一种废水处理用陶粒及其生产工艺 【技术领域】
本发明涉及环境治理，具体的说，是涉及在曝气生物滤池中处理废水用陶粒及其生产工艺。
背景技术
曝气生物滤池处理废水是80年代末和90年初兴起的废水处理工艺，已在英国、法国、印度、美国、日本等发达国家广为流行，目前世界已有70多座污水处理厂应用这种技术，曝气生物滤池，不仅用于水体富营养化处理，而且广泛的用于生活废水、生活杂排水和食品加工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品酿造等工业废水处理中。其特点是：1.占地面积小，为常规处理占地面积的1/5-1/10；2.处理水质量高，不需三级处理就能达到城市一般回用水标准；3.工艺流程短，节能；4.耐冲击负荷；5.国外已有70多例成功的经验，技术成熟。德国菲利普.穆勒(现属法国德利满公司的分公司)于1997年中标筹建的我国大连市马栏河12万吨/日的废水处理厂，处理工艺的核心就是以页岩陶粒为接触填料的曝气生物滤池。该工艺一级处理为沉淀池，二级处理为曝气生物池，省去了传统生物接触氧化工艺一氧池和二氧池后的一沉池和二沉池，构筑物占地仅为16.5亩(传统活性污泥法和氧化曝气法至少需150-180亩)，出水水质能达到城市一般回用水标准，可用于城市用水、城市绿化、工业企业冷却用水、建筑施工用水等。
本发明人在经营传统的石英砂滤料的过程中，于97年12月了解到法国德利满公司中标筹建的我国大连市马栏河12万吨/日的污水处理厂需要采用大量的陶粒滤料(8000m3)，且马栏河污水处理厂工程指挥部考虑到以后更换滤料的方便和民族工业的发展，要求德方全部或部分采用中国滤料。为了尽快的试制出符合德方要求的滤料，本发明人于1998年5月6日起，开始多次进行研究，结合当地优势的紫砂陶资源，在以石英砂为滤料传统产业的基础上，也试制成功了系列高效挂膜生物轻质陶粒滤料。进行的挂膜试验表明，这种滤料截留悬浮物能力强，挂膜性能良好，水流流态好，反冲洗容易进行。其形状规则，尺寸均一，比重小，克服了不规则粒状滤料水流阻力大，易于引起氧化池堵塞，反冲洗强度大，易冲刷破碎地缺点；其制造的主要原料为紫砂陶，强度大，表面粗糙，克服了玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维纶等规则滤料表面光滑、生物膜附着力差，易老化，或易产生强球现象和水流流态不理想的缺点。陶粒滤料更是我国传统的水处理片状陶粒滤料没有解决的一大难题。传统陶粒滤料生产常常是指烧结成大块陶粒，然后打碎、过筛成不规则的片状陶粒。
清华大学于2002年4月5日，提出专利申请号02103874.0、发明名称是“天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法及其应用”，以天然河沙为原料，与碳粉和碳化硅混合、球磨、烘干、烧结、保温、冷却后制得陶粒，用于污水处理，其中天然河沙含SiO250-75％，Al2O3含5-20％，结果是陶粒表现密度为0.7-1.2g/cm3。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术中存在的不足之处，而提供一种利用我国天然原料资源，结合现有的技术优势，研制出一种新型水处理陶粒(又称轻质陶粒或陶粒滤料)及其生产工艺。
本发明目的可以通过如下措施来实现：一种废水处理用陶粒，含有按下述重量百分比的配比为原料制成：紫砂陶50-65％，木粉30-48％，石英1-6％；优选紫砂陶54-63％，木粉35-44％，石英2-5％；较优选紫砂陶56-60％，木粉37-42％，石英3-4％；最优选紫砂陶57％，木粉40％，石英3％。陶粒的制备工艺按下列顺序的步骤进行：
(1)磨粉：把原料紫砂陶、石英磨粉为70-90目，木粉磨粉为90-110目，搅拌均匀；
(2)制粒：直径1-30mm颗粒；
(3)烧成：将颗粒于回转窑中烧成，烧成温度1185-1198℃，颗粒从进窑到出窑时间为120-150分钟，回转窑转速为1.58转/分；成品冷却、过筛、检验、包装、入库。
原料规格
(1)紫砂陶：成分如下：SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgOK2O Na2O 70 9.5 4.1 8.3 23.3 2.8
(2)木粉：用酥木磨成的粉，为90-110目。
(3)石英：成分如下： SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 97.7 0.1 0.2 2
