專利名稱：一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造曝氣生物濾池濾料的方法。
背景技術：
粉煤灰是燃煤電廠排放的固體廢棄物，來源于煤中以獨立礦物(高嶺石、黃鐵礦、 方解石等)、離子交換態(tài)、溶解鹽類及與大分子結合等形式存在的無機組分，是煤粉經高溫 燃燒后形成的一種混合材料，其性質類似于火山灰。粉煤灰在儲灰池或灰場存儲的過程中， 由于雨水的淋濾，有毒有害金屬元素會釋放出來，從而造成地表水及地下水的污染。在粉煤 灰直接摻入土壤或間接進行農業(yè)應用的過程中，部分重金屬元素會溶出并滲入土壤中，最 終被植物吸收。同時，粉煤灰的隨意堆積將占用大量的土地資源，并對周圍景觀產生影響。 煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種 含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂 板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。煤矸石的大量堆放，不僅壓占 土地，影響生態(tài)環(huán)境，煤矸石由于雨水的淋濾將污染周圍土壤和地下水，而且煤矸石中含有 一定的可燃物，在適宜的條件下發(fā)生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有 害氣體污染大氣環(huán)境，影響礦區(qū)居民的身體健康。如遼寧本溪礦區(qū)曾發(fā)生過因矸石自燃造 成人員中毒死亡的事故。保護環(huán)境是中國的基本國策，隨著國家環(huán)保執(zhí)法力度的不斷加大， 人們對環(huán)境質量要求的提高，解決粉煤灰和煤矸石污染環(huán)境問題顯得越來越突出。曝氣生物濾池是近年國外發(fā)展起來的一項廢水處理的新工藝。它綜合了過濾、吸 附和生物氧化等作用機理，可同時起到普通生物曝氣池、二沉池和砂濾池的作用。其最大特 點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池，在保證處理效果的前提 下使處理工藝簡化。此外，曝氣生物濾池工藝有機物容積負荷高、水力負荷大、水力停留時 間短、所需基建投資少、能耗及運行成本低，近年來在國內已有較多應用。而濾料是其重要的組成部分之一。剛開始引進此技術時，采用的是國外進口的火 山巖濾料，但由于其成本高昂，近年來國內水廠更傾向于應用陶粒濾料。陶粒濾料一般采用 粉煤灰和粘土混合燒制。但此粘土資源只有我國南方一些省份擁有，所以北方應用時需要 花費大量的運輸費用，例如大連某水廠從江西購買此種濾料，其運輸費用占了濾料總費用 的一半。而且粘土為非再生資源，過分開采會造成水土流失、土地沙化等問題。所以采用其 他替代原料制造曝氣生物濾池濾料成為目前緊迫的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方法。利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方法按以下步驟進行一、粉 煤灰輸送至粉煤灰儲罐，煤矸石經雷蒙磨磨制后輸送至煤矸石儲罐；二、通過螺旋輸送機將 粉煤灰儲罐中的粉煤灰、煤矸石儲罐中的煤矸石和外加劑輸送至臥式攪拌機，再加入清水進行攪拌，得混合物；三、將混合物輸送至單軸螺旋成核機進行成核，所得晶核再輸送至旋 轉的成球盤，再噴入清水，直至晶核增大到粒徑為4 8mm，形成生料球；四、生料球進入燒 結機，以10°C /min的速度升溫至100°C并保溫120min，繼續(xù)升溫至200°C并保溫30min， 再繼續(xù)升溫至1095 1105°C并保溫15min，關火后自然冷卻到室溫，即完成利用廢棄粉煤 灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料；其中步驟二中外加劑為粘土、頁巖、高嶺土或紙漿廢 液；步驟二臥式攪拌機中粉煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為81% 85% 13% 17% 2% ；步驟二中加入清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體積的18% 22%。本發(fā)明在燒結過程中，粉煤灰中的玻璃體熔融產生液相，煤矸石含碳量高，發(fā)生一 系列的產氣反應；由于玻璃體熔融產生的液相具有一定的粘度和表面張力，因此部分氣體 不能逸出陶粒而形成內部多孔結構，另有一部分氣體逸出從而使表面形成孔隙，增大了陶 粒的比表面積從而提高其吸附性能并使其易于掛膜，是優(yōu)良的曝氣生物濾池濾料；產氣反 應包括以下幾種(1)在400 800°C，快速升溫或缺氧條件下C+C02 = CO2 , 2C+02 = 2C0 丨(缺氧條件下)，C+C02 = 2C0 丨(缺氧條件下)(2)碳酸鹽分解CaCO3 = CaCHCO2 丨(850 900°C ) ;MgC03 = MgCHCO2 丨(400 500°C )(3)硫化物的分解與氧化FeS2 = FeS+S 個(約 900°C) ；S+02 = SO2 個；2FeS+302 = 2Fe0+2S02 個；4FeS2+1102 =2Fe203+8S02丨(氧化氣氛1000士50°C )；其中，CO為主要的產生氣體。本發(fā)明采用的原料都為固體廢物，具有廢物資源化的目的；而且本發(fā)明中生產的 濾料各項理化指標都滿足國家標準，完全可以替代用粉煤灰和粘土制造的產品；這無形中 還保護了粘土這種不可再生資源；而且本發(fā)明所需原料較為普遍，應用地點附近就可建廠 生產，節(jié)省了大量的運輸成本。


