專利名稱：用于液相和固相分離的多層多孔結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層多孔的過(guò)濾和/或分散結(jié)構(gòu)，其中至少一層由膠合的固體粒子形成。使用粘合劑使多孔層各層結(jié)合。本發(fā)明的多孔的過(guò)濾和/或分散結(jié)構(gòu)適用于固相與液相的分離，也適用于將氣體分散于液體或?qū)⒁后w分散于其它液體或氣體。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特別適用于污水凈化和水處理。
在污水凈化的過(guò)程中，要進(jìn)行過(guò)濾和生物有機(jī)物的分解，有時(shí)要將有害氣體從污水中排出或?qū)怏w注入液體，此外，還要將污水的淤渣進(jìn)行脫水(干燥)處理。本發(fā)明的過(guò)濾結(jié)構(gòu)能有效地適用于上述工藝過(guò)程。在某種情況下，是使含有固體的液體流過(guò)過(guò)濾結(jié)構(gòu)以濾出固體;而在其它情況下，在分散過(guò)程中是使氣體以微小氣泡的形式通過(guò)該結(jié)構(gòu)注入到液體中。
已知有多種方法可以用于(污水的)過(guò)濾和淤渣脫水，例如沙過(guò)濾、固定濾板過(guò)濾、膠合的卵石過(guò)濾、織物或金屬網(wǎng)過(guò)濾以及機(jī)械過(guò)濾(離心和真空過(guò)濾、淤渣壓縮等)。干燥處理是典型的淤渣脫水方法。
已知的機(jī)械過(guò)濾和脫水方法的效率是較好的，但其應(yīng)用范圍太窄，且其在脫水技術(shù)方面的應(yīng)用受到投資和運(yùn)行費(fèi)用特別高的限制。因此，主要依據(jù)采用天然材料的過(guò)濾技術(shù)通常被應(yīng)用于污水凈化，其中沙過(guò)濾是最普遍采用的方法。
沙過(guò)濾器中材料的粒度沿液體的流動(dòng)方向增大。經(jīng)沙濾器由污水中濾出的固相滲入沙層，而水則通過(guò)沙層流出。此后，沙濾層被阻塞，可用逆流沖洗除掉濾出的固相，或除去并更換阻塞層之后沙濾器再可使用。
由固定的多層濾板構(gòu)成的過(guò)濾結(jié)構(gòu)在美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)No。4，452，698和4，381，998中有所描述。這些由膠合的顆粒材料構(gòu)成的過(guò)濾結(jié)構(gòu)包括一個(gè)支撐層和一個(gè)過(guò)濾層，支撐層是可滲透的，其孔大于過(guò)濾板的孔。用于構(gòu)成過(guò)濾器的顆粒是無(wú)機(jī)材料，例如Al2O3、剛玉、碳化硅、碳化硼等顆粒。這種過(guò)濾器是耗費(fèi)相當(dāng)大的結(jié)構(gòu)。
美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)No.4，382，863是一種由三層構(gòu)成的相似的結(jié)構(gòu)，具有同樣耗費(fèi)大的缺陷。
根據(jù)匈牙利專利申請(qǐng)No.216/83，使用均勻的(單層)膠合卵石過(guò)濾器來(lái)降低地下水的壓力，例如用于地下室的排水。
淤渣的干燥處理是污水處理中一個(gè)最大的問(wèn)題，因?yàn)橛僭母稍镄枰蟮拿娣e，且其功效在很大程度上取決于氣候條件。因此，淤渣的脫水需要的時(shí)間長(zhǎng);且為保護(hù)排水系統(tǒng)，需要人工勞動(dòng)除掉干燥后的淤渣。人工脫除的淤渣的進(jìn)一步利用也受到其卵石含量的限制。
污水處理過(guò)程中出現(xiàn)氣-液系統(tǒng)部分是由于用其它氣體注入液體除去液體中的氣體，部分是在生物凈化中使用氣體。注入空氣以脫除有害的CO2是前者的一個(gè)實(shí)例，而將空氣或氧氣分散于液體，為液體中的微生物提供生存條件則是后者的一個(gè)實(shí)例。用噴嘴將空氣深注入是適用于此目的技術(shù)中最為有效的方法，而以穩(wěn)定的速率將氣體注入是存在問(wèn)題的。更困難的是在大多數(shù)情況下，需要間歇地將氣體注入，但在停頓時(shí)，容易造成液體中的固體物質(zhì)阻塞噴嘴。
