申請(qǐng)日2015.08.20
公開(kāi)(公告)日2015.10.28
IPC分類號(hào)B01D39/06
摘要
本發(fā)明提供了一種水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，屬于水處理領(lǐng)域。該水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)為顆粒狀的泡沫玻璃，其制備方法包括：在微細(xì)玻璃粉末中加入發(fā)泡劑、發(fā)泡劑促進(jìn)劑和改性劑后進(jìn)行混勻，得到混合原料;將混合原料熔融發(fā)泡后依次進(jìn)行冷卻和再次粉碎，得到可作為水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的泡沫玻璃。該泡沫玻璃具有高空隙、大比表面積、多孔、輕質(zhì)等性質(zhì)，在使用的過(guò)程中，不僅過(guò)濾速度快、出水水質(zhì)優(yōu)良，且反沖洗時(shí)的濾料層極易膨脹(最高膨脹率200%)，非常利于反沖洗快速有效進(jìn)行，為直接進(jìn)行微絮凝快速過(guò)濾提供了保障;而且該泡沫玻璃過(guò)濾介質(zhì)表面凸凹不平、多棱角、高空隙率、高比表面積，具有非常優(yōu)秀的懸浮物截留性能。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述水處理用輕 質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)為顆粒狀的泡沫玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于， 所述泡沫玻璃的比重為1.2～1.7kg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)，其特征 在于，所述泡沫玻璃濾料的自然堆積容重為0.5～0.9kg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于， 所述泡沫玻璃濾料的空隙率為60～78%。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì) 的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)、在微細(xì)玻璃粉末中加入發(fā)泡劑、發(fā)泡劑促進(jìn)劑和改性劑后 進(jìn)行混勻，得到混合原料;
2)、將所述混合原料熔融發(fā)泡后依次進(jìn)行冷卻、再次粉碎和篩 選，得到可作為水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的泡沫玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制備方法， 其特征在于，在步驟1)之前，還包括：
將廢舊玻璃進(jìn)行破碎，得到3-5mm的玻璃碎片，并將所述玻璃 碎片粉碎至粒徑為100-400μm的微細(xì)玻璃粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制備方法， 其特征在于，在步驟1)中：
以重量份數(shù)計(jì)，所述微細(xì)玻璃粉末為93-97份、所述發(fā)泡劑為 2-4份、所述發(fā)泡劑促進(jìn)劑和改性劑為1-3份。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制備方法， 其特征在于，
所述發(fā)泡劑包括碳黑、碳化硅、碳酸鈣、白云石粉、金云母、 石墨、二氧化錳中的一種或多種;
所述發(fā)泡劑促進(jìn)劑包括硝酸鈉、純堿、硼砂、氟硅酸鈉、碳酸 鈉、乙二氨鹽中的一種或多種;
所述改性劑為三氧化二銻、焦磷酸鈉、硫酸鋇中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制備方法， 其特征在于，在步驟2)中，所述熔融發(fā)泡的過(guò)程具體包括：
將熔融發(fā)泡設(shè)備以10℃/分鐘的升溫速度升至600-1100℃，并 發(fā)泡2-4小時(shí);
和/或;
所述再次粉碎的粒度為0.5-1.0毫米。
