申请日2009.06.29
公开(公告)日2009.12.23
IPC分类号C04B28/14; C02F3/34; C04B14/04; C02F3/10; C04B18/08; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种用非烧结的工艺制备的沸石和粉煤灰废水处理复合填料，主要原料为沸石及粉煤灰。用该填料处理废水中的有机物、氨氮和硝态氮性能优越，原料价廉易得，填料制备工艺简便且无污染。利用细度为80目的沸石粉和国标一级粉煤灰，经造粒机制备成的多孔球形陶粒型复合填料，具有高的氨氮去除率和较好的强度，能很好地满足水质深度处理要求。本发明制备工艺简单无污染，同时为沸石和粉煤灰的利用开辟了新的途径，具有节能减排，热电厂排出在粉煤灰再利用的良好的环境效益和经济效益。
权利要求书
1、一种沸石和粉煤灰废水处理复合填料，它是由80目的沸 石粉、国标I级粉煤灰、固化剂和水组成，其中固化剂由烧碱 NaoH、化学分析纯的石膏粉CaSO4·2H2O、42.5级普通硅酸盐水泥 组成，按照质量份数计，80目的沸石粉为50～80、国标I级粉 煤灰为10～40、固化剂为5～40、水用量占总物料用量的23%～ 33%;固化剂中烧碱NaoH与化学分析纯石膏粉CaSO4·2H2O、42.5 级普通硅酸盐水泥的质量比=1～3∶2～4∶3～7;制成的非烧结性多 孔球形沸石陶粒型的沸石和粉煤灰复合填料，其技术性能指标 为：堆积密度0.81g/cm3、表观密度1.42g/cm3、空隙率42.96%、 比表面积9.28m2/g、磨损率0.58%、破碎率0.98%、抗压强度 6.57Mpa;其制备方法为：按上述物料配比规定，将需要量的80 目的沸石粉、国标I级粉煤灰、固化剂加到搅拌机中，于15℃～ 35℃下搅拌均匀后，移至造粒机中再加入上述物料配比规定的水 量，制成3mm～6mm的料球;经静停、标准养护，制得非烧结 性多孔球形沸石陶粒型沸石和粉煤灰废水处理复合填料。
2、一种沸石和粉煤灰废水处理复合填料的制备方法，是由 如下过程和步骤组成：沸石和粉煤灰废水处理复合填是由80目 的沸石粉、国标I级粉煤灰、固化剂和水组成，其中固化剂是由 烧碱NaoH、化学分析纯的石膏粉CaSO4·2H2O、42.5级普通硅酸 盐水泥组成;按照质量份数计，80目的沸石粉为50～80、国标 I级粉煤灰为10～40、固化剂为5～40、水用量占总物料用量的 23%～33%;固化剂中烧碱NaoH与化学分析纯石膏粉CaSO4·2H2O、 42.5级普通硅酸盐水泥的质量比=1～3∶2～4∶3～7;按上述物料配 比规定，将需要量的80目的沸石粉、国标I级粉煤灰、固化剂 加到搅拌机中，于15℃～35℃下搅拌均匀后，移至造粒机中再加 入上述物料配比规定的水量，经造粒机制成3mm～6mm的料球 后，静停2h～8h，自然风干后放入水中养护20～40天，然后对 制得的沸石和粉煤灰废水处理复合填料进行性能测试，其性能指 标为：堆积密度0.81g/cm3、表观密度1.42g/cm3、空隙率42.96%、 比表面积9.28m2/g、磨损率0.58%、破碎率0.98%、抗压强度 6.57MPa。
说明书
一种沸石和粉煤灰废水处理复合填料及制备方法
技术领域
本发明是一种应用于废水处理脱氮和除碳的复合填料， 主要是由沸石、粉煤灰和固化剂组成的非烧结多孔球形沸石 陶粒型的复合填料。具体说涉及一种沸石和粉煤灰废水处理 复合填料。
技术背景
生物膜法废水处理技术是通过生物接触氧化废水中的有 机物、氨氮和反硝化硝态氮，为现今废水处理的主要方法。 给微生物提供载体的填料是生物膜法废水处理的关键组成部 分。废水处理填料有多种组成及形态，主要分为软性填料、 半软性填料及硬性填料。
