一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法
2023-07-06 03:00:06
一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法
【專利摘要】本發明涉及一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法。該方法包括，將鐵屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土作為原料，分別按照32-36%，8-10%，32-35%，9-12%，5-7%，5-7%的質量分數混合、造粒、養護後製得。製得的抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料粒徑為5-7mm。本發明的產品用於汙水處理，可在比較短的時間內降低廢水的CODCr和色度，並且降低廢水的毒性，提高可生化性。在使用的過程中，不容易發生板結，維護成本低廉，使用周期長。製備過程充分利用了廢物資源，並且採用免燒工藝，達到了節能減排以廢治廢的目的。
【專利說明】一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，屬汙水處理【技術領域】，尤尤其是高濃度難降解廢水的預處理領域。
技術背景
[0002]20世紀60年代以後，由於現代化學工業的迅猛發展，合成塑料、合成纖維、合成橡膠、尼龍等大分子有機材料，被工業化生產。在這些有機材料生產的過程中，會產生大量的高濃度的有機廢水。據《全國環境統計公報》統計顯示，到2008年我國廢水總排放量中，工業有機廢水量所佔比例達44.3%。其濃度高、成分複雜，且其中往往含有許多難降解有機物，尤其是多環芳烴、烷基苯磺酸、氯苯酚、多氯聯苯等物質，具有致癌、致畸、致突變等作用，可生化性低，難以通過生化處理降解，同時殘留在水體中會對人類健康和自然環境都有巨大的危害。而傳統的處理及預處理方法，或者處理成本較大，或者技術手段不完善，難以廣泛推行。
[0003]廢鐵屑主要是由機械製造業產生的一種固體廢棄物，其產生量非常大，不僅佔用了寶貴的土地資源，而且會引起環境的汙染。廢鐵屑的無害化及資源化利用已經被廣泛的研究。粉煤灰是從煤燃燒後的煙氣中收捕下來的細灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物，也是是我國當前排量較大的工業廢渣之一。1995年粉煤灰排放量達1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2010年將達到3億噸，大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，汙染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害。另一方面，我國又是一個人均佔有資源儲量有限的國家，粉煤灰的資源化利用，變廢為寶、變害為利引起了人們的廣泛關注。
[0004]微電解技術是在電化學工藝的基礎上，發展形成的一種新的工藝，又被稱為內電解法，是被廣泛研究與應用的一種高濃度有機廢水預處理方法。此工藝在20世紀80年代，被引進我國。近幾年被廣泛的應用於印染、製藥、石油化工等行業的廢水處理。微電解工藝的基本原理，是利用填充在廢水中的微電解材料產生的電位差對廢水進行處理。其特點是成本低廉、使用範圍廣、工藝簡單、處理效果好等，尤其對於高鹽度，高毒性、高C0D&以及色度較高的工業廢水的處理較其他工藝具有更加明顯的優勢。但是在傳統的微電解工藝在運行的過程中，填料之間會發生板結，汙水在填料中產生溝流，使出水水質變差，影響處理的效率，使得微電解反應器要頻繁反衝洗和填料更換，這也是限制此工藝廣泛應用的主要因素。因此，新型的抗板結的微電解填料的研發，顯得十分的必要。而利用粉煤灰為主要輔料製備的免燒鐵碳微電解填料，在抗板結方面較傳統填料有著較大的優勢。
[0005]傳統的微電解填料，如CN201010184817.0公布的一種汙水處理用的微電解填料，大都使用燒結工藝，在高溫燒制的過程中，浪費了大量的能源，增加了製備成本。將免燒工藝與微電解技術結合，可以減少能源消耗，降低生產成本，但此方面的研究還較少。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術的不足，將免燒工藝與微電解技術結合，並充分利用了工業廢棄物粉煤灰、廢鐵屑，提供了一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，包括以下步驟:
[0009](I)將鐵屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分別在105-110°C進行烘乾處理1-2小時，然後粉碎，過100目篩；
[0010]上述原料中，鐵屑中含鐵≥95% ;粉煤灰中SiO2含量47-52%，Al2O3含量27_30%，CaO, MgO、Na2O和K2O的總含量5_7% ;均為質量百分含量；
[0011](2)將步驟(1)中經過預處理的原材料，按照鐵屑32-36%，木炭8-10%，粉煤灰32-35%，水泥9-12%，生石灰5-7%，粘土 5_7%的質量分數混合均勻，造粒；過5_6目篩，篩選出的粒徑為5-7mm的生料球置於乾燥通風處室溫乾燥20-24小時，得生料球；
[0012](3)將步驟(2)得到的乾燥的生料球，在100-110°C的條件下水蒸氣養護30_60分鐘；此後每24小時自然養護一次，所述的自然養護為向所述的生料球均勻灑水後自然放置，自然養護5-7天後，即得抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料，密封保存。