10.權(quán)利要求5-9任一項(xiàng)所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制備方 法制成的泡沫玻璃顆粒在作為水過(guò)濾介質(zhì)中的應(yīng)用。
說(shuō)明書(shū)
一種水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種水處理用輕質(zhì)過(guò) 濾介質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
過(guò)濾是在水處理領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種工藝技術(shù)，目前， 幾乎所有的凈水工業(yè)都必須采用過(guò)濾技術(shù)。而且，隨著環(huán)保法的日 益強(qiáng)化，大部分城市污水處理廠都要達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物 排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918-2002》中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。因此，過(guò)濾技術(shù)也成 為城市污水處理廠達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的必不可少的處理手段之一。
相關(guān)技術(shù)中，考慮到處理的經(jīng)濟(jì)性、成熟性和實(shí)用性等因素， 在現(xiàn)有的過(guò)濾技術(shù)中，仍以傳統(tǒng)的以普通砂、海砂和石英砂等為濾 料的砂濾技術(shù)為主流。
然而，現(xiàn)有的砂濾技術(shù)中，由于砂子濾料比重大(2.60以上)， 因此，難以實(shí)現(xiàn)較為充分的反沖洗，而且反沖洗的水量大;其次， 因石英砂濾料空隙率低(50%以下)、表面積小(0.04m2/g)，故其 截污能力較差，還存在濾料易板結(jié)(死區(qū))、反沖洗頻繁(由于較難 實(shí)現(xiàn)充分的反沖洗，因此常增加反沖洗的次數(shù))等現(xiàn)狀，嚴(yán)重影響 著水廠出水的水質(zhì)和生產(chǎn)效率。所以，現(xiàn)有的砂濾技術(shù)由于過(guò)濾介 質(zhì)選擇不當(dāng)，因而存在著能耗高、過(guò)濾周期短、效率低等諸多問(wèn)題。
此外，現(xiàn)行污水處理廠為達(dá)到去除生化出水中TP(總磷)的目 的，必須增設(shè)絮凝工藝。然而，絮凝后進(jìn)行直接微絮凝過(guò)濾時(shí)，由 于過(guò)濾水體中懸浮物含量增加，更容易導(dǎo)致濾層堵塞和板結(jié)(死區(qū))， 從而導(dǎo)致濾料板結(jié)問(wèn)題更為突出。所以，只能采用“絮凝-沉降-過(guò) 濾”工藝，從而額外增加了一個(gè)沉降的過(guò)程，如此一來(lái)，不僅大大 增加了建設(shè)資金，最終使污水處理流程過(guò)長(zhǎng)、設(shè)施占地面積大、生 產(chǎn)管理難度及運(yùn)行費(fèi)用增加等。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)，所述 的過(guò)濾介質(zhì)為顆粒狀的泡沫玻璃，其具有輕質(zhì)的性質(zhì)，在反沖洗過(guò) 程中，其易于實(shí)現(xiàn)濾料層膨脹(最高膨脹率200%)，非常利于反沖 洗快速有效進(jìn)行，為直接進(jìn)行微絮凝過(guò)濾提供了保障;而且該泡沫 玻璃過(guò)濾介質(zhì)其表面凸凹不平，并具有多棱角、高空隙以及多孔性 和大比表面積，具有非常高的過(guò)濾截留懸浮物的性能。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì) 的制備方法，該方法操作簡(jiǎn)單，條件易于控制，非常便于泡沫玻璃 粉末的制備。
本發(fā)明的第三目的在于提供所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制 備方法制成的泡沫玻璃的用途，以實(shí)現(xiàn)其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)，所述水處理用輕質(zhì) 過(guò)濾介質(zhì)為顆粒狀的泡沫玻璃。
