專利名稱：高效生物濾料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種適用于生物曝氣濾池中的濾料及其濾料的制備方法。
背景技術(shù)：
生物曝氣濾池是一種高效節(jié)能的污水處理新技術(shù)，具有處理效果好，水力停留時間短、容積小、占地面積少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外已得到普遍的使用。
生物曝氣濾池的處理效果和經(jīng)濟(jì)性與采用的濾料性質(zhì)有密切的關(guān)系。生物曝氣濾池的濾料有比重小于1的懸浮濾料，一般采用輕質(zhì)塑料制成，如聚丙烯、聚乙烯等。這些濾料的價格昂貴，使生物曝氣濾池的工程投資大大提高，特別是在我國，尚難在實(shí)際工程中推廣使用。目前普遍使用的是比重大于1的固定性濾料，如石英砂、焦碳、無煙煤、陶粒以及一些其它的礦物材料，其中以陶粒的性能為最好，目前大多使用的是球狀燒結(jié)陶粒濾料，其工藝為采用黏土經(jīng)配料、成型、燒結(jié)成粒狀，具有強(qiáng)度高、密度低、耐水和化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，但存在的問題是1.經(jīng)燒結(jié)的陶粒濾料一般經(jīng)成型燒結(jié)后，外表面比較光滑，在水處理的過程中，不易掛膜，影響了水處理的效果；2.陶粒濾料的比表面積低，空隙率不高。
專利號01122346.4名稱為《一種強(qiáng)力掛膜濾料及其生產(chǎn)方法》，公開了一種濾料及其濾料的生產(chǎn)方法，主要以紅泥及粉煤灰作為原料，其生產(chǎn)工藝為配料、成型、燒結(jié)成粒狀，這種濾料經(jīng)使用在水處理的過程中，掛膜效果不理想，經(jīng)測定其比表面積與空隙率都較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種高效生物濾料及其制備方法。本發(fā)明在制備方法中先團(tuán)球，燒結(jié)后、要破碎，滾磨去棱角，篩分而成，產(chǎn)品的性能介于陶與瓷之間，燒結(jié)的陶粒經(jīng)破碎呈不規(guī)則形，表面粗糙度大大增加。具有大孔結(jié)構(gòu)，密度低、表面粗糙、有效的真實(shí)的比表面積大、價格便宜。
本發(fā)明的目的可以通過采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種高效生物濾料，包括有重量份為70％-90％的紅土礦，重量份為10％-30％粉煤灰。其主要特點(diǎn)是所述的濾料粒為破碎后的不規(guī)則形狀的濾料，其粒徑為3-8mm。
紅土礦的化學(xué)成分見表1表1

粉煤灰的化學(xué)成分見表2表2

所述的高效生物濾料的制備方法，取重量份為70％-90％的紅土礦破碎至粉狀，在130-170℃溫度下烘干；取重量份為10％-30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均勻，加水混合團(tuán)球，烘干后入窯煅燒，溫度為1050-1250℃，出窯后自然冷卻，經(jīng)破碎，滾磨去棱角，篩分，使其粒度為3-8mm。
所述的高效生物濾料的制備方法還包括有所述的加水混合團(tuán)球，其粒徑為8-20mm。
濾料的表面光滑，生物膜難于牢固附著，不易掛膜，很難使濾料層中保持高濃度的生物量，不易取得良好又穩(wěn)定的處理效果，故生物曝氣濾池濾料的表面應(yīng)粗糙。破碎后的濾料表面形狀不規(guī)則，粗糟度明顯高于未破碎的濾料。其粒徑為3-8mm。粒徑小，顆粒大小均勻，處理效果較好，但粒徑過小，水頭損失大，濾料層被堵塞的速度快，反沖洗頻繁。
本發(fā)明的化學(xué)成分見表3。
表3化學(xué)成分分析結(jié)果

表4本發(fā)明生物濾料與市售球狀燒結(jié)濾料的物理性能的對比

需要說明的是，目前國內(nèi)測定陶粒濾料的比表面積，因受儀器所限，都需將濾料破碎后測定所測值偏高，本發(fā)明真實(shí)比表面積的測定是由中科院蘭州分院分析測試中心現(xiàn)代化學(xué)分析測試部采用快速比表面積和孔隙分析儀測試，該儀器是在不將濾料破碎的情況下測定的。