软性填料易纠结，使用一段时间后会降低废水处理效率; 尽管半软性填料结合了软性填料及硬性填料的优点，其废水 处理应用主要在二级生物处理方面，在废水深度处理方面效 率不高;硬性填料包括陶瓷型、玻璃型或淤泥材质，多数硬 性填料有效使用时间长，但挂膜慢、容易堵塞、反洗频繁和 废水处理脱氮效率不高。
沸石是具有四面体骨架结构的多孔性含水硅铝酸盐晶 体，有较好的吸附和离子交换性能，能有效地去除废水中无 机和有机污染物，同时具有较高的化学和物理稳定性，且原 料廉价易得，在水处理领域中已受到广泛关注。一直以来， 沸石在废水处理中的应用主要是作为固定床反应器的填料， 只限于沸石的吸附和离子交换作用，吸附饱和后用食盐水洗 脱使之再生。这种单一的沸石填料不能从根本上将污染物除 去，只能起到浓缩的作用，且再生沸石容易造成资源的浪费。
生物沸石技术是近年来引起人们重视的一种生物物化相 结合的新技术，以颗粒沸石作为生物载体填料，利用微生物 的生化特性和沸石的离子交换作用，实现废水中有机和无机 污染物的去除。生物沸石的出现为沸石在水处理中的应用开 辟了新的途径，但沸石的颗粒形状也为这一技术带来了困难。 目前所使用的沸石外观形状不规则，机械强度差，在运行过 程中势必会引起不同程度的破损而丧失其性能，直接后果会 导致出水水质扰动。此外空隙率低，水流阻力大，易引起堵 塞。因此寻求改善沸石性能的工艺和方法、优化其各项理化 指标与性能参数有着重要的意义。
本发明中粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山 灰质混合材料，主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化 二铁、氧化钙和未燃尽碳，具有大的表面积和吸附水中有机 物的能力。粉煤灰的综合利用、变废为宝、变害为利已成为 我国经济建设中一项重要的技术经济政策。因此，本发明通 多次实践表明：沸石、粉煤灰和固化剂组成的非烧结复合填 料具有与微生物结合的亲和性和牢固性，沸石离子吸附的氨 离子和粉煤灰吸附的有机物为微生物的生长提供了极大的营 养，从而从根本上改变了微生物的生长条件，是解决我国热 电生产环境污染与资源缺乏之间矛盾的重要手段。作为环保 材料，可以有效去除水中有机和无机污染物。
发明内容
本发明的基本原理主要涉及生物膜法废水处理，通过给 微生物提供载体，使载体沸石和粉煤灰离子交换、吸附废水 中的氨氮、硝态氮和有机物，从而去除废水中氮和有机物。
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种 与微生物结合的亲和性和牢固性好、强度高的沸石和粉煤灰 废水处理复合填料，有效地去除废水中无机和有机污染物。 其制备工艺简单，无污染，所用原材料价格低廉，同时为沸 石和粉煤灰的利用开辟了新的途径。
实现本发明的技术方案是：一种沸石和粉煤灰废水处理复 合填料，它是由80目的沸石粉、国标I级粉煤灰、固化剂和 水组成;其中固化剂由烧碱NaoH、化学分析纯的石膏粉 CaSO4·2H2O、42.5级普通硅酸盐水泥组成。按照质量份数计， 80目的沸石粉为50～80、国标I级粉煤灰为10～40、固化 剂为5～40、水用量占总物料用量的23%～33%(包括溶碱用 水和造粒所需要的润湿量的水);固化剂中烧碱NaoH与化学 分析纯石膏粉CaSO4·2H2O、42.5级普通硅酸盐水泥的质量比 =1～3∶2～4∶3～7(wt)。制成的非烧结性多孔球形沸石陶粒 型的沸石和粉煤灰复合填料，其技术性能指标为：堆积密度 0.81g/cm3、表观密度1.42g/cm3、空隙率42.96%、比表面积 9.28m2/g、磨损率0.58%、破碎率0.98%、抗压强度6.57Mpa;; 其制备方法为：将需要量的80目的沸石粉、国标I级粉煤灰、 固化剂加到搅拌机中，于15℃～35℃下搅拌均匀后，移至造 粒机中再加入上述物料配比规定的水量，制成3mm～6mm的 料球;经静停、标准养护，制得非烧结性多孔球形沸石陶粒 型沸石和粉煤灰废水处理复合填料。