本發(fā)明提供的這種水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)為泡沫玻璃，泡沫玻 璃作為濾料時(shí)，其比重輕，反沖洗時(shí)，易于使濾料層膨脹(最高膨 脹率200%)，在水體紊流和剪切力的作用下，極易使附著在濾料表 面上的凝聚物剝離開(kāi)，因此，不僅實(shí)現(xiàn)了快速反沖洗，且大大減少 反沖洗用水量，為進(jìn)行直接微絮凝過(guò)濾提供了保障，從而簡(jiǎn)化常規(guī) 的“絮凝-沉降-過(guò)濾”中的沉降工藝。
另外，由于泡沫玻璃濾料表面凸凹不平，并具有不規(guī)則、多棱 角、高空隙率、高比表面積和多孔性，使泡沫玻璃濾料過(guò)濾截留懸 浮物的能力大大增強(qiáng)，在同等條件下，采用泡沫玻璃濾料時(shí)，要比 采用普通砂濾料(表面平滑、無(wú)孔)時(shí)的截污能力強(qiáng)，有效保障出 水水質(zhì)需求。
再者，由于泡沫玻璃濾料的空隙率高，從而使得濾層可容納懸 浮性污染物的能力也大大提高。因此，可大大提高過(guò)濾速度和效率， 進(jìn)而可大大縮小過(guò)濾設(shè)施的體積，從而可減少處理設(shè)施的占地面積。 進(jìn)一步的，由于泡沫玻璃作為濾層時(shí)，由于比重輕，以較小的動(dòng)力 即可實(shí)現(xiàn)快速反沖洗，從而節(jié)省了反沖洗時(shí)間和動(dòng)力消耗，而且過(guò) 濾處理能力大、水質(zhì)好，具有高效、節(jié)能以及環(huán)保的效果。
綜上所述，該新型的輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)，其可以克服現(xiàn)有技術(shù)中砂 率技術(shù)存在的能耗高、過(guò)濾周期短、效率低、污水處理流程過(guò)長(zhǎng)、 設(shè)施龐大、占地面積增加、生產(chǎn)管理難度以及運(yùn)行大等一系列的缺 陷。
可選的，所述泡沫玻璃濾料的比重為1.2～1.7kg/L。
過(guò)濾是水中懸浮顆粒與濾料顆粒間吸附作用的結(jié)果，吸附作用 主要決定于濾料和水中顆粒的表面物理化學(xué)性質(zhì)，當(dāng)水中顆粒遷移 到濾料表面上時(shí)，在范德華引力和靜電引力以及某些化學(xué)鍵和特殊 的化學(xué)吸附作用下，它們吸附到濾料顆粒的表面上。此外，某些絮 凝顆粒的架橋作用也同時(shí)存在。經(jīng)研究表明，過(guò)濾主要還是懸浮顆 粒與濾料顆粒經(jīng)過(guò)遷移和吸附兩個(gè)過(guò)程來(lái)完成去除水中雜質(zhì)的過(guò) 程。
隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，濾層截留雜質(zhì)的增多，濾層的水頭損失 也隨之增大，其增長(zhǎng)速度隨濾速大小、濾料顆粒的大小和形狀，過(guò) 濾進(jìn)水中懸浮物含量及截留雜質(zhì)在垂直方向的分布而定。在處理一 定性質(zhì)的水時(shí)，正確確定濾速，濾料顆粒的大小，進(jìn)水水質(zhì)，濾料 及厚度之間的關(guān)系，具有重要的技術(shù)意義與經(jīng)濟(jì)意義。因此，對(duì)于 過(guò)濾而言，濾料選擇以及物理形態(tài)，性質(zhì)對(duì)過(guò)濾效果具有至關(guān)重要 的影響，現(xiàn)有技術(shù)中，石英砂濾料比重大(2.65kg/L左右)、膨脹 率低(50%以下)、孔隙率低(50%以下);因此，不僅難以實(shí)現(xiàn)較 為充分的反沖洗，而且動(dòng)力消耗高和產(chǎn)生的反沖洗水量較大;特別 是存在濾料板結(jié)(死區(qū))的缺陷。
在本申請(qǐng)中，對(duì)泡沫玻璃濾料的比重優(yōu)選限定為1.2～1.7kg/L， 具有該比重的泡沫玻璃濾料，泡沫玻璃濾料的比表面積為25-35 m2/g，其可實(shí)現(xiàn)約為200%的膨脹率，在水體紊流和剪切力的作用下， 極易使附著在濾料表面上的凝聚物剝離開(kāi)，以較少的能耗可實(shí)現(xiàn)快 速反沖洗、縮減反沖洗時(shí)間和用水量的效果。