[0013]為防止填料中的鐵被氧化，在步驟(3)中每次養護以後，將填料半密封保存，這樣既可使填料儘快乾燥，又可以最大限度的防止鐵與水、空氣發生氧化反應。
[0014]根據本發明優選的，步驟(2)中各原料的質量分數分別為鐵屑36%，木炭9%，粉煤灰33%，水泥10%，生石 灰6%，粘土 6%。
[0015]根據本發明優選的，步驟(2)中的造粒是將原料倒入造粒機製成生料顆粒，在此過程中不斷噴灑粘結劑稀釋液噴霧以幫助生料成球。造粒按現有技術。所述粘結劑按現有技術即可，優選的粘結劑為模數2.5-2.8的水玻璃溶液。所述的粘結劑稀釋液，由所述的粘結劑加水稀釋2-3倍配製而成。
[0016]根據本發明優選的，步驟(3)中，生料球在105°C的條件下水蒸氣養護45分鐘，此後每24小時自然養護一次，連續養護6天後，將製得的抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料密封保存。
[0017]由上述方法製備的抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料，外形呈圓粒狀，粒徑5_7mm，堆積密度900-950kg/m3，吸水率9%_12%。
[0018]本發明的主要原料廢鐵屑、粉煤灰均為工業廢棄物或副產品，其餘原料水泥、木炭、粘土、生石灰均為廉價工業原料，其中水泥為普通矽酸鹽水泥。上述原料均可通過市場購買。
[0019]本發明製備的抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料用於高濃度難降解廢水的預處理。
[0020]本發明是一種基於鐵碳原電池反應，與廢水中的高濃度難降解有機汙染物發生氧化還原、混凝絮凝等反應，將大分子的有機汙染物降解為小分子物質，可以在較短的時間內，達到降低廢水的C0D&和毒性，提高廢水可生化性的效果。本發明為高濃度難降解有機工業廢水的處理和預處理提供了一個可行方案。本發明將免燒工藝與鐵碳微電解技術結合起來，利用生石灰、水泥等激發劑，激發粉煤灰活性，使填料硬化，不僅實現了固體廢棄物的資源化利用，同時還達到了以廢治廢和節能減排的效果。
[0021]本發明的有益效果如下:
[0022]1.本發明中的免燒微電解填料，其製備的主要原料中廢鐵屑、粉煤灰均為工業固體廢棄物，長期暴露於環境當中，不僅佔用了寶貴的土地資源，也會對人類健康和自然生態環境造成嚴重影響。本發明將廢鐵屑、粉煤灰、木炭作為主要原料，並配以適量的水泥、粘土、生石灰，製備而成的免燒微電解填料，不僅實現了廢鐵屑、粉煤灰的資源化利用同時，將其應用於高濃度難降解工業廢水的處理，更是實現了以廢治廢。
[0023]2.本發明在製備免燒微電解填料的過程中，結合免燒工藝，不僅使陶粒的強度達到了水處理的使用要求，並且還減少了製備過程中能源的消耗，實現了節能減排。
[0024]3.本發明製備的免燒微電解填料為圓粒狀，顆粒與顆粒間的接觸面積較小，從而在廢水處理過程中減少了填料間的板結鈍化，提供了良好的水力條件。並且隨著電化腐蝕反應的進行，填料的表面會不斷的脫落，使填料表面得以更新，並延長了填料的使用周期，提高了環保濾料的利用效率。
[0025]4.本發明製備的免燒微電解填料，實現了陰極陽極一體化，增加了微觀原電池的數量，從而提高了電化學反應速率，提高了處理效率。
[0026]5.本發明的製備成本較低，使用維護簡單，工藝操作簡單，能夠廣泛的用於高濃度難降解有機工業廢水的處理和預處理，有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是裝填本發明抗板結微電解填料的柱形微電解反應器，其中:1是進水蠕動泵，2是曝氣泵，3是進水水箱，4是布水布氣板，5是取樣口，6是出水口，7是抗板結微電解填料。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體的實施例來進一步說明本發明的技術方案。但不限於此。
[0029]實施例中的粉煤灰SiO2含量約48%，Al2O3含量約27%，CaO, MgO、Na2O, K2O總含量約7% (山東淄博某電廠有售);廢鐵屑鐵含量> 95% (濟南機械廠有售);木炭購自臨沂某木炭廠；水泥為普通矽酸鹽水泥(濟南某水泥廠產售)；粘土(山東省淄博市磚廠有售)；生石灰CaO含量>95% (淄博某石灰廠產售)。均為質量百分含量。
[0030]實施例中的粘結劑稀釋液，由模數2.5-2.8的水玻璃溶液，加水稀釋2-3倍製得。
[0031]實施例1
[0032]一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，包括以下步驟:
[0033](I)將鐵屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分別在105°C進行烘乾處理2小時，然後粉碎，過100目篩；
[0034](2)將步驟(1)中經過預處理的原材料，按照鐵屑36%，木炭9%，粉煤灰33%，水泥10%,生石灰6%，粘土 6%的質量分數混合均勻，置於盤式成球機中滾制，並在滾制過程中噴灑粘結劑稀釋液(模數2.5-2.8的水玻璃溶液再加水稀釋2倍)輔助成球造粒；過5-6目篩，篩選出的粒徑為5-7_的生料球置於乾燥通風處室溫乾燥20小時，得生料球；
[0035](3)將步驟(2)得到的乾燥的生料球，在105°C的條件下水蒸氣養護45分鐘；此後每24小時自然養護一次，所述的自然養護為向所述的生料球均勻灑水後自然放置，自然養護6天後，即得抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料，密封保存。