本發(fā)明的目的是提供一種以高效率進(jìn)行過(guò)濾的過(guò)濾和/或分散結(jié)構(gòu)，其操作僅需要最低的投資和能耗，不易阻塞，且能將氣體以穩(wěn)定的速率注入液體并均勻分布于其中。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)如果用增水的粘合劑使過(guò)濾顆粒結(jié)合于濾層，過(guò)濾結(jié)構(gòu)表面的顆粒上覆蓋的粘結(jié)膜在過(guò)濾過(guò)程中接收電荷，其符號(hào)與待過(guò)濾物料中固體顆粒的相同，由此排斥了固體顆粒，待分離物料中的粒子。這樣，將在含有增水性粘合劑涂層的過(guò)濾顆粒層外面形成有效的靜電場(chǎng)，防止待分離物料中的顆粒粘附于過(guò)濾結(jié)構(gòu)表面。在過(guò)濾結(jié)構(gòu)上部顆粒上將形成自然的濾餅，該濾餅與過(guò)濾結(jié)構(gòu)并不直接接觸。結(jié)果，對(duì)過(guò)濾器的清洗僅需要外部沖洗，因?yàn)闆](méi)有固體雜質(zhì)能進(jìn)入過(guò)濾器的內(nèi)部，其孔隙也不會(huì)阻塞。本發(fā)明還基于下述進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)在生物凈化的過(guò)程中或在為排出有害氣體而充氣之后，外面的合成樹(shù)脂涂層能防止固體和/或微生物沉積在與液體接觸的表面上，并防止其作用為噴嘴的孔隙阻塞。這樣使得可以實(shí)現(xiàn)更為有效的生物凈化和氣體注入。
基于以上所述的認(rèn)識(shí)，本發(fā)明的多層多孔結(jié)構(gòu)解決了存在的問(wèn)題，本發(fā)明的多層多孔結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)支撐層和至少一個(gè)活性層，活性層的孔徑比支撐層的孔徑小，活性層至少由化學(xué)惰性的無(wú)機(jī)(適宜的是硅酸鹽基)顆粒材料(例如玄武巖、沸石、Al2O3顆粒)和粘合材料構(gòu)成，其主要特征在于至少在構(gòu)成活性層的顆粒表面存在由硅氧烷樹(shù)脂和/或雙酚A基環(huán)氧樹(shù)脂形成的憎水粘合材料。
因此，本發(fā)明提出了一種適用于分離固體和液體的體系，適用于分散氣體和液體的體系、特別適用于處理和凈化污水和淤渣的多層多孔結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)通常至少包括一個(gè)上面的薄的活性層和一個(gè)下面的厚的支撐層，兩層都是多孔的，活性層的孔比支撐層的孔要小，活性層至少由化學(xué)惰性的無(wú)機(jī)材料(適宜的是硅酸鹽工業(yè)材料，最好是玄武巖、沸石、Al2O3等)的顆粒和粘合材料構(gòu)成，其特征是至少在構(gòu)成活性層的過(guò)濾顆粒表面有強(qiáng)憎水性粘合材料，例如硅氧烷樹(shù)脂和/或雙酚A基環(huán)氧樹(shù)脂。過(guò)濾結(jié)構(gòu)不僅可以水平安置(例如重力過(guò)濾)，也可以垂直安置。
硅氧烷樹(shù)脂適宜的是選自具有1-4個(gè)功能基的硅氧烷單元的樹(shù)脂類型和/或選自由1-3個(gè)功能基的單體縮合得到的支鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，最好是苯基甲基聚硅氧烷和/或苯基甲基聚硅氧烷聚酯和/或用H2O2聚合的苯基甲基乙烯基硅氧烷。
由4，4-二羥基二苯基丙烷和3-氯-1，2-環(huán)氧丙烷得到的雙酚A基合成樹(shù)脂被用作為具有4-17個(gè)OH官能團(tuán)的環(huán)氧樹(shù)脂，其分子量為380-3800之間，環(huán)氧當(dāng)量為170-4000之間，酯當(dāng)量為80-200之間，分子粘度為5-150P(20℃)，比重為1.14-1.2。
其通式為
適宜地形成過(guò)濾結(jié)構(gòu)，使活性層的厚度在5-15mm之間，支撐層的厚度在50-150mm之間。
