利用河道淤泥等固体废弃物制备水处理多孔陶粒滤料试验研究 4页

第33卷第6期非金属矿Vl01．33No．62010~-l1月NonMetallicMinesNovember，2010利用河道淤泥等固体废弃物制备水处理多孔陶粒滤料试验研究潘嘉芬冯雪冬(山东理工大学资源与环境工程学院，山东淄博255049)摘要研究了利用河道淤泥为主要原料制备水处理多孔陶粒滤料的方法，结果表明：在河道淤泥、粉煤灰、拜耳法赤泥、造孔剂重量百分比为67：15：10：8，烧结温度为1080~C，烧后自然冷却的条件下，制备的陶粒满足水处理用人工陶粒滤料的要求一将其用于含溶解油废水处理，在相同条件下，除j由率为砂粒的3倍多。关键词河道底泥多孔陶粒合油废水处理中图分类号：TB383；X703文献标识码：A文章编号：lOOO-8098(2010)06-006804ExperimentalStudyonPreparationofPorousCeramicsfromRiverCourseSedimentsasMainRawMaterialforTreatmentof白ste玎白terPanJiafenFengXuedong(CollegeofResourcesandEnvironmentEngineering，SandongUniversityofTehchnology,Zibo255049)AbstractInthispaperthepreparationmethodofporousceramicsfromrivercoursesedimentsasthemainrawmaterialfortreatmentofwastewaterwasstudy．Theresearchindicatedthatthepreparedporousceramicsmetdemandsofwastewaterfiltrationmaterialwhentheratioofrivercoursesediments，flyash，redmudderivedfromBayerprocessandsparklingcomponentwas67：15：10：8，thesinteringtemperaturewas1080~Candtheceramicswerecooledaftersinter．Theoilremovalrateofporousceramicswasthreetimeshigherthansandsforthetreatmentofwastewatercontainedoilattheconditionsofsame．Keywordsrivercoursesedimentsporousceramicstreatmentofwastewatercontainedoil在平原区，城市河道淤泥是由于河水流速变缓而米二氧化钛等改性处理，制备具有光催化活性的水处沉积于河床中，如不及时清理，将导致河床增高，严重理材料和抗菌材料用于有机废水处理和养殖废水处影响河道的行洪能力。目前常见的城市河道清淤疏理～l。浚，可以解决河道的行洪能力，但疏浚后的淤泥只是用城市河道淤泥制备水处理多孔陶粒，并将其用暂时的搬运，不能从根本上解决其对环境的影响，且于含溶解油废水处理迄今未见报道。因此，本次试验占用土地。因此，对河流淤泥进行处理利用，使其变研究探讨利用山东淄博黄土崖段孝妇河河道淤泥为废为宝，具有重大的现实意义。主要原料，制备水处理多孔陶粒滤料的技术方法，并城市河道淤泥同湖泊淤泥相似，是一种富含水的确定陶粒最佳配方、烧成制度，使得制备出的陶粒满铝硅酸盐类粘土原料和丰富的有机质的混合物，有颗足水处理的要求，达到以废治废的目的。粒微细、含砂量少、可塑性高、结合力强、经风化干燥1试验部分后即可使用等优点，理论上具有生产水处理陶粒滤料1．1原料制备陶粒采用的原料为山东淄博黄土崖的条件，是一种资源量丰富和可以大规模开发利用的段孝妇河河道淤泥，粉煤灰，山东铝厂的固体废弃物新类型矿产资源。王发洲等利用东湖淤泥进行了制拜耳法赤泥。各种原料的主要化学成分见表1。备超轻陶粒的研究【l】，徐淑红等用上海市桃浦河河道表1试验原料的主要化学组成(w)淤泥和城市污水处理厂脱水污泥为原料进行了烧制原料SiO2A12O3Fe,O3CaOMgOK'ONa20烧失水处理陶粒的研究¨2]。