本發明涉及一種以粘土為主要原料的輕質陶粒生物濾料，用于對污水進行深度凈化，屬于水處理技術和環保材料深度加工領域。
背景技術：
上世紀末，陶粒濾料基本選用天然礦物材料，主要原因是相對于有機塑料材質，其具有來源廣、價格低、機械強度高和化學穩定性好等優點，因而應用較早且被廣泛使用在水處理領域。然而長期的實踐經驗表明，天然礦物濾料存在形狀大小不一，比表面積小，孔隙率小，截污能力差等多方面的缺點，因此天然材料向人工材料的轉變是一個必然發展趨勢。經過專家以及研究工作者們的不斷研究，人工陶粒濾料能夠克服上述缺點，并且傳承了天然礦物的諸多優點，在水處理行業快速盛行起來。
隨著水處理工藝的不斷優化和升級，高效節能的陶粒濾料需求也日益加劇。目前生物濾池中基本采用的是重質陶粒濾料，而且市場上的陶粒濾料真實密度普遍都大于2.0g/cm3，使得生物濾池反沖洗能耗較大，長期運行下濾池反沖洗不徹底，導致水頭損失逐漸增大，甚至會出現濾料層板結，嚴重影響了水處理的運行和維護。另一方面，具有抗板結、高效率和低能耗等優點的輕質陶粒生物濾料迎合當前的發展方向。以前的研究中，輕質陶粒生物濾料普遍存在以下缺點：煅燒溫度高、比表面積小、親水性差等。因此，開發出煅燒溫度低、比表面積大、親水性好等的輕質陶粒生物濾料，有助于拓寬陶粒濾料的應用范圍。
技術實現要素：
為了克服現有懸浮濾料的不足，本發明提供了一種輕質陶粒生物濾料及其制備方法。本發明開發的陶粒濾料具有真實密度低(0.8～0.9g/cm3)，比表面積大(>50m2/g)、強度好(>40N)、表面粗糙、孔道結構發達，親水性強等特點。
本發明的輕質陶粒生物濾料是以粘土礦物、輕質材料、造孔劑和粘結劑為原料，經高溫焙燒而成。其中，所述輕質材料選用超低密度的無機材料，真實密度約0.23g/cm3，類球狀。
本發明的思路是將輕質材料填充到粘土陶粒中，從而開發出密度可控的輕質陶粒濾料，具體步驟如下：
(1)原料的制備：內核配料，將粘土40～60重量份、輕質材料30～50重量份和造孔劑0～10重量份混合；外殼配料，將粘土50～60重量份、造孔劑10～20重量份混合；膠水配制：粘結劑0.1～1重量份與水30～50重量份混合。
(2)造粒：將內核配料送入造粒機中造粒，得到粒徑2.5～7.5mm的內核顆粒；再將外殼配料送入造粒機中造粒，得到粒徑3～7mm的球形顆粒，其中邊噴灑膠水邊送入外殼配料，膠水約占球形顆粒的20～30％(wt)。
(3)烘干：將上述球形顆粒在200～300℃范圍內烘干0.5～1h，去除水分。
(4)焙燒：將上述烘干后的球形顆粒置于500～800℃范圍內焙燒0.5～2h，得到輕質陶粒生物濾料。
步驟(1)中所述的粘土可以是凹凸棒石粘土、高嶺土和硅藻土的一種或幾種。
步驟(1)中所述的造孔劑可以是碳粉、糠粉和木屑中的一種或幾種。
步驟(1)中所述的粘結劑可以是無機或有機粘結劑。
本發明的有益效果是：
1、本發明充分利用原料中各組分的特點，合理地進行組合，取長補短，各司其職，最終將各自優點最大化的集中在輕質陶粒生物濾料上。
2、本發明的輕質陶粒生物濾料具有豐富的比表面積和發達的孔道結構，表面不結釉，是理想的吸附材料。特別在廢水的深度處理中，優勢顯著，它能夠將水中的污染物吸附并濃縮在顆粒表面，大大提高了微生物的降解效率。
3、本發明的輕質陶粒生物濾料的生產工藝簡單易行，產品合格率高，無需篩選。與現有技術相比，本發明技術明顯節約了能耗，降低了生產成本，有利于工業化生產。
4、本發明開發的輕質陶粒生物濾料克服了重質濾料的缺點，具有抗板結效果好，水頭損失小等優點，有利于反沖洗過程的進行，省時節能。
5、本發明開發的輕質陶粒生物濾料綜合了泡沫珠和礦物材料的優點，具有顆粒強度大，使用壽命長，懸浮性好等優點。
6、本發明不局限于以上幾種原料，可以重新組合其他組分，制備出具有特殊功能的輕質陶粒生物濾料。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
1、原料的制備：內核配料，將凹凸棒石粘土40kg、輕質材料30kg混合；外殼配料，將凹凸棒石粘土50kg、造孔劑10kg混合；膠水配制：粘結劑0.1kg與水40kg混合。
2、造粒：將內核配料送入造粒機中造粒，得到粒徑約為2.5mm的內核顆粒；再將外殼配料送入造粒機中得到粒徑3mm的球形顆粒，其中邊噴灑膠水邊送入外殼配料，膠水約占球形顆粒的20％wt。
3、烘干：將上述球形顆粒在200℃范圍內烘干0.5h，去除水分。
4、焙燒：將上述烘干后的球形顆粒置于500℃范圍內焙燒2h，得到輕質陶粒生物濾料。
實施例2
1、原料的制備：內核配料，將高嶺土45kg、輕質材料35kg和造孔劑2.5kg混合；外殼配料，將高嶺土52.5kg、造孔劑12.5kg混合；膠水配制：粘結劑0.3kg與水37kg混合。
2、造粒：將內核配料送入造粒機中造粒，得到粒徑約為3.5mm的內核顆粒；再將外殼配料送入造粒機中得到粒徑4mm的球形顆粒，其中邊噴灑膠水邊送入外殼配料，膠水約占球形顆粒的22.5％wt。
3、烘干：將上述球形顆粒在300℃范圍內烘干1h，去除水分。
4、焙燒：將上述烘干后的球形顆粒置于800℃范圍內焙燒0.5h，得到輕質陶粒生物濾料。
實施例3
1、原料的制備：內核配料，將硅藻土50kg、輕質材料40kg和造孔劑5kg混合；外殼配料，將硅藻土55kg、造孔劑15kg混合；膠水配制：粘結劑0.5kg與水41kg混合。
2、造粒：將內核原料送入造粒機中造粒，得到粒徑4.5mm的內核顆粒；再將外殼配料送入造粒機中得到粒徑5mm的球形顆粒，其中邊噴灑膠水邊送入外殼配料，膠水約占球形顆粒的25％wt。
3、烘干：將上述球形顆粒在220℃范圍內烘干0.5h，去除水分。
4、焙燒：將上述烘干后的球形顆粒置于600℃范圍內焙燒1.5h，得到輕質陶粒生物濾料。
實施例4
1、原料的制備：內核配料，將凹凸棒石粘土55kg、輕質材料45kg和造孔劑7.5kg混合；外殼配料，將高嶺土57.