后5天出水COD平 均去除率為85. 3%， NH3-N平均去除率為93. 2% 。
實(shí)施例2 :
凹土與粉煤灰分別磨成100目的粉，凹土與粉煤灰的100目粉按重量比4 : 6混 合均勻，在造粒機(jī)內(nèi)制備為粒徑5 6mm的實(shí)心小球內(nèi)核；凹土、硅藻土、煤粉分別磨成100
目的粉，凹土、硅藻土、煤粉的i00目粉按重量比為7 : 12 : i混合均勻，連續(xù)緩慢加入造
粒機(jī)內(nèi)，繼續(xù)在實(shí)心小球內(nèi)核表面包覆造粒，獲得直徑為7 8mm的成品小球；自然晾干24 小時(shí)，在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中12(TC干燥2h取出，直接放到箱式電阻爐中95(TC燒結(jié)20min，自 然冷卻，即為雙層復(fù)合生物濾料。14天后水處理效果基本穩(wěn)定，再后5天出水COD平均去除 率為89. 5%， NH3-N平均去除率為96. 4% 。
實(shí)施例3 : 凹土與粉煤灰分別磨成100目的粉，凹土與粉煤灰的100目粉按重量比4 : 6混 合均勻，在造粒機(jī)內(nèi)制備為粒徑5 6mm的實(shí)心小球內(nèi)核；凹土、硅藻土、煤粉分別磨成100 目的粉，凹土、硅藻土、煤粉的100目粉按重量比為7 : 12 : l混合均勻，連續(xù)緩慢加入造 粒機(jī)內(nèi)，繼續(xù)在實(shí)心小球內(nèi)核表面包覆造粒，獲得直徑為7 8mm的成品小球；自然晾干24 小時(shí)，在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中12(TC干燥2h取出，直接放到箱式電阻爐中105(TC燒結(jié)20min， 自然冷卻，即為雙層復(fù)合生物濾料。14天后水處理效果基本穩(wěn)定，再后5天出水COD平均去 除率為87. 4%， NH3-N平均去除率為94. 6% 。
實(shí)施例4: 除了在實(shí)心小球內(nèi)核外繼續(xù)加凹土、硅藻土、煤粉按重量比為8.5 : 10.5 : l的 混合粉，造粒為7 8mm的成品小球，其余條件同實(shí)施例1不變。14天后水處理效果基本穩(wěn) 定，再后5天出水COD平均去除率為81. 5%， NH3-N平均去除率為89. 7% 。
實(shí)施例5 : 除了在實(shí)心小球內(nèi)核外繼續(xù)加凹土、硅藻土、碳粉重量比為8.5 : 10.5 : l的粉 末，造粒為7 8mm的成品小球，其余條件同實(shí)施例2不變。14天后水處理效果基本穩(wěn)定， 再后5天出水COD平均去除率為84. 3%， NH3-N平均去除率為92. 6% 。
實(shí)施例6 : 除了在實(shí)心小球內(nèi)核外繼續(xù)加凹土、硅藻土、碳粉重量比為10 : 9 : l的粉末，造 粒為7 8mm的成品小球，其余條件同實(shí)施例3不變。14天后水處理效果基本穩(wěn)定，再后5 天出水COD平均去除率為82. 1%， NH3-N平均去除率為91. 3% 。 本發(fā)明的實(shí)施例所采用各成分的具體數(shù)值只在于表示相互間的比例關(guān)系，其在實(shí) 際應(yīng)用中不限于該數(shù)值的使用，只要符合相互間的比例關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所以 都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)；同時(shí)，由于在制備過(guò)程中有許可誤差的存在，本發(fā)明所提到 的數(shù)值也只是具有指導(dǎo)性的意義，所以在實(shí)際應(yīng)用中只要使用了本發(fā)明所述過(guò)程的制備及 改性條件，即應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種曝氣生物濾池用雙層復(fù)合生物濾料，其特征在于該雙層復(fù)合生物濾料由內(nèi)外層復(fù)合而成；內(nèi)層由凹土和粉煤灰組成，其重量比為4∶6；外層由凹土、硅藻土和煤粉組成，其重量比為7-10∶9-12∶1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曝氣生物濾池用雙層復(fù)合生物濾料的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟首先，凹土與粉煤灰分別磨成100目的粉，凹土與粉煤灰的100目粉按重量比4 : 6混合均勻，在造粒機(jī)內(nèi)成形為粒徑5 6mm的實(shí)心小球內(nèi) 核；其次，凹土、硅藻土、煤粉分別磨成100目的粉，凹土、硅藻土、煤粉的100目粉按重量比7-10 : 9-12 : i混合均勻，混合粉連續(xù)緩慢加入造粒機(jī)內(nèi)，繼續(xù)在實(shí)心小球內(nèi)核表面包覆造粒，獲得直徑為7 8mm的成品小球；最后，成品小球自然晾干24小時(shí)，在恒溫鼓風(fēng)干燥 箱中12(TC干燥2h取出，直接放到箱式電阻爐中950°C 105(TC燒結(jié)20min，自然冷卻，即 為雙層復(fù)合生物濾料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種曝氣生物濾池用雙層復(fù)合生物濾料，該雙層復(fù)合生物濾料由內(nèi)外層復(fù)合而成；內(nèi)層由凹土和粉煤灰組成，其重量比為4∶6；外層由凹土、硅藻土和煤粉組成，其重量比為7-10∶9-12∶1。凹土與粉煤灰混合均勻，在造粒機(jī)內(nèi)成形為實(shí)心小球內(nèi)核；凹土、硅藻土、煤粉混合均勻，混合粉連續(xù)緩慢加入造粒機(jī)內(nèi)，繼續(xù)在實(shí)心小球內(nèi)核表面包覆造粒，獲得成品小球；成品小球自然晾干24小時(shí)，在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中120℃干燥2h取出，直接放到箱式電阻爐中950℃～1050℃燒結(jié)20min，自然冷卻得雙層復(fù)合生物濾料。采用該制備方法得到的雙層復(fù)合生物濾料表面粗糙，空隙率高，耐磨性好，強(qiáng)度大，易掛膜，經(jīng)濟(jì)和實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)C04B33/135GK101759281SQ20101001838
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者胡濤, 金葉玲, 錢(qián)運(yùn)華, 陳靜 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院