陶粒滤料具有一定的孔隙，表孝妇河淤泥61．oo17223．586783．402．262．509．40粉煤灰39O527．898．950．292．920．710．669．12面粗糙，适宜于微生物的附着、固定和生长，是较理想拜尔法赤泥2l4821．9228．842．93O．200．099．169．46的生物载体，且陶粒比表面积大，能获得较高的生物量，因而具有较强的生物氧化能力l3]，可以用于城市孝妇河淤泥和拜耳法赤泥用球磨机磨碎，过120目筛，当筛余达到≤5％，则满足配料要求。污水处理，印染废水处理等。多孔的陶粒也可以用纳粉煤灰和河道淤泥含有一定量的碳，在高温焙烧收稿日期：2O10—10—18的条件下发生化学反应，生成二氧化碳等气体；赤泥．68一\n潘嘉芬，冯雪冬利用河道淤泥等固体废弃物制备水处理多孔陶粒滤料试验研究1200含有大量的Fe0，在高温焙烧的条件下与碳反应也1000可产生二氧化碳等气体；因此三者均可使制备的陶粒800Ⅲ目形成气孔，增加吸附面积，以便用于废水处理。由于餐600璎400试验的主要目的是孝妇河淤泥的综合利用，因此在配200比上要尽可能多地添加，而粉煤灰、拜耳法赤泥少加。0另外根据陶粒的烧成情况，还要添加必要的造孔材料时I'B3／mi碳酸钙和粒度较大的炭粉，使得烧成的陶粒能产生较图1典型的的烧成曲线多的开口孔，增加陶粒的比表面积，使得陶粒用于水烧结陶粒的各项性能按《水处理用人工陶粒滤处理时对污染物的吸附量和生物挂膜量增加。本次料产品标准进行测定，标准编号为CJ／T229-2008。试验以学者Riley提出的三元相图中适宜粘度的原料1．3含油废水处理动态试验试验所用的含油废水化学成分圈定范围[6为依据进行原料配比。具体的取自淄博某导热油厂含油废水池，是该厂在清洗油桶试验设计方案见表2。时所产生。含油废水的初始浓度经测定为56．8mg／L。表2不同实验方案的原料组成和主要化学成分采用的过滤柱为内径4cm、高25cm的自制玻璃过主要原料百分比主要化学组成滤柱，过滤柱内滤料高度为16cm，因此，滤柱内滤配方编号料所占体积为201cm3。吸附过滤含油废水时，选定淤泥粉煤灰赤泥造孔剂Sio2CaOAI203Fe2O3含油废水流量为80mL／min，由于滤柱内滤料体积为PF185l50057．n5．8ll8．824．3201cm，计算得出，废水与滤料接触时间即废水停留PF290100058．8l61318．29430时间为2．5min，每5min选取一次过滤后水样品进行PF39550059．9O6-4617．753．85测定，动态试验装置见图2。PF47015l0550．715．08l8．436．73PF569l5lO650．1O5．6718．256．70PF667l510848．894．8817．916．63注：造孔荆由碳酸钙和炭粉组成，其质量比为1：1。1．2陶粒的制备按配方称取一定量的物料，用搅桌蕊拌机混合均匀。混配好的混合物料，加水搅拌均匀，用圆盘成球机造粒，获得直径约为0．6-0．8cm的球图2含油废水的过滤处理装置状陶粒。参照文献，通过多次预先试验，确定本本次试验废水中油的测定采用紫外分光光度次陶粒的烧成制度为是：将制备成球状的生陶粒放法，用UV765紫外分光光度计进行测定，取波长为进烘箱，在IO0~C恒温下烘干1h，使陶粒的水蒸发出225nm。标准曲线方程是y=0．21x+0．0166，方程的相来，烘干的陶粒具有一定的初始强度，这个过程叫热关系数R2==0．9916。处理阶段；将陶粒从IO0~C烘箱中拿出来后放入已调滤料的除油率按下式计算：至IO0~C的马弗炉中，设定升温速率为12℃／min，经除油率=(Co—C,)／Co×100％过约45min后，温度升至650℃，然后在650oC处保式中：Co，含油废水的的初始浓度，mg门L；C，，吸附一温10min，以保证陶粒里的结晶水完全挥发，这一过定时间后油的残留浓度，mg／L。程为无水过程；然后以5℃／rnin升温速率将炉温升2结果与讨论至850℃，在850℃处保温10mill；之后以约8~C／min2．1不同配方下的烧结结果不同配方的原料成球的升温速率达到最高烧结温度，达到最高烧结温度后后，按确定的烧成曲线进行烧制的结果，见表3。