由表4可知本發(fā)明生物濾料的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)，除了強(qiáng)度低于市售球狀燒結(jié)陶粒濾料外，其它指標(biāo)均優(yōu)于球狀燒結(jié)濾料。2號生物濾料的強(qiáng)度指標(biāo)較低，但也達(dá)到4.0Mpa，用做生物曝氣濾池的濾料強(qiáng)度完全符合要求，。本生物濾料與市售球狀燒結(jié)陶粒濾料相比，堆積密度為其65.5％，表觀密度為其74.7％-77.4％，空隙率可比其高出6-9個百分點(diǎn)，比表面積為其4.5倍，經(jīng)計(jì)算，每m3生物濾料真實(shí)的總表面積可達(dá)到6.48×105m2。從外觀上還可判定，本生物濾料的表面比市售球狀燒結(jié)濾料的表面粗糙的多，并能觀察到濾料具有大孔結(jié)構(gòu)。由此可見，本發(fā)明生物濾料具有優(yōu)良的物理性能。
堆積密度和表觀密度對于固定型的濾料，要求表觀密度大于水，在水中不會漂浮。在此前提下，密度較小的濾料易于反沖洗。生物曝氣濾池的反沖洗對濾池的穩(wěn)定工作具有重要意義，一般采用氣水聯(lián)合反沖，要求有一定的反沖洗強(qiáng)度和時間，若反沖洗的強(qiáng)度和時間不夠，會引起濾層中產(chǎn)生局部積泥現(xiàn)象，導(dǎo)致處理效果下降。密度低的濾料反沖容易，反沖洗所需的強(qiáng)度低，反沖洗的用水量少。
抗壓強(qiáng)度和耐磨性能反映濾料的機(jī)械性能。濾料應(yīng)在一定的壓力下不會破碎，在反沖洗時不應(yīng)由于濾料的運(yùn)動引起濾料顆粒間的磨擦而損耗。
空隙率是指濾料層中濾料顆粒間的總空隙容積占濾料層總堆積容積的比例，與濾料的形狀和級配有關(guān)。在一般情況下，濾料層的空隙率大為好，因?yàn)榭障堵蚀?，濾料層可能持有的生物膜量大，處理效果好，發(fā)生堵塞的機(jī)會少，運(yùn)行周期也長一些。但空隙率過大，會使生物膜的外表面積降低，也會使效果變差，一般最好為50％左右。
濾料在水中經(jīng)長期浸泡應(yīng)不影響其強(qiáng)度，在污水中應(yīng)具有一定耐酸、堿的腐蝕能力。
比表面積是指單位重量(或容積)材料具有的表面積。比表面積大的材料一般都具有多孔結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部的空隙是互相貫通的。陶粒的密度小，是一種多孔性材料。據(jù)有些測定資料，陶粒的比表面積最多只有活性炭的千分之幾，可見陶粒內(nèi)部的空隙絕大部份是封閉的，作為吸附材料使用，不會有很好的吸附效果。陶粒濾料作為生物曝氣濾池的生物載體，需要具有較大的比表面積和較大的孔徑，才能使微生物進(jìn)入到這些大孔中去，增加生物膜的表面積，提高處理效果。
本發(fā)明的有益效果是，1.與目前國內(nèi)廣泛使用的陶粒濾料相比，具有大孔結(jié)構(gòu)、表面粗糙、空隙率適中、真實(shí)的比表面積大等特點(diǎn)，各項(xiàng)性能都能滿足作為生物曝氣濾池濾料的的要求，是一種性能優(yōu)良的生物曝氣濾池濾料。
2.采用實(shí)際污水與球狀陶粒濾料做處理效果的對比試驗(yàn)，在相同的試驗(yàn)條件下，本生物濾料對NH3-N、COD、BOD5、濁度的去除效果均優(yōu)于球狀燒結(jié)濾料，其中特別是對NH3-N的去除效果，當(dāng)在相同的出水NH3-N濃度時，生物濾料采用的容積負(fù)荷可比市售球狀燒結(jié)濾料高出約48％，且更適合用于深度去除氨氮。用于向下流的生物曝氣濾池，與市售球狀燒結(jié)陶粒濾料相比，可采用較低的反沖強(qiáng)度，節(jié)省反沖水量約1/4。
3.通過經(jīng)濟(jì)核算，本生物濾料的售價可比市售球狀燒結(jié)陶粒濾料降低約1/4。目前生物曝氣濾池采用的市售球狀燒結(jié)濾料，價格在2000元/m3以上，國外進(jìn)口的要達(dá)到4000元/m3，高于生物曝氣濾池土建費(fèi)用很多，在生物曝氣濾池的總投資費(fèi)用占有相當(dāng)大的比例。
本發(fā)明掛膜容易，生物持有量高，反沖洗簡單，具有一定的強(qiáng)度，耐水和化學(xué)穩(wěn)定性。