在多孔過(guò)濾和/或分散結(jié)構(gòu)與液體接觸的面，采用相對(duì)小的孔隙是有利的，這樣可以形成更有效的靜電場(chǎng);然而，為減少在反方向上的阻力，在與液體接觸面的相反的面上，采用較大的孔隙是適宜的。采用適宜的多孔鋼板或其它金屬結(jié)構(gòu)，也可以采用塑料結(jié)構(gòu)，例如可以用鋁或塑料網(wǎng)屏作為支撐層。
帶有憎水性和靜電場(chǎng)的樹(shù)脂同時(shí)膠合了過(guò)濾顆粒，由此得到恒定的孔徑。
根據(jù)本發(fā)明，形成活性層的顆粒的粒度為0.2-1mm，層間的孔徑為0.1-1mm。
較好的是，多孔過(guò)濾和/或分散結(jié)構(gòu)的支撐層用多孔鋼板或其它金屬或合成材料的多孔結(jié)構(gòu)制成(例如鋁制網(wǎng)屏)，或者用無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑構(gòu)成支撐層，無(wú)機(jī)顆粒材料的粒度為1-5mm，孔徑為0.8-1.2mm，最好為1mm。一般說(shuō)來(lái)，活性層的厚度為5-15mm，支撐層的厚度為50-150mm。
可以用二層以上構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)，例如兩層由無(wú)機(jī)過(guò)濾顆粒組成的上層和一層由多孔鋼板或其它金屬或合成材料的多孔結(jié)構(gòu)(如鋁制或塑料網(wǎng)屏)組成的下層。但是，過(guò)濾結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度可以強(qiáng)化，例如用鋼結(jié)構(gòu)襯里強(qiáng)化支撐結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的多孔結(jié)構(gòu)的又一方案的特征是由三層構(gòu)成，其中至少一層為外部活性層，中間層由無(wú)機(jī)顆粒和粘合材料組成。
活性表面和支撐層的幾何形狀可以不同于平面，例如可以是圓柱形、錐形、半園形或燭形等。
當(dāng)用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，在活性層(其作用為過(guò)濾層)的表面將形成厚的固相(例如淤渣)，濾出的固相并不粘連在表面上，可用機(jī)械方法將其除去。過(guò)濾器可經(jīng)過(guò)外部沖洗進(jìn)行更新。
本發(fā)明的多層多孔結(jié)構(gòu)不僅適用于過(guò)濾，也適用于將氣體分散于液體。在后一種情況下，所需的氣體從支撐層注入，前述的過(guò)濾表面將起活性霧化器的作用。這時(shí)，表面的幾何形狀最好不是平面形?；钚员砻娴募?xì)孔確保注入的氣體分布均勻。此外，面對(duì)液體的表面上的憎水的粘合材料能阻止微生物(例如植物和浮游有機(jī)物)沉積并阻塞孔隙(在間歇操作的情況下)。這樣，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是可長(zhǎng)久使用。
下面用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以描述。
實(shí)施例1用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)過(guò)濾城市污水淤泥，結(jié)構(gòu)表面積為1m2。
活性層-材料氧化鋁(Al2O3)-顆粒組成粒度(FEPA標(biāo)準(zhǔn))數(shù)量(Kg)2210.4360.60700.60-粘合材料環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑(TIPOXIHS)1.22Kg-層厚5mm活性過(guò)濾板的滲透系數(shù)K＝2.1×10-3cm/s，間隙體積n＝32%。
支撐層-材料顆粒卵石-顆粒度3-7mm-粘合材料環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑(TIPOXIHS)2.5Kg-厚度45mm
