一种水处理用轻质过滤介质及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水处理领域，具体而言，涉及一种水处理用轻质过滤介质及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 过滤是在水处理领域中应用最为广泛的一种工艺技术，目前，几乎所有的净水工 业都必须采用过滤技术。而且，随着环保法的日益强化，大部分城市污水处理厂都要达到 《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》中的一级A标准。因此，过滤技术也成为 城市污水处理厂达到一级A标准的必不可少的处理手段之一。
[0003] 相关技术中，考虑到处理的经济性、成熟性和实用性等因素，在现有的过滤技术 中，仍以传统的以普通砂、海砂和石英砂等为滤料的砂滤技术为主流。
[0004] 然而，现有的砂滤技术中，由于砂子滤料比重大（2. 60以上），因此，难以实现较为 充分的反冲洗，而且反冲洗的水量大；其次，因石英砂滤料空隙率低（50%以下）、表面积小 (0. 04m2/g)，故其截污能力较差，还存在滤料易板结（死区）、反冲洗频繁（由于较难实现充 分的反冲洗，因此常增加反冲洗的次数）等现状，严重影响着水厂出水的水质和生产效率。 所以，现有的砂滤技术由于过滤介质选择不当，因而存在着能耗高、过滤周期短、效率低等 诸多问题。
[0005] 此外，现行污水处理厂为达到去除生化出水中TP (总磷）的目的，必须增设絮凝工 艺。然而，絮凝后进行直接微絮凝过滤时，由于过滤水体中悬浮物含量增加，更容易导致滤 层堵塞和板结（死区），从而导致滤料板结问题更为突出。所以，只能采用"絮凝-沉降-过 滤"工艺，从而额外增加了一个沉降的过程，如此一来，不仅大大增加了建设资金，最终使污 水处理流程过长、设施占地面积大、生产管理难度及运行费用增加等。
[0006] 有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0007] 本发明的第一目的在于提供一种水处理用轻质过滤介质，所述的过滤介质为颗粒 状的泡沫玻璃，其具有轻质的性质，在反冲洗过程中，其易于实现滤料层膨胀（最高膨胀率 200% )，非常利于反冲洗快速有效进行，为直接进行微絮凝过滤提供了保障；而且该泡沫 玻璃过滤介质其表面凸凹不平，并具有多棱角、高空隙以及多孔性和大比表面积，具有非常 高的过滤截留悬浮物的性能。
[0008] 本发明的第二目的在于提供一种所述的水处理用轻质过滤介质的制备方法，该方 法操作简单，条件易于控制，非常便于泡沫玻璃粉末的制备。
[0009] 本发明的第三目的在于提供所述的水处理用轻质过滤介质的制备方法制成的泡 沫玻璃的用途，以实现其在水处理领域的应用价值。
[0010] 为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
[0011] 本发明提供了一种水处理用轻质过滤介质，所述水处理用轻质过滤介质为颗粒状 的泡沫玻璃。
[0012] 本发明提供的这种水处理用轻质过滤介质为泡沫玻璃，泡沫玻璃作为滤料时，其 比重轻，反冲洗时，易于使滤料层膨胀（最高膨胀率200% )，在水体紊流和剪切力的作用 下，极易使附着在滤料表面上的凝聚物剥离开，因此，不仅实现了快速反冲洗，且大大减少 反冲洗用水量，为进行直接微絮凝过滤提供了保障，从而简化常规的"絮凝-沉降-过滤"中 的沉降工艺。
[0013] 另外，由于泡沫玻璃滤料表面凸凹不平，并具有不规则、多棱角、高空隙率、高比表 面积和多孔性，使泡沫玻璃滤料过滤截留悬浮物的能力大大增强，在同等条件下，采用泡沫 玻璃滤料时，要比采用普通砂滤料（表面平滑、无孔）时的截污能力强，有效保障出水水质 需求。