可選的，所述泡沫玻璃濾料的自然堆積容重為0.5～1.0kg/L。
可選的，所述泡沫玻璃濾料的空隙率為60～78%。
可選的，所述泡沫玻璃濾料的比表面積為25-35m2/g。
基于上述同樣的理由，對(duì)泡沫玻璃濾料的自然堆積容重，或者 對(duì)其空隙率和比表面積進(jìn)行了進(jìn)一步的限定，一方面滿足膨脹率要 求，另一方面也提高了濾層的容納懸浮性污染物的能力，大大提高 其對(duì)過(guò)濾水體中懸浮物的截留能力以及單位時(shí)間內(nèi)的過(guò)濾處理量。
一種所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：
1)、在微細(xì)玻璃粉末中加入發(fā)泡劑、發(fā)泡劑促進(jìn)劑和改性劑后 進(jìn)行混勻，得到混合原料;
2)、將所述混合原料熔融發(fā)泡后依次進(jìn)行冷卻、再次粉碎和篩 選，得到可作為水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的泡沫玻璃。
該發(fā)方法中，以廢舊玻璃為初始原料，經(jīng)破碎、粉碎(得到微 細(xì)玻璃粉末)和混合等操作，再經(jīng)過(guò)熔融發(fā)泡、冷卻等而制成的無(wú) 機(jī)非金屬泡沫玻璃材料。最后經(jīng)進(jìn)一步的粉碎、篩選等工藝加工制 得新型輕質(zhì)、無(wú)規(guī)則、多棱角、高比表面積、高孔隙率、多孔性新 型水處理人工泡沫玻璃濾料。整個(gè)制備方法易于實(shí)現(xiàn)，工藝條件易 于控制，而且原料也易于獲得。具有非常好的實(shí)用性。
可選的，在步驟1)之前，還包括：
將廢舊玻璃進(jìn)行破碎，得到3-5mm的玻璃碎片，并將所述玻璃 碎片粉碎至粒徑為100-400μm的微細(xì)玻璃粉末。
對(duì)于廢舊的玻璃，采用先破碎后粉碎的方式，從而實(shí)現(xiàn)微細(xì)玻 璃粉末的獲取，便于與其他助劑混合均勻，而且也有效地利用了廢 舊玻璃。
可選的，在步驟1)中：
以重量份數(shù)計(jì)，所述微細(xì)玻璃粉末為93-97份、所述發(fā)泡劑為 2-4份、所述發(fā)泡劑促進(jìn)劑和改性劑為1-3份。
在微細(xì)玻璃粉末中，加入特定重量份數(shù)的發(fā)泡劑、發(fā)泡劑促進(jìn) 劑和改性劑;發(fā)泡劑促進(jìn)劑具有助熔(使玻璃粉的軟化溫度降低，粘 度下降有利于發(fā)泡)效果，還可增加玻璃的表面張力，有利于穩(wěn)定和 控制氣泡，改善泡孔結(jié)構(gòu)，使泡孔均勻、細(xì)小，有利于提高制品強(qiáng) 度。適量的改性劑能夠改善泡沫玻璃的性能，增大發(fā)泡溫度范圍， 減少連通孔，提高機(jī)械強(qiáng)度，提高成品率。
可選的，所述發(fā)泡劑包括碳黑、碳化硅、碳酸鈣、白云石粉、 金云母、石墨、二氧化錳中的一種或多種;
所述發(fā)泡劑促進(jìn)劑包括硝酸鈉、純堿、硼砂、氟硅酸鈉、碳酸 鈉、乙二氨鹽中的一種或多種;
所述改性劑為三氧化二銻、焦磷酸鈉、硫酸鋇中的一種或多種。
上述的優(yōu)選限定的幾種發(fā)泡劑、發(fā)泡劑助劑和改性劑，其所制 成的泡沫玻璃的孔徑、孔壁的厚度、泡孔結(jié)構(gòu)以及機(jī)械強(qiáng)度等均能 很好地滿足作為濾料時(shí)的性能需求。其制成的泡沫玻璃濾料顆粒比 重和容重小，而且比表面積大，具有很好的膨脹性能和懸浮物的截 留能力。
可選的，在步驟3)中，所述熔融發(fā)泡的過(guò)程具體包括：
將熔融發(fā)泡設(shè)備以10℃/分鐘的升溫速度升至600-1100℃，并 發(fā)泡2-4小時(shí);
和/或;
所述再次粉碎的粒度為0.5-1.0毫米。
在熔融發(fā)泡的過(guò)程中，對(duì)于熔融發(fā)泡設(shè)備(熔融發(fā)泡爐)的爐 內(nèi)溫度，優(yōu)選以10℃/分鐘的升溫速度升至600-1100℃，該升溫速 率和終點(diǎn)發(fā)泡溫度可以保證混合原料發(fā)泡完全。而且發(fā)泡時(shí)間控制 在2-4小時(shí)內(nèi)，一般而言，熔融發(fā)泡溫度相對(duì)低時(shí)，發(fā)泡時(shí)間較長(zhǎng); 反之，熔融發(fā)泡溫度相對(duì)高時(shí)，發(fā)泡的時(shí)間稍長(zhǎng)。