-質(zhì)量90.0Kg城市污水的初始干物質(zhì)含量為2.0%(水分含量為98%)?！癦etag57”的4‰溶液用作調(diào)節(jié)劑。提取的脫水淤渣為38%。得到?jīng)]有懸浮物的清潔濾液。
FEPA是有關(guān)粒度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于匈牙利標(biāo)準(zhǔn)No.6506-84。
“TIPOXIHS”環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑的組分之一是雙酚A二環(huán)氧甘油醚環(huán)氧樹(shù)脂，另一種組分是脂族聚胺混合物(生產(chǎn)廠家TiszamentiVegyimüvek，Tiszasz-edeikény，匈牙利)。
“Zetag57”是一種聚丙烯酰胺基的聚電解質(zhì)，是“AlliedColloidGmbH(Hamburg，GFR)的產(chǎn)品。
實(shí)施例2用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)過(guò)濾皮革廠的污水淤泥，過(guò)濾結(jié)構(gòu)的表面為1m2。
活性過(guò)濾層-材料碳化硅(SiC)-顆粒組成粒度(FEPA標(biāo)準(zhǔn))數(shù)量(Kg)2210.40360.60700.60-粘合材料硅氧烷樹(shù)脂粘合劑(VP2261)1.35Kg-厚度5mm
活性過(guò)濾板在150℃熱處理3小時(shí)，其滲透系數(shù)和間隙體積與實(shí)施例1的相同。
-支撐層與實(shí)施例1相同。
皮革廠污水的初始干物質(zhì)含量為1.5%(即水分含量為98.5%)。這里也使用4‰的“Zetag57”溶液作為調(diào)節(jié)劑。污水中的鉻含量為1000mg/l。過(guò)濾后，提取的脫水淤渣為30%，得到?jīng)]有懸浮物，鉻含量為0.05mg/l的濾液。
VP2261硅氧烷樹(shù)脂粘合劑是WackerChemieCo(München，GFR)的產(chǎn)品。
實(shí)施例3用實(shí)施例1所述的結(jié)構(gòu)過(guò)濾含油污水。污水中初始干物質(zhì)含量為2%，水分含量為98%。使用4‰“Zetag57”溶液作為調(diào)節(jié)劑。過(guò)濾后，脫水后的殘?jiān)?3%的干物質(zhì)，得到適合于公共排水系統(tǒng)的過(guò)濾水。
在上述三個(gè)實(shí)施例中，只需要對(duì)濾板的活性表面進(jìn)行清洗以更新該表面。
即使在長(zhǎng)時(shí)間操作之后，層間的過(guò)濾阻力也未改變，對(duì)其不需要再?zèng)_洗。
實(shí)施例4用實(shí)施例2所述的過(guò)濾結(jié)構(gòu)，將空氣分散于水中。在該結(jié)構(gòu)1m2的表面上空氣的傳送速率為20m3/h，氧氣量為100g(O2)/h，電力消耗約0.6Kw/1000gO2。
氣泡直徑d(平均)＝2.5mm本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有必要對(duì)過(guò)濾結(jié)構(gòu)進(jìn)行再清洗，僅需要定期地將表面沖洗即可，且對(duì)電力、時(shí)間和人力的需要也是最低的。所述結(jié)構(gòu)的建造是簡(jiǎn)單的，而其應(yīng)用卻是多方面的。
本發(fā)明當(dāng)然不受以上實(shí)施例的限制，在權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍內(nèi)，可以以多種方式實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.