圖1為具體實施方式
十一中所得利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾 料進行國家標準檢測的結果掃描圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的 方法按以下步驟進行一、粉煤灰輸送至粉煤灰儲罐，煤矸石經雷蒙磨磨制后輸送至煤矸石 儲罐；二、通過螺旋輸送機將粉煤灰儲罐中的粉煤灰、煤矸石儲罐中的煤矸石和外加劑輸送 至臥式攪拌機，再加入清水進行攪拌，得混合物；三、將混合物輸送至單軸螺旋成核機進行 成核，所得晶核再輸送至旋轉的成球盤，再噴入清水，直至晶核增大到粒徑為4 8mm，形成 生料球；四、生料球進入燒結機，以10°C /min的速度升溫至100°C并保溫120min，繼續(xù)升溫 至200°C并保溫30min，再繼續(xù)升溫至1095 1105°C并保溫15min，關火后自然冷卻到室 溫，即完成利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料；其中步驟二中外加劑為粘土、頁巖、高嶺土或紙漿廢液；步驟二臥式攪拌機中粉煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為 81% 85% 13% 17% 2% ；步驟二中加入清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體 積的18% 22%。本實施方式步驟一中粉煤灰來自電廠灰?guī)?，采用密封罐車運送。本實施方式步驟一中粉煤灰儲罐底部配有流化風系統(tǒng)，流化風系統(tǒng)的多余空氣經 粉煤灰儲罐頂部的粉塵過濾器過濾，粉煤灰的運送完全密封以確保無粉塵釋放。本實施方式步驟二中外加劑作為粘結劑使用，起到增強濾料機械強度的作用。本實施方式步驟二中加入清水的目的是使粉煤灰濕潤，消除了粉塵釋放。本實施方式步驟四中升溫的方式為線性升溫。本實施方式步驟四中生料球進入燒結機的具體過程生料球從成球盤的底邊出口 落入皮帶輸送機，輸送到燒結機的喂料斗，再由布料機鋪在燒結機托板上。本實施方式步驟四中生料球進入燒結機進行燒結的情況生料球經過燒結機的點 火罩時，通過點火使燒結機托板上的生料球燃燒；沿燒結機長度的一系列引風裝置從燒結 機的底部引風，使通過點火燃燒區(qū)域以后的生料球從表層燃燒慢慢延伸至中層和底層；當 生料球到達燒結機的尾部時，整個燒結過程完成。本實施方式中升溫到100°C和200°C時，分別保溫120min和30min，使其中的物理 水分蒸發(fā)完全，防止在快速的升溫過程中生料球出現(xiàn)裂縫；然后再繼續(xù)升溫，在焙燒溫度下 (即1095 1105°C )，生料球中的玻璃體熔融形成粘度較小的液態(tài)物質，將粉煤灰中的晶體 顆粒包裹或粘結起來，因此在焙燒溫度下保溫15min能夠增加陶粒的強度，有效減小陶粒 的含泥量及破碎率與磨損率之和。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二臥式攪拌機中粉 煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為81% 17% 2%。其它步驟及參數與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二臥式攪拌機中粉 煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為85% 13% 2%。其它步驟及參數與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二臥式攪拌機中粉 煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為82% 16% 2%。其它步驟及參數與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二臥式攪拌機中粉 煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為83% 15% 2%。其它步驟及參數與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟二中加入 清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體積的18%。其它步驟及參數與具體實施方式
一至 五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟二中加入 清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體積的22%。它步驟及參數與具體實施方式
一至五 之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟二中加入清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體積的20%。它步驟及參數與具體實施方式