陶粒物理性能 外观球状，表面色泽为红褐色，多微孔 不均匀系数 K80＝1.84粒径 0.5-32mm 盐酸可溶率 ≤0.83堆积密度 0.7-1.2g/cm3 氢氧化钠可溶率 ≤15.36％密度 1.2-2.6g/cm3 比表面积 2×104～1.5×103(cm2/g)孔隙率 55-58％ 溶出物 不含对人体有害的奥微量元 素破碎率和磨损率 ≤1.62％ 吸附力 碘值101级为活性炭吸附力 10％
轻质陶粒是在曝气生物滤池中处于核心地位。曝气生物滤池充分借鉴了废水处理接触氧化法和给水快速滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工作原理主要有过滤、吸附和生物代谢。滤池工作时，在滤池中装填一定量轻质陶粒滤料，陶粒滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气、废水流经时，利用陶粒滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对废水进行快速净化；同时，因废水流经时陶粒滤料呈压实状态，利用陶粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水飘出；此外，陶粒及附着其上生长的生物膜对溶解性有机物具有一定的吸附作用。运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。曝气生物滤池正是通过这样反复的周期性运转来处理污水的。
本发明相比现有技术具有如下优点：我国已建成的废水处理厂大多采用传统的活性污泥法或氧化沟曝气法。这两种方法处理的水质都能达到排水的一般要求，但不能达到城市一般回用水标准，而且投资和占地面积巨大，从而造成治理技术问题与资金问题，本发明采用有效的废水处理新工艺、新材料，为曝气生物滤池应用于我国废水处理解决了核心问题，同时，降低废水处理的投资和运行费用，节约用地，废水处理后的出水水质达到城市一般回用水标准，对我国社会发展及环境保护具有十分重要的意义。
本发明从未发现专利报道和刊登于相关文献上。
附图说明
图1本发明陶粒的工艺流程
图2使用本发明陶粒后，进出水COD变化曲线。
图3使用本发明陶粒后，进出水NH4-N变化曲线。
图中：1是-o-N滤柱出水，2是-□-CN滤柱出水，3是-△-原水。
具体实施方式
下面列举一个实施例，对本发明加以进一步说明，但本发明不只是限于这个实施例。
实施例1
在磨粉机中，分别将紫砂陶57公斤、石英3公斤磨成80目，木粉40公斤磨成100目，搅拌混合后，制成1-30mm颗粒，入回转窑中烧成，烧成温度1190℃，烧成时间135分，转速1.58转/分，成品冷却、过筛、检验、包装、入库。应用试验：
把本发明陶粒装入曝气生物滤池装置中，其中：
CN滤柱 高5.5m，内径200mm，(PVC管，自制)
N滤柱 高5.0m 内径200mm，(PVG管，自制)
卵石填充高度300mm
陶粒填充高度3.9m
陶粒滤料体积0.12m3(二个柱总计0.24m3)
卵石体积 0.01m3(二个柱总计0.02m3)
卵石直径 上层8～17mm 下层17～25mm
试验结果分析
1.挂膜过程：
整个挂膜过程分二个阶段进行。第一阶段是在滤柱中连续鼓入空气的情况下，隔半小时后用泵泵入半小时的废水，水速2m/h；第二阶段同样在滤柱中连续鼓入空气，并用泵连续泵入废水，水速由2m/h逐渐增至6.5m/h。第一阶段共用去10天的时间，第二阶段共用去8天时间，检测出水水质达到较稳定的出水，挂膜完成。
2.工艺参数的确定：
根据曝气生物滤池处理城市污水的特点，具体工艺参数选定如下：
过滤水速： 6.5m/h(最高8m/h)
气速： CN滤柱 7m/h
N滤柱 13m/h
反冲洗周期：24小时
反冲洗气速：90m/h
反冲洗水速：10～30m/h
3.结果分析：
参见图2、图3，由上述试验结果可知：
(1)以高效挂膜生物轻质陶粒为滤料的生物曝气工艺处理城市污水，对COD和NH4-N具有很高的去除效率。在进水浓度变化较大的情况下(COD36mg/L～210mg/L，NH4-N4.3mg/L～12.5mg/L)，CN滤柱出水的COD在70mg/L以下，N滤柱出水的COD要30mg/L左右，CN滤柱出水的NH4-N在2mg/L以下，出水水质达城市中水标准。
(2)尽管进水浓度变化很大，但出水浓度变化相对稳定，可见整个系统具有较好的抗冲击性能。
(3)反冲洗先用气冲，后用水冲，整个过程持续时间短(2分钟)，反冲洗容易进行。
(4)CN滤柱气量基本为每立方米的废水耗用一个立方米空气，N滤柱耗气量基本为每立方米的污水耗用二个立方米空气，与传统的污水处理工艺相比(大约1.8m3空气/m3污水)，达到同样的处理效果，耗气量要少，氧的利用率高。
(5)在反冲洗周期内，压力损失在0.1mH2O柱/m滤柱以下。
本分明陶粒用于曝气生物滤池处理城市废水、生活废水和可生化的工业废水，也可用于地下水中的铁或锰或给水处理中取代石英砂、无烟煤等用作过滤介质。