一种沸石和粉煤灰废水处理复合填料的制备方法，是由 如下过程和步骤组成：
所述的沸石和粉煤灰废水处理复合填是由80目的沸石 粉、国标I级粉煤灰、固化剂和水组成，其中固化剂是由烧 碱NaoH、化学分析纯的石膏粉CaSO4·2H2O、42.5级普通硅 酸盐水泥组成。按照质量份数计，80目的沸石粉为50～80、 国标I级粉煤灰为10～40、固化剂为5～40、水用量占总物 料用量的23%～33%(包括溶碱用水和造粒所需要的润湿量的 水);固化剂中烧碱NaoH与化学分析纯石膏粉CaSO4·2H2O、 42.5级普通硅酸盐水泥的质量比=1～3∶2～4∶3～7(wt)。按 上述物料配比规定，将需要量的80目的沸石粉、国标I级粉 煤灰、固化剂加到搅拌机中，于15℃～35℃下搅拌均匀后， 移至造粒机中再加入上述物料配比规定的水量，经造粒机制 成3mm～6mm的料球后，静停2h～8h，自然风干后放入水 中养护20～40天，然后对制得的沸石和粉煤灰废水处理复合 填料进行性能测试，其性能指标为：堆积密度0.81g/cm3、表 观密度1.42g/cm3、空隙率42.96%、比表面积9.28m2/g、磨 损率0.58%、破碎率0.98%、抗压强度6.57MPa。在实际的生 产中，静停时间越长，占用的有限空间越多，同时也会引起 制作好的陶粒在这一过程出现损坏。原则上静停时间越短越 有利，但还要从填料的性能方面考虑。本发明选择静停时间 2h～8h才能得到具有良好性能的非烧结性多孔球形沸石陶粒 型沸石和粉煤灰废水处理复合填料。
沸石和粉煤灰废水处理复合填料养护方法：
养护方法分为标准养护和蒸汽养护。蒸汽养护是将自然 阴干的陶粒放入养护箱内，在常压蒸汽下养护24小时，升温 速度不超过10℃/h，最高温度不超过80℃;标准养护是将自 然阴干的陶粒放入自来水中，养护20～40天。本发明选用标 准养护法。
综上所述，本发明与现有技术相比具有突出实质性特点， 对高浓废水的深度处理更具有积极效果：
(1)利用沸石组成中含水硅铝酸盐晶体的四面体骨架结 构的多孔性及离子交换性能、加之高温对其硅铝酸盐晶体的 破坏性，研发了一种非烧结工艺制成的沸石和粉煤灰废水处 理复合填料，既能保留沸石的优点，又能有效地去除废水中 无机和有物污染物。
(2)基于沸石的离子交换性能和粉煤灰的吸附性能，沸 石浓缩的氨氮和粉煤灰吸附的有机污染物被微生物有效降 解。由于生物膜存在溶解氧梯度，氨氮被氧化为硝态氮后又 可将吸附的有机污染物为碳源进行反硝化反应。也就是说沸 石和粉煤灰复合填料具有较强的同步硝化反硝化性能。
(3)当沸石粉在高碱性的溶液中受到OH-的侵蚀时，其格 架状构造开始分解，解聚后的[SiO(OH)3]-和[Al(OH)4]-与Ca2+ 结合形成的水化硅酸钙(CSH)和水化铝酸钙(CAH)能增强沸石 的加固强度。
(4)在常温下，粉煤灰本身不会硬化或硬化很慢，但在 Ca(OH)2饱和溶液中，会发生显著的水化作用，生成类似水泥 CSH凝胶等水化产物，吸收热量放出沸石水，促进熟料颗料的 不断水化，对水泥的水化起到了自养护作用，同时使沸石被 水占据的空间形成孔隙，明显增大了填料的强度和表面积。
(5)本发明制得的多孔球形沸石陶粒——沸石和粉煤灰 废水处理复合填料陶粒，除了具有高的氨氮去除率外，还能 明显提高填料的强度、满足水质深度处理的要求。
(6)本发明沸石和粉煤灰废水处理复合填料的制备工艺 简单，所用原材料价格低廉，为沸石和粉煤灰的利用开辟了 新的途径;同时具有减排、节能、无污染、循环利用资源的 明显环境效益和经济效益。