保温20min，这一过程称为高温烧结阶段。之后关闭将表3中所有烧成效果较好的陶粒进行性能测电源，马弗炉不再加热，微微开启炉门让陶粒在炉内定结果见表4n．自然冷却。待马弗炉冷却至室温后，将陶粒取出。选由表4可知，PF4、PF5、PF63种配方烧结的陶取若干烧制的陶粒放入烧杯中，加水使之完全没过陶粒其各项性能完全满足水处理用人工陶粒滤料的粒，目测气孔率，可以看到有微小气泡从陶粒表面冒产品标准，但PF6的指标较好，即随着造孔材料的增出。用玻璃棒搅拌，可以看到陶粒是否掉色。本实验加，烧结陶粒的比重小，比表面积大，如果用于水处陶粒的典型烧成曲线见图1。理，则水头损失小，吸附污染物的效果好。但造孔材．69．\n第33卷第6期非金属矿2010年11月表3不同配方陶粒样品设定烧结温度试验方案一■图3PF6断面典型区域SEM照片一■图4PF6表面典型区域SEM照片图5PF6．g．孔陶粒图示2．2含油废水处理动态试验结果PF6在最佳条件下烧成的陶粒和砂粒除油效果对比试验结果，见图6，陶粒和砂粒采用相同粒级、相同重量。6050《40表4不同配方下烧结陶粒的性能指标鬟30篮20配方破碎率与磨视密度盐酸可比表面积抗压强度编号损率之和／(g／cm3)溶率／(cm2／g)／kPa100取水样时fal／min图6陶粒和砂粒除油效果对比由图6可见，在陶粒和砂粒在相同粒级、相同重量的条件下，陶粒的除油效果明显好于砂粒。当废水与滤料的接触时间即废水在滤料上的停留时间为2．5min时，陶粒的除油率约为沙粒的3倍以上。这主要是由于陶粒多孔吸附表面积大而且粗糙，有较多的吸附脱油位点，所以除油效果显著。注：市售陶粒为淄博市某陶粒生产厂出售的用于水处理的陶粒严品：抗压强度是用微机屏显式液压万能试验机分别测得5颗陶3结论粒刚被压裂时得到的抗压强度，然后取平均值得到。1．用孝妇河河道淤泥烧制水处理多孔陶粒滤料，料不能增加太多，否则会使得陶粒的强度降低，破碎其效果不仅与配方有关，还与烧结制度、最终烧结温率与磨损率之和增加。PF4、PF5、PF6在实际生产中，度、冷却条件有关。在试验烧结制度和冷却的条件下，可以根据具体情况采用。PF1、PF2、PF3由于没有添陶粒的最佳配方为孝妇河淤泥67％、粉煤灰15％，加造孔材料，烧结陶粒的比表面积小，没有达到标准拜耳法赤泥10％，造孔材料8％，最终烧结温度为的要求。用PF6烧成的陶粒其断面电镜照片、表面1080~C。配方中各主要组分的含量为：Si02，48．89％；电镜照片及其外观数码相机照片分别见图3、图4、CaO，4．88％；A1203，17．91％；Fe203，6．63％。图5。2．将最佳配方烧制的陶粒进行性能的测定得．70\n潘嘉芬，冯雪冬利用河道淤泥等固体废弃物制备水处理多孔陶粒滤料试验研究出：破碎率与磨损率之和0．8％、盐酸可溶率1．71％、[2]徐淑红，马春燕，张静文，等．正交设计与回归分析在淤泥陶粒松散容重研究中的应用．中国陶瓷，2008，9)：54-57．视密度1．20g／em、比表面积0．65xl04cm2／g，抗压强度[3]姚智文，李德生，等．生物陶粒在水处理中的应用[J]．中国资源综0．176kPa，满足水处理用人工陶粒滤料的产品标准。合利用，2007，25(11)：15—17．3．将最佳条件下烧制的陶粒进行含溶解油废水【4]许珂敬，尚超峰，李芳．制备工艺条件对纳米Ti。．sO2薄膜光处理，结果表明，用孝妇河河道淤泥制备的水处理陶催化活性的影响．中南大学学报(自然科学版)，2008，39(6)：粒处理含油废水的效果明显好于相同条件的砂粒。1229—1232．当废水的停留时间为2．5min时，陶粒的除油率约为[5】许珂敬，杨赞中，董抒华．以多孔陶粒为栽体的纳米Ag／tq一1’i02光砂粒的3倍以上。催化膜的制备与表征【J]．硅酸盐学报，2009，37(8)：1362—1366．[6]谢襄漓，王林江，赵建新，等．烧胀赤泥陶粒的制备．桂林工学院学报，2008，28(2)：196-199．参考文献：[7]王平升．山东铝厂赤泥制备水处理用多孔陶粒滤料．有色金属，[1]王发洲，曾兴华，黄劲．利用东湖淤泥制备超轻陶粒的研究．低2005，57(2)：142．