一至五 之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟三中噴入 清水，直至晶核增大到粒徑為5 7mm。它步驟及參數與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟三中噴入 清水，直至晶核增大到粒徑為6mm。它步驟及參數與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料 的方法按以下步驟進行一、粉煤灰輸送至粉煤灰儲罐，煤矸石經雷蒙磨磨制后輸送至煤 矸石儲罐；二、通過螺旋輸送機將粉煤灰儲罐中的粉煤灰、煤矸石儲罐中的煤矸石和外加 劑輸送至臥式攪拌機，再加入清水進行攪拌，得混合物；三、將混合物輸送至單軸螺旋成核 機進行成核，所得晶核再輸送至旋轉的成球盤，再噴入清水，直至晶核增大到粒徑為6cm， 形成生料球；四、生料球進入燒結機，以10°C /min的速度升溫至100°C并保溫120min，繼 續(xù)升溫至200°C并保溫30min，再繼續(xù)升溫至1100°C并保溫15min，關火后自然冷卻到室 溫，即完成利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料；其中步驟二中外加劑為粘土、 頁巖、高嶺土或紙漿廢液；步驟二臥式攪拌機中粉煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為 85% 13% 2% ；步驟二中加入清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體積的20%。本實施方式中所得曝氣生物濾池濾料，經測試，各項理化性能如圖1所示，可見， 其各指標均滿足國家標準，完全可以替代用粉煤灰和粘土制造的產品。
權利要求
1.一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方法，其特征在于利用廢 棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方法按以下步驟進行一、粉煤灰輸送至粉煤 灰儲罐，煤矸石經雷蒙磨磨制后輸送至煤矸石儲罐；二、通過螺旋輸送機將粉煤灰儲罐中的 粉煤灰、煤矸石儲罐中的煤矸石和外加劑輸送至臥式攪拌機，再加入清水進行攪拌，得混合 物；三、將混合物輸送至單軸螺旋成核機進行成核，所得晶核再輸送至旋轉的成球盤，再噴 入清水，直至晶核增大到粒徑為4 8mm，形成生料球；四、生料球進入燒結機，以10°C /min 的速度升溫至100°C并保溫120min，繼續(xù)升溫至200°C并保溫30min，再繼續(xù)升溫至1095 1105°C并保溫15min，關火后自然冷卻到室溫，即完成利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生 物濾池濾料；其中步驟二中外加劑為粘土、頁巖、高嶺土或紙漿廢液；步驟二臥式攪拌機中 粉煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為81% 85% 13% 17%: 2%;步驟二中加入 清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體積的18% 22%。
2.根據權利要求1所述的一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾 料的方法，其特征在于步驟二臥式攪拌機中粉煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為 83% 15% 2%。
3.根據權利要求1所述的一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾 料的方法，其特征在于步驟二臥式攪拌機中粉煤灰、煤矸石和外加劑的體積百分比為 82% 16% 2%。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料 的方法，其特征在于步驟二中加入清水的量占粉煤灰、煤矸石和外加劑總體積的20%。
5.根據權利要求4所述的一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方 法，其特征在于步驟三中噴入清水，直至晶核增大到粒徑為5 7mm。
6.根據權利要求4所述的一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方 法，其特征在于步驟三中噴入清水，直至晶核增大到粒徑為6mm。
全文摘要
一種利用廢棄粉煤灰和煤矸石制造曝氣生物濾池濾料的方法，它涉及一種制造曝氣生物濾池濾料的方法。方法一、粉煤灰輸送至粉煤灰儲罐，煤矸石經雷蒙磨磨制后輸送至煤矸石儲罐；二、粉煤灰、煤矸石和外加劑輸送至臥式攪拌機，再加清水進行攪拌，得混合物；三、將混合物輸送至單軸螺旋成核機進行成核，所得晶核再輸送至旋轉的成球盤，形成生料球；四、生料球進入燒結機，保溫燒結后自然冷卻到室溫即完成。本發(fā)明采用的原料都為固體廢物，具有廢物資源化的目的；濾料各項理化指標都滿足國家標準，完全可以替代用粉煤灰和粘土制造的產品；保護了粘土這種不可再生資源；而且本發(fā)明所需原料較為普遍，應用地點附近就可建廠生產，節(jié)省了大量的運輸成本。
文檔編號C04B18/12GK102060457SQ20101056538
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者劉音頌, 徐春燕, 李慧強, 李雨霏, 王偉, 王冰, 胡宏博, 韓洪軍, 馬文成 申請人:哈爾濱工業(yè)大學