另外，在冷卻的過(guò)程中，為了保證泡沫玻璃的性能，優(yōu)選地采 用自然冷卻，該冷卻方式緩慢，柔性，可以防止驟冷而導(dǎo)致產(chǎn)品性 能發(fā)生改變。最后，在冷卻完成后再次粉碎的過(guò)程中，將經(jīng)過(guò)發(fā)泡、 冷卻后得到的物料粉碎成0.5-1.0毫米的顆粒(根據(jù)實(shí)際需要可篩選 出不同粒徑的濾料)，以滿足其作為濾料的應(yīng)用需求。
所述的水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的制備方法制成的泡沫玻璃在作 為水過(guò)濾介質(zhì)中的應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
(1)、本發(fā)明提供的這種水處理用輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)因泡沫玻璃濾 料比重輕，反沖洗時(shí)，易于使濾料層膨脹(最高膨脹率200%)，在 水體紊流和剪切力的作用下，極易使附著在濾料表面上的凝聚物剝 離開(kāi)，可實(shí)現(xiàn)快速反沖洗，從而可大大縮減反沖洗時(shí)間和用水量。
(2)、目前，在規(guī)�；幚碇械某Ｒ�(guī)砂濾裝置，由于作為濾 料的石英砂比重大，反沖洗時(shí)，以較大的動(dòng)力也只能使濾料層膨脹 率達(dá)到50%(石英砂難以被攪動(dòng))，所以反沖洗動(dòng)力消耗高、效果 差。而在投加絮凝劑(或混凝劑)進(jìn)行微絮凝過(guò)濾時(shí)，由于過(guò)濾水 體中懸浮物含量的增加，使得濾層更加難以膨脹，極易產(chǎn)生濾層堵 塞及濾料的板結(jié)(死區(qū))。因此，在規(guī)�；幚淼拇笮蜕盀V裝置中， 幾乎無(wú)法采用“直接微絮凝過(guò)濾”技術(shù)。為提高出水水質(zhì)欲增加微 絮凝工藝時(shí)，只能采用“混凝-沉降-過(guò)濾”工藝，如此就需增設(shè)沉 降池，這樣不僅增長(zhǎng)了處理流程，而且增加了一次性投資及處理設(shè) 施的占地面積。
而當(dāng)采用本發(fā)明提供的這種泡沫玻璃作為濾料時(shí)，由于濾料的 比重小，反沖洗時(shí)，濾料層的膨脹率可達(dá)200%，并極易使懸浮性 污染物從濾料表面剝離，可進(jìn)行直接微絮凝過(guò)濾，從而即可使處理 流程變得簡(jiǎn)單(省去了沉降操作以及實(shí)現(xiàn)該操作的相應(yīng)設(shè)備)，并可 提高出水水質(zhì)。
(3)、過(guò)濾是指濾料截留水中懸浮的雜質(zhì)，從而使水得到澄清 的工藝過(guò)程。過(guò)濾的過(guò)程是水中懸浮顆粒與濾料顆粒間吸附作用的 結(jié)果，吸附作用主要決定于濾料和水中顆粒的表面物理化學(xué)性質(zhì)， 當(dāng)水中顆粒遷移到濾料表面上時(shí)，在范德華引力和靜電引力以及某 些化學(xué)鍵和特殊的化學(xué)吸附作用下，它們吸附到濾料顆粒的表面上。 本發(fā)明提供的這種泡沫玻璃濾料表面凸凹不平，并具有多棱角、大 比表面積(最大為35m2/g)、多孔性，使其過(guò)濾截留懸浮物的能力 大大增強(qiáng)。在同等條件下，采用泡沫玻璃濾料時(shí)，要比采用石英砂 濾料(表面相對(duì)平滑)時(shí)的截污能力強(qiáng)，可更能保障其出水水質(zhì)要 求。
(4)、本發(fā)明提供的這種泡沫玻璃濾料，其空隙率高(60～78%) 和多孔性，將其作為濾料時(shí)，其過(guò)濾速度可達(dá)到20-30m/hr(同等 條件下，常規(guī)砂濾濾速為6-10m/hr)，是常規(guī)砂濾濾速的3倍，因 此，不僅可大大減小過(guò)濾設(shè)施的體積，還可節(jié)省設(shè)施的占地面積。
(5)、本發(fā)明中，采用泡沫玻璃作為濾料后，能夠以較少的能 耗實(shí)現(xiàn)快速反沖洗，節(jié)省了反沖洗時(shí)間，同時(shí)由于過(guò)濾處理能力大、 周期長(zhǎng)、水質(zhì)好，可達(dá)到高效、節(jié)能的目的。