具體實(shí)施例方式以下所示之最佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1一種高效生物濾料，有重量份為70％的紅土礦，重量份為30％粉煤灰。濾料粒為破碎后的不規(guī)則形狀的濾料，其粒徑為3-8mm。
其制備方法取重量份為70％的紅土礦破碎至粉狀，在130-170℃溫度下烘干；取重量份為30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均勻，加水混合團(tuán)球，其粒徑為8-20mm。烘干后入窯煅燒，溫度為1050-1150℃，出窯后自然冷卻，經(jīng)破碎，滾磨去棱角，篩分，使其粒度為3-8mm。
實(shí)施例2一種高效生物濾料，有重量份為90％的紅土礦，重量份為10％粉煤灰。濾料粒為破碎后的不規(guī)則形狀的濾料，其粒徑為3-8mm。
其制備方法取重量份為90％的紅土礦破碎至粉狀，在130-170℃溫度下烘干；取重量份為10％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均勻，加水混合團(tuán)球，其粒徑為8-20mm。烘干后入窯煅燒，溫度為1100-1200℃，出窯后自然冷卻，經(jīng)破碎，滾磨去棱角，篩分，使其粒度為3-8mm。
實(shí)施例3一種高效生物濾料，有重量份為80％的紅土礦，重量份為20％粉煤灰。濾料粒為破碎后的不規(guī)則形狀的濾料，其粒徑為3-8mm。
其生產(chǎn)方法取重量份為80％的紅土礦破碎至粉狀，在130-170℃溫度下烘干；取重量份為20％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均勻，加水混合團(tuán)球，其粒徑為8-20mm。烘干后入窯煅燒，溫度為1150-1250℃，出窯后自然冷卻，經(jīng)破碎，滾磨去棱角，篩分，使其粒度為3-8mm。
上述濾料在蘭州市雁兒灣污水處理廠進(jìn)行了中試，采用該廠二沉池出水作為試驗(yàn)用的原水，對本發(fā)明生物濾料、市售球狀燒結(jié)濾料和市售活化沸石等濾料進(jìn)行了處理效果對比試驗(yàn)。
試驗(yàn)裝置共設(shè)三套，用有機(jī)玻璃制作的中試模型，分別填裝以上三種不同性質(zhì)的濾料，總設(shè)計(jì)處理水量為40m3/d。模型總高4.15m，其中濾料層高2.5m，與生產(chǎn)設(shè)備的高度一致。本發(fā)明生物濾料和球狀燒結(jié)濾料的粒徑相同，都為3-5mm，活化沸石的粒徑為1-3mm。三座模型同時運(yùn)行，可以保證試驗(yàn)的進(jìn)水水質(zhì)相同，使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性。
試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)市售的活化沸石對NH3-N具有很強(qiáng)的吸附效果，但去除NH3-N的效果很不穩(wěn)定，受進(jìn)水中NH3-N濃度的影響很大，有時當(dāng)進(jìn)水NH3-N濃度很低時，會出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，使氨氮的去除率出現(xiàn)負(fù)值，且粒徑偏小，水頭損失大，掛膜較難，價格高，不適合作為生物曝氣濾池的濾料。
在相同流量和進(jìn)水氨氮濃度下，市售球狀燒結(jié)濾料和本發(fā)明生物濾料出水氨氮濃度的比較。本發(fā)明濾料去除氨氮的效果明顯好于市售球狀燒結(jié)濾料。當(dāng)要求生物曝氣濾池出水氨氮濃度達(dá)到某一要求值時，若采用本發(fā)明生物濾料，設(shè)計(jì)的容積負(fù)荷可比采用的球狀燒結(jié)濾料提高約48％。
當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度較低時，由甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站提供的監(jiān)測結(jié)果表明，本發(fā)明生物濾料去除氨氮的效果好于市售球狀燒結(jié)濾料，對氨氮的去除率平均達(dá)到94.62％和99.07％，相應(yīng)的市售球狀燒結(jié)濾料只有69.81％和84.24％。本發(fā)明燒結(jié)濾料出水氨氮濃度都可低于0.5mg/L，而市售球狀燒結(jié)濾料要使出水氨氮濃度降到0.5mg/L比較困難，本發(fā)明生物濾料更適合深度去除氨氮。
由甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站提供的監(jiān)測結(jié)果表明本發(fā)明生物濾料去除COD的效果要好于市售球狀燒結(jié)濾料，對COD的去除率平均可達(dá)到72.51％和80.02％，相應(yīng)的市售球狀燒結(jié)濾料只有65.95％和71.76％。在相同流量和進(jìn)水COD濃度下，市售球狀燒結(jié)濾料和本發(fā)明生物濾料出水COD濃度的比較。若不計(jì)污水中難生物降解部份的COD，達(dá)到同樣的去除效果，采用本發(fā)明生物濾料，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷可比采用市售球狀燒結(jié)濾料高出約26％。
由甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站提供的監(jiān)測結(jié)果表明，在相同的流量和進(jìn)水濁度下，球狀燒結(jié)濾料和本發(fā)明生物濾料出水濁度的比較，球狀燒結(jié)濾料的濁度平均去除率為75.3％，本生物濾料的濁度平均去除率為77.1％。
由甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站對市售球形燒結(jié)濾料和本生物濾料去除BOD5效果的監(jiān)測結(jié)果表明本生物濾料去除BOD5的效果平均可達(dá)到46.70％和88.89％，較球狀燒結(jié)濾料的16.26％和59.28％好得多。
由反沖洗試驗(yàn)的結(jié)果可知，本生物濾料和市售球狀燒結(jié)濾料相比，達(dá)到同樣的反沖洗效果，本發(fā)明生物濾料可采用較低的反沖強(qiáng)度，反沖洗的總用水量可比球狀燒結(jié)濾料的節(jié)省約1/4，主要的原因是本發(fā)明生物濾料的視密度較小，采用較低的水反沖強(qiáng)度就可使濾料層松動。
權(quán)利要求
1.一種高效生物濾料，包括有重量份為70％-90％的紅土礦，重量份為10％-30％粉煤灰。其特征是所述的濾料粒為破碎后的不規(guī)則形狀的濾料，其粒徑為3-8mm。
2.如權(quán)利要求1所述的高效生物濾料的制備方法，其特征是取重量份為70％-90％的紅土礦破碎至粉狀，在130-170℃溫度下烘干；取重量份為10％-30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均勻，加水混合團(tuán)球，烘干后入窯煅燒，溫度為1050-1250℃，出窯后自然冷卻，經(jīng)破碎，滾磨去棱角，篩分，使其粒度為3-8mm。
3.如權(quán)利要求2所述的高效生物濾料的制備方法，其特征是還包括有所述的加水混合團(tuán)球，其粒徑為8-20mm。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及一種適用于生物曝氣濾池中的濾料及其濾料的制備方法。一種高效生物濾料，包括有重量份為70％－90％的紅土礦，重量份為10％－30％粉煤灰。其主要特點(diǎn)是所述的濾料粒為破碎后的不規(guī)則形狀的濾料，其粒徑為3－8mm。其生產(chǎn)方法，取重量份為70％－90％的紅土礦破碎至粉狀，在130－170℃溫度下烘干；取重量份為10％－30％的粉煤灰粉碎，使含水量＜3％后，混合均勻，加水混合團(tuán)球，烘干后入窯煅燒，溫度為1050－1250℃，出窯后自然冷卻，經(jīng)破碎，滾磨去棱角，篩分，使其粒度為3－8mm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，具有大孔結(jié)構(gòu)、表面粗糙、空隙率適中、真實(shí)的比表面積大等特點(diǎn)，各項(xiàng)性能都能滿足作為生物曝氣濾池濾料的要求，是一種性能優(yōu)良的生物曝氣濾池濾料。
文檔編號C02F3/10GK1876580SQ20061004290
公開日2006年12月13日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者張文華, 王剛 申請人:甘肅金橋給水排水設(shè)計(jì)與工程有限公司