適用于分離液體和固體和/或分散液體或氣體、特別適用于污水處理的多層多孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)至少包括一個(gè)支撐層和一個(gè)活性層，活性層的孔徑比支撐層的孔徑小，至少活性層是由化學(xué)惰性的無(wú)機(jī)顆粒材料，適宜的是硅酸鹽基無(wú)機(jī)材料，例如玄武巖、沸石、Al2O3顆粒，和粘合材料構(gòu)成，其特征在于該結(jié)構(gòu)至少在構(gòu)成所述活性層的顆粒表面含有由硅氧烷樹(shù)脂和/或雙酚A基環(huán)氧樹(shù)脂所形成的憎水性粘合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的粘合材料是具有1-4個(gè)功能基的硅氧烷單元的樹(shù)脂類型和/或由1-3個(gè)功能基的單體縮合得到的支鏈結(jié)構(gòu)樹(shù)脂，適宜的是苯基甲基聚硅氧烷和/或苯基甲基聚硅氧烷聚酯和/或用H2O2聚合的苯基甲基乙烯基硅氧烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述憎水性粘合材料含有環(huán)氧樹(shù)脂，所述環(huán)氧樹(shù)脂是由4，4-二羥基二苯基丙烷和3-氯-1，2-環(huán)氧丙烷得到的雙酚A基合成樹(shù)脂，其分子量為380-3800，環(huán)氧當(dāng)量為175-4000，酯當(dāng)量為80-200，含有4-17個(gè)OH官能團(tuán)，分子粘度為5-150(20℃)，比重為1.14-1.2。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求1-3的任一結(jié)構(gòu)，其特征在于形成活性層的顆粒其粒度為0.2-1mm，層間的孔徑為0.1-1mm。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求1-4的任一結(jié)構(gòu)，其特征在于支撐層由多孔鋼板或由無(wú)機(jī)材料和粘結(jié)材料構(gòu)成，其中無(wú)機(jī)材料的粒度為1-5mm，層間的孔徑為0.8-1.2mm，最好為1mm。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求1-5的任一結(jié)構(gòu)，其特征在于活性層的厚度為5-15mm，支撐層的厚度為50-150mm。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求1-6的任一結(jié)構(gòu)，其特征在于支撐層含有一種結(jié)構(gòu)，最好是鋼增強(qiáng)襯里，以提高其機(jī)械強(qiáng)度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求1-7的任一結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)由三層構(gòu)成，其中至少外部一層和中間一層由無(wú)機(jī)顆粒和粘結(jié)材料組成。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求1-8的任一結(jié)構(gòu)，其特征在于活性層和/或支撐層的表面不同于平面，適宜的是圓柱形，錐形，半環(huán)形或燭形。
全文摘要
適用于將液體和固體分離和/或?qū)⒁后w或氣體分散、特別是適用于處理污水的多層多孔結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括至少一層支撐層和至少一層活性層，活性層由化學(xué)惰性的無(wú)機(jī)顆粒材料和粘結(jié)劑組成，活性層的孔徑比支撐層的小。至少在構(gòu)成活性層的顆粒的表面含有由硅氧樹(shù)脂和/或雙酚A基環(huán)氧樹(shù)脂形成的憎水性粘結(jié)材料。僅通過(guò)沖洗其表面就能使該結(jié)構(gòu)再生。
文檔編號(hào)B01D39/02GK1036146SQ8810171
公開(kāi)日1989年10月11日 申請(qǐng)日期1988年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月11日
發(fā)明者拉約斯·帕普, 伊斯塔凡·佐恩伊, 麥倫斯·米克里西, 約茨夫·安妮奧斯, 阿弟拉·外寧格, 約茨夫·費(fèi)爾吉西 申請(qǐng)人:凱來(lái)特瑪戴羅薩吉·維茨戴埃佩塔伊帕利·瓦拉拉特