公布日：2022.01.28
申請日：2021.08.23
分類號：C04B28/04(2006.01)I;C04B18/16(2006.01)I;C04B38/02(2006.01)I;C02F3/28(2006.01)I;C04B111/40(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，該再生濾磚采用工程建筑廢料通過加氣水泥砂漿粘結(jié)固化制成，位于反硝化深床濾池底部，用于深床濾池的過濾水收集、支承填料和反沖洗時均勻布水布?xì)�。粗集料為主的工程建設(shè)廢料以及加氣水泥砂漿固化過程中形成的多孔隙結(jié)構(gòu)，保證了濾磚很高的連通孔隙率。本發(fā)明還提出了一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚的制備方法。本發(fā)明的再生濾磚具有成本低、過流斷面大、過流阻力小、布水布?xì)饩鶆蛐院谩?qiáng)度高、不易堵塞和環(huán)境友好的特點，具有工程應(yīng)用的巨大潛力。
權(quán)利要求書
1.一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，特征在于，該再生濾磚采用工程建筑廢料通過加氣水泥砂漿粘結(jié)固化制成，所述工程建筑廢料的體積和加氣水泥砂漿的堆積體積之間的比例為：2～3:10；所述工程建筑廢料的原料至少包括混凝土碎塊、碎磚、廢棄石料和陶土碎片中一種或幾種以任意比例的組合；所述加氣水泥砂漿的原料包括水泥干粉、建筑河砂、加氣鋁粉外加劑和水；其中，所述漿水泥干粉與建筑河砂的堆積體積之間的比例為1:1～1.5；所述加氣鋁粉外加劑的投加量控制在350～400g/m3的水泥砂漿堆積體積；所述加氣水泥砂漿中水的添加量應(yīng)保證最終攪拌完成的水泥砂漿的坍落度為80～110mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，其特征在于，所述再生濾磚長度有1.2m和1.5m兩個規(guī)格，寬度有0.6m、0.9m和1.2m三種規(guī)格，高度為0.3m，濾磚過濾層厚度為40mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，其特征在于，所述再生濾磚的底部設(shè)有倒置等腰梯形的底腳(1)，再生濾磚內(nèi)部直角彎設(shè)置有腋角(2)，濾磚橫向和縱向接縫部位設(shè)有階梯(3)以及斜面(4)的構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，其特征在于，所述加氣水泥砂漿還包括速凝劑，確保水泥砂漿的初凝時間不超過15min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，其特征在于，所述工程建筑廢料的材料粒徑在6mm～8mm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，其特征在于，所述建筑河砂應(yīng)潔凈，粒徑為8～16目。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，其特征在于，所述水泥干粉采用不低于42.5級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
8.一種用于權(quán)利要求17任一項所述反硝化深床濾池的再生濾磚的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、按照堆積體積比例取水泥干粉、建筑黃砂與工程建筑廢料攪拌均勻；步驟二、按照堆積體積比例持續(xù)均勻噴射鋁粉和速凝劑并攪拌均勻；步驟三、持續(xù)均勻加入適量的水并攪拌均勻形成漿料，最終攪拌完成的水泥砂漿的坍落度為80～110mm；步驟四、將步驟三攪拌完成的水泥砂漿入模澆筑形成再生濾磚胚；步驟五、再生濾磚胚在模具內(nèi)完成初凝和終凝；步驟六、待再生濾磚胚完成終凝后去除模具，再進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)和拆模養(yǎng)護(hù)兩個階段；步驟七、養(yǎng)護(hù)完成后置于陰涼干燥處，完成水泥砂漿最后的強(qiáng)度增長；步驟八、在步驟七完成后，對再生濾磚進(jìn)行檢測。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟八中，檢測內(nèi)容包括再生濾磚外觀的裂縫、結(jié)構(gòu)完整性的檢查和抗壓強(qiáng)度試驗，抗壓強(qiáng)度不低于20MPa。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存上述背景技術(shù)中提到的缺點，而提出的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚及其制備方法。相比于目前傳統(tǒng)的HDPE材質(zhì)或陶土材質(zhì)的濾磚，本發(fā)明提供的再生濾磚具有原材料成本低、制造工藝簡單、制造成本低、強(qiáng)度高、過流斷面大、過流阻力小、布水布?xì)饩鶆蛐院谩⒉灰锥氯铜h(huán)境友好的優(yōu)點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