[0014] 再者，由于泡沫玻璃滤料的空隙率高，从而使得滤层可容纳悬浮性污染物的能力 也大大提高。因此，可大大提高过滤速度和效率，进而可大大缩小过滤设施的体积，从而可 减少处理设施的占地面积。进一步的，由于泡沫玻璃作为滤层时，由于比重轻，以较小的动 力即可实现快速反冲洗，从而节省了反冲洗时间和动力消耗，而且过滤处理能力大、水质 好，具有高效、节能以及环保的效果。
[0015] 综上所述，该新型的轻质过滤介质，其可以克服现有技术中砂率技术存在的能耗 高、过滤周期短、效率低、污水处理流程过长、设施庞大、占地面积增加、生产管理难度以及 运行大等一系列的缺陷。
[0016] 可选的，所述泡沫玻璃滤料的比重为1. 2~I. 7kg/L。
[0017] 过滤是水中悬浮颗粒与滤料颗粒间吸附作用的结果，吸附作用主要决定于滤料和 水中颗粒的表面物理化学性质，当水中颗粒迀移到滤料表面上时，在范德华引力和静电引 力以及某些化学键和特殊的化学吸附作用下，它们吸附到滤料颗粒的表面上。此外，某些絮 凝颗粒的架桥作用也同时存在。经研究表明，过滤主要还是悬浮颗粒与滤料颗粒经过迀移 和吸附两个过程来完成去除水中杂质的过程。
[0018] 随着过滤时间的增加，滤层截留杂质的增多，滤层的水头损失也随之增大，其增长 速度随滤速大小、滤料颗粒的大小和形状，过滤进水中悬浮物含量及截留杂质在垂直方向 的分布而定。在处理一定性质的水时，正确确定滤速，滤料颗粒的大小，进水水质，滤料及 厚度之间的关系，具有重要的技术意义与经济意义。因此，对于过滤而言，滤料选择以及物 理形态，性质对过滤效果具有至关重要的影响，现有技术中，石英砂滤料比重大（2. 65kg/L 左右）、膨胀率低（50%以下）、孔隙率低（50%以下）；因此，不仅难以实现较为充分的反冲 洗，而且动力消耗高和产生的反冲洗水量较大；特别是存在滤料板结（死区）的缺陷。
[0019] 在本申请中，对泡沫玻璃滤料的比重优选限定为1. 2~I. 7kg/L，具有该比重的泡 沫玻璃滤料，泡沫玻璃滤料的比表面积为25-35m2/g，其可实现约为200 %的膨胀率，在水体 紊流和剪切力的作用下，极易使附着在滤料表面上的凝聚物剥离开，以较少的能耗可实现 快速反冲洗、缩减反冲洗时间和用水量的效果。
[0020] 可选的，所述泡沫玻璃滤料的自然堆积容重为0. 5~1.0 kg/L。
[0021] 可选的，所述泡沫玻璃滤料的空隙率为60~78%。
[0022] 可选的，所述泡沫玻璃滤料的比表面积为25_35m2/g。
[0023] 基于上述同样的理由，对泡沫玻璃滤料的自然堆积容重，或者对其空隙率和比表 面积进行了进一步的限定，一方面满足膨胀率要求，另一方面也提高了滤层的容纳悬浮性 污染物的能力，大大提高其对过滤水体中悬浮物的截留能力以及单位时间内的过滤处理 量。
[0024] 一种所述的水处理用轻质过滤介质的制备方法，包括以下步骤：
[0025] 1)、在微细玻璃粉末中加入发泡剂、发泡剂促进剂和改性剂后进行混匀，得到混合 原料；
[0026] 2)、将所述混合原料熔融发泡后依次进行冷却、再次粉碎和筛选，得到可作为水处 理用轻质过滤介质的泡沫玻璃。
[0027] 该发方法中，以废旧玻璃为初始原料，经破碎、粉碎（得到微细玻璃粉末）和混合 等操作，再经过熔融发泡、冷却等而制成的无机非金属泡沫玻璃材料。最后经进一步的粉 碎、筛选等工艺加工制得新型轻质、无规则、多棱角、高比表面积、高孔隙率、多孔性新型水 处理人工泡沫玻璃滤料。整个制备方法易于实现，工艺条件易于控制，而且原料也易于获 得。具有非常好的实用性。
[0028] 可选的，在步骤1)之前，还包括：
[0029] 将废旧玻璃进行破碎，得到3_5mm的玻璃碎片，并将所述玻璃碎片粉碎至粒径为 100-400 μ m的微细玻璃粉末。
[0030] 对于废旧的玻璃，采用先破碎后粉碎的方式，从而实现微细玻璃粉末的获取，便于 与其他助剂混合均匀，而且也