[0036]所得到的填料的性能參數如下:粒徑:5-6mm ;堆積密度:923kg/m3 ;吸水率:10%。[0037]實施例2
[0038]一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，包括以下步驟:
[0039](I)將鐵屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分別在110°C進行烘乾處理I小時，然後粉碎，過100目篩；
[0040](2)將步驟(1)中經過預處理的原材料，按照鐵屑32%，木炭8%，粉煤灰35%，水泥11%，生石灰7%，粘土 7%的質量分數混合均勻，置於盤式成球機中滾制，並在滾制過程中噴灑粘結劑稀釋液(模數2.5-2.8的水玻璃溶液再加水稀釋3倍)輔助成球造粒；過5-6目篩，篩選出的粒徑為5-7_的生料球置於乾燥通風處室溫乾燥24小時，得生料球；
[0041](3)將步驟(2)得到的乾燥的生料球，在110°C的條件下水蒸氣養護30分鐘；此後每24小時自然養護一次，所述的自然養護為向所述的生料球均勻灑水後自然放置，自然養護7天後，即得抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料，密封保存。
[0042]所得到的填料的性能參數如下:粒徑:6-7mm ;堆積密度:914kg/m3 ;吸水率:11%。
[0043]應用試驗舉例
[0044]分別將按照實施例1、實施例2製備出的鐵碳填料填裝於圖1所示的柱形微電解反應器中，進行對於這種抗板結新型免燒鐵碳填料的應用試驗。
[0045]1.實施例1的鐵碳免燒填料所處理COD為1300_1800mg/L的硝基苯工業廢水，在進水PH為4、氣水流量比A/L=2.0、HRT (水力停留時間)4h的條件下，CODcr去除率可達50%-60%，色度去除率可達到50%以上。
[0046]反應器連續運行4周，未發現明顯的板結現象，廢水處理效率穩定。所述的填料處理廢水後的平均粒徑為5-5 .5mm。
[0047]2.實施例2的鐵碳填料處理工業焦化廢水，其COD為13000-16000mg/L，色度約為11000-12000。將廢水pH調至3左右，在HRT (水力停留時間)6h的條件下，可去除60-70%的C0D&，色度全部去除。
[0048]反應器連續運行3周，出水效果比較穩定，沒有出現板結的情況。所述的填料處理廢水後的平均粒徑為5.5-6.5mm 。
【權利要求】
1.一種製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，包括以下步驟: (O將鐵屑、木炭、粉煤灰、水泥、生石灰、粘土分別在105-110°c進行烘乾處理1-2小時，然後粉碎，過100目篩； 上述原料中，鐵屑中含鐵≤95% ;粉煤灰中SiO2含量47-52%，Al2O3含量27_30%，CaO,MgO、Na2O和K2O的總含量5-7% ;均為質量百分含量； (2)將步驟(1)中經過預處理的原材料，按照鐵屑32-36%，木炭8-10%，粉煤灰32_35%，水泥9-12%，生石灰5-7%，粘土 5-7%的質量分數混合均勻，造粒；過5-6目篩，篩選出的粒徑為5-7mm的生料球置於乾燥通風處室溫乾燥20-24小時，得生料球； (3)將步驟(2)得到的乾燥的生料球，在100-110°C的條件下水蒸氣養護30-60分鐘；此後每24小時自然養護一次，所述的自然養護為向所述的生料球均勻灑水後自然放置，自然養護5-7天後，即得抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料，密封保存。
2.根據權利要求1所述的製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，其特徵在於步驟(2)中各原料的質量分數分別為鐵屑36%，木炭9%，粉煤灰33%，水泥10%，生石灰6%，粘土6% ο
3.根據權利要求1所述的製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，其特徵在於步驟(2)中的造粒是將原料倒入造粒機製成生料顆粒，在此過程中不斷噴灑粘結劑稀釋液噴霧以幫助生料成球。
4.根據權利要求3所述的製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，其特徵在於所述的粘結劑為模數2.5-2.8的水玻璃溶液。
5.根據權利要求3所述的製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，其特徵在於所述的粘結劑稀釋液是由所述的粘結劑加水稀釋2-3倍配製而成。
6.根據權利要求1所述的製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，其特徵在於步驟(3)中，生料球在105°C的條件下水蒸氣養護45分鐘，此後每24小時自然養護一次，連續養護6天後，將製得的抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料密封保存。
7.根據權利要求1所述的製備抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料的方法，其特徵在於所述的抗板結粒狀免燒鐵碳微電解填料，外形呈圓粒狀，粒徑5-7mm，堆積密度900_950kg/m3，吸水率9%-12%。
【文檔編號】C02F1/461GK103880122SQ201410098470
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】嶽欽豔, 黃德毅, 高寶玉, 王樹森, 張冰潔, 齊元峰 申請人:山東大學