設(shè)計一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，該再生濾磚采用工程建筑廢料通過加氣水泥砂漿粘結(jié)固化制成，所述工程建筑廢料的體積和加氣水泥砂漿的堆積體積之間的比例為：2～3:10。
所述工程建筑廢料至少包括混凝土碎塊、碎磚、廢棄石料和陶土碎片中一種或幾種以任意比例的組合。
所述加氣水泥砂漿的原料包括水泥干粉、建筑河砂、加氣鋁粉外加劑和水，加氣水泥砂漿的用量是基于同時保證再生濾磚連通孔隙率和粘結(jié)固化后強(qiáng)度符合濾磚使用要求的選擇，過大的水泥砂漿用量會大量占據(jù)原材料堆積形成的連通孔隙，造成濾磚的連通孔隙率下降。而過小的水泥砂漿用量會造成原材料粒料間的粘結(jié)力不足，濾磚強(qiáng)度達(dá)不到使用要求。
其中，所述漿水泥干粉與建筑河砂的堆積體積之間的比例為1:1～1.5，所述加氣鋁粉外加劑的投加量控制在350～400g/m3水泥砂漿堆積體積；
所述加氣水泥砂漿中水的添加量應(yīng)保證最終攪拌完成的水泥砂漿的坍落度為80～110mm，介于塑性和流動性之間，坍落度較小的水泥砂漿，其粘結(jié)力好而流動性較差，混合料攪拌完成后水泥砂漿容易均勻的包裹住原材料粒料表面并形成一定的厚度的水泥砂漿層，澆筑時可以有效地粘結(jié)相鄰的原材料粒料，保證了粘結(jié)固化后濾磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
進(jìn)一步的，所述再生濾磚長度有1.2m和1.5m兩個規(guī)格，寬度有0.6m、0.9m和1.2m三種規(guī)格，高度為0.3m，濾磚過濾層厚度為40mm。
進(jìn)一步的，所述再生濾磚的底部設(shè)有倒置等腰梯形的底腳，再生濾磚內(nèi)部直角彎設(shè)置有腋角，濾磚橫向和縱向接縫部位設(shè)有階梯以及斜面的構(gòu)造。
進(jìn)一步的，所述加氣水泥砂漿還包括速凝劑，確保水泥砂漿的初凝時間不超過15min，水泥砂漿較差的流動性以及速凝劑的使用，使得澆筑后水泥砂漿不容易在重力的作用下堆積在濾磚的下部，從而保證了再生濾磚的連通孔隙分布的均勻性以及總的連通孔隙率符合使用要求。
進(jìn)一步的，所述工程建筑廢料的材料粒徑在6mm～8mm之間，過大粒徑材料應(yīng)破碎，過小粒徑材料應(yīng)篩除，原材料應(yīng)具有良好的水穩(wěn)定性，其能夠承受水的長期浸泡和至少5m/s流速的水流沖擊而不發(fā)生軟化或剝落，抗壓強(qiáng)度不低于20MPa，并且應(yīng)具有良好的化學(xué)惰性，不發(fā)生化學(xué)溶解。研究表明，濾磚的過水阻力一般與其連通孔隙率正相關(guān)。這里的連通孔隙率指的是貫穿整個濾磚內(nèi)外結(jié)構(gòu)的孔隙的孔隙率，區(qū)別于封閉孔隙率，后者對提高濾磚的過水性能沒有幫助的無效孔隙率。再生濾磚原材料中的工程廢料是構(gòu)造再生濾磚結(jié)構(gòu)連通孔隙的最重要因素，其粒徑的選擇是在連通孔隙率和均勻布水布?xì)庑阅荛g綜合考慮的結(jié)果。其粒徑過小會造成再生濾磚連通孔隙率的下降，從而導(dǎo)致過水阻力的增加，這會直接反映在反沖洗頻率和反沖洗能耗的增加上。粒徑過大則會導(dǎo)致再生濾磚孔隙大小和分布的不均勻性增加，反沖洗水氣會從局部大孔隙處集中泄出，降低了反沖洗時布水布?xì)獾木鶆蛐浴?/p>
進(jìn)一步的，所述建筑河砂應(yīng)潔凈，粒徑為8～16目。
進(jìn)一步的，所述水泥干粉采用不低于42.5級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。再生濾磚原材料及其粘結(jié)固化材料強(qiáng)度達(dá)標(biāo)保證了濾磚的強(qiáng)度符合其功能要求，即能夠安全承受其上部濾料和水體的自重壓力以及反沖洗水和氣的沖擊力。材料的水穩(wěn)定性和化學(xué)惰性保證了其使用壽命符合使用要求，一般情況下，濾磚能夠維持10～15年的結(jié)構(gòu)完整和正常使用。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，采用本技術(shù)方案的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚，有益效果在于：
(1)、本發(fā)明的再生濾磚的原材料采用混凝土碎塊、碎磚、廢棄石料和陶土碎片等工程建筑廢料(不包括粘結(jié)固化材料)，相比于傳統(tǒng)的HDPE材質(zhì)的濾磚，其原材料的成本更低，并且實現(xiàn)了廢棄物的資源化利用，具有環(huán)境友好的特點。并且工程建筑廢料天然具有比HDPE材質(zhì)更高的承壓性能，因而濾磚層厚可以減薄，對于濾磚抗壓構(gòu)造的需求降低，這降低了原材料的用量和制造工藝的復(fù)雜性，從而進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。相比于采用高溫?zé)频奶胀敛馁|(zhì)的濾磚，其原材料的成本仍然較低，并且其采用了加氣水泥砂漿進(jìn)行粘結(jié)固化，相比于高溫?zé)乒袒奶胀敛馁|(zhì)的濾磚，其能耗更低，相應(yīng)的制造成本也更低。
(2)、本發(fā)明的原材料在加氣混凝土粘結(jié)固化作用下形成了再生濾磚的密布于濾磚表面連通孔隙，相比于傳統(tǒng)濾磚后期加工而成的分散孔隙結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的再生過流斷面更大、過流阻力更小、布水布?xì)饩鶆蛐愿咏诶硐氲某潭龋⑶彝ㄟ^實驗研究得出再生濾磚內(nèi)部高達(dá)58％的連通孔隙率為截留的SS預(yù)留很大的空間，SS不易占據(jù)過流孔道，因而再生濾磚堵塞的周期更長。相比于傳統(tǒng)濾磚，本申請的再生濾磚的這些特質(zhì)意味著更低的反沖洗頻率和反沖洗時更低的能耗。
本發(fā)明還提出了一種用于所述反硝化深床濾池的再生濾磚的制備方法，包括如下步驟：
步驟一、按照堆積體積比例取水泥干粉、建筑黃砂與工程建筑廢料攪拌均勻。
步驟二、按照堆積體積比例持續(xù)均勻噴射鋁粉和速凝劑并攪拌均勻。
步驟三、持續(xù)均勻加入適量的水并攪拌均勻形成漿料，最終攪拌完成的水泥砂漿的坍落度為80～110mm。
步驟四、將步驟三攪拌完成的水泥砂漿入模澆筑形成再生濾磚胚。
步驟五、再生濾磚胚在模具內(nèi)完成初凝和終凝。
步驟六、待再生濾磚胚完成終凝后去除模具，再進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)和拆模養(yǎng)護(hù)兩個階段，其中，帶模養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)保證拆模時濾磚的結(jié)構(gòu)棱角不發(fā)生損壞、不出現(xiàn)裂縫且強(qiáng)度不低于2.5MPa；拆模后養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)保證濾磚強(qiáng)度不低于設(shè)計強(qiáng)度的80％。
步驟七、養(yǎng)護(hù)完成后置于陰涼干燥處，完成水泥砂漿最后的強(qiáng)度增長。
步驟八、在步驟七完成后，對再生濾磚進(jìn)行檢測，完全達(dá)到設(shè)計抗壓強(qiáng)度的濾磚方可投入使用。
進(jìn)一步的，所述步驟八中，檢測內(nèi)容包括再生濾磚外觀的裂縫、結(jié)構(gòu)完整性的檢查和抗壓強(qiáng)度試驗，抗壓強(qiáng)度不低于20MPa。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，采用本技術(shù)方案的一種用于反硝化深床濾池的再生濾磚的制備方法，有益效果在于：
(1)、本發(fā)明再生濾磚的原材料均為工程建設(shè)廢料，相比于HDPE材質(zhì)的濾磚，其原料成本低，并且實現(xiàn)了廢棄物的資源化回收利用，具有環(huán)境友好，同時，降低了原材料的用量和制造工藝的復(fù)雜性，相比于陶土濾磚采用高溫?zé)Y(jié)固化的方式，再生濾磚固化采用了加氣水泥砂漿粘結(jié)固化的方式，其能耗更低。
(2)、本發(fā)明加氣水泥砂漿作為構(gòu)造再生濾磚結(jié)構(gòu)連通孔隙率的另一個因素，可以有效的抵消作為粘結(jié)固化材料的水泥砂漿部分填充濾磚原材料孔隙造成的連通孔隙率損失，加氣水泥砂漿是在水泥砂漿的攪拌階段加入鋁粉，隨后在水泥砂漿由塑流狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固體狀態(tài)的過程中(初凝)產(chǎn)生大量的氣泡，增加了水泥砂漿材料本身的孔隙率。實驗研究表明，采用普通水泥砂漿，粘結(jié)固化后的濾磚相比于用鋼絲網(wǎng)包裹原材料形成的濾磚，其連通孔隙率下降率超過20％。而采用加氣水泥砂漿粘結(jié)固化后的再生濾磚相比于用鋼絲網(wǎng)包裹原材料形成的濾磚，其連通孔隙率下降率一般小于5％�？梢娂託馑嗌皾{有效地降低了由于粘結(jié)固化材料的使用造成的濾磚連通孔隙率的損失。
(3)、本發(fā)明的養(yǎng)護(hù)工藝能夠保證濾磚結(jié)構(gòu)的完整性，不易出現(xiàn)裂縫和棱角剝落和成品強(qiáng)度，可有效保證再生濾磚的結(jié)構(gòu)性能和工作性能。
（發(fā)明人：孫信柏;劉愛寶;董畔;王凱;朱輝;曹惠忠）