149．腻温建筑技术，2008(4)：4-6．(上接第30页)参考文献：23—28．[6]陈允魁．仪器分析【M】．上海：上海交通大学出版社，1992．[1】蒋述兴．复合型镁质胶凝材料研制与应用(小型试验部分)明．非金属矿．1999(6)：17—19．[7]陈武，季寿元．矿物学导论【M】．北京：地质出版社，1985．[2]蒋述兴．苛性白云石与菱苦土复合的胶凝材料(扩大试验部分)阴．[8】朱玉杰．菱苦土煅烧程度与菱镁制品质量的相关性【．『]．北京建材，中南工业大学学报，2000，31(2)：163．166．1993(1)：26-30．[3】崔崇，等．影响菱镁矿煅烧氧化镁粉活性的因素【J】．武汉工业大学[9】涂平涛．氯氧镁胶凝材料的组成与性能的相关性[_『]．新型建筑材学报，1993，15(3)：42-48．料．1994(6)：24—27．[4]蒋述兴．复合型镁质胶凝材料及其应用研究[D】．长沙：中南大学，[10]林豫辉，等．影响氯氧镁水泥制品质量的因素．福建建材，20o3．1995(2)：29．31．觚[5]程良管．白云岩的选矿和深加工技术【J]．矿产保护与利用，1992(4)：●行业动态及简讯●全国首家钻石矿山公园在七。一矿揭碑开园焦作拟投资4亿元建设年产30万t纳米碳酸钙工业园近日，在建材七。一矿矿区内建设的全国首家钻石矿山公园——2010年1O月中旬，焦作市委书记陈敬如率团赴上海招商，成功促成国家超细粉末工程研究中心暨上海华明高技术(集团)有限公司与山东沂蒙钻石国家矿山公园正式揭碑开园。焦作市签订框架协议。一期投资4亿元建设年产3O万t纳米碳酸钙山东沂蒙钻石国家矿山公园是全国首批、山东省首家国家级矿山工业园，标志着焦作市以项目促转型的科学招商工作取得新突破。近公园，也是中国沂蒙山国家地质公园的金伯利园区。建材七。一矿是年来。焦作市大力实施“项目带动、资本活市、人才兴沁、环境赢商”四我国发现最早的金刚石原生矿，也是目前全国唯一在生产的金刚石原大战略，以招商引资和项目建设为抓手，不断创新招商形式。尤其是生矿。金刚石矿业遗迹稀有性、典型性强。沂蒙钻石公园最典型的景书记、市长亲自招商，极大地调动了全市上下招商引资的积极性，使焦点——胜利l号金伯利岩管露天采矿坑，占地110亩、深110m，是建作市成为“商家眼中的最佳投资城市”，成功促成了一大批战略项目落材七O一矿的露天采矿坑，具有很高的生态、历史、科普和文化价值。户沁阳。公园“以治理矿山环境、保护和利用矿山遗迹”为主题，“以弘扬国家超细粉末工程研究中心暨上海华明高技术(集团)有限公司，钻石文化为主线，打造精品旅游工程，以此带动相关产业的发展”为目是国内首批股份制试点的国家级工程研究中心，主要致力于超细粉末标，将成为国家5A级重点旅游景区、山东省旅游主干线路上的热点景以及新材料领域的新产品开发和高新技术成果产业化。工程中心自区。公园的建设将使七。一矿单一的生产过程变为具有旅游价值和成立以来，取得了40多项创新成果，2O余项成功实施了产业化和技术高效益的生产过程，将形成由原料生产观光到钻石饰品加工再钻石购转移，孵化了上海华明、山西兰花等11家企业，在利用高新技术改造物的产业链条。传统产业，寻求科研与生产、市场相结合的有效模式和运行机制等方面成效显著。湖北发现特大型磷矿此次投资建设的碳酸钙工业园，位于沁北产业集聚区。一期规划中化地质矿山总局湖北地质勘查院历经4年，发现远安县杨柳磷投资4亿元，年产纳米碳酸钙3O万t，占地300亩；远期规划1000亩矿区地下埋藏着一特大型磷矿床，初步探明储量达4．29亿t，潜在经用地，3年内建设年产50万t碳酸钙项目，形成总投资6．5亿元、产值济价值1000多亿元，为新中国成立以来发现的单一矿区最大规模磷15亿元、创利税4亿元的工业园区。国家超细粉末工程研究中心还矿。近期湖北省宜昌磷矿杨柳矿区普查项目顺利通过了野外工作验计划在焦作市成立研究分中心，帮助焦作市制订支柱产业长远发展规收。初步查明磷矿石的平均品位为25．46％，其中I级品矿石占30％。划，对支柱产业延伸和应用进行研究开发，并为相关企业技术升级和该特大型磷矿床距远安县城直线距离约42km，位于荷花镇境内，面积32．27km~。“三废”治理提供技术支撑。——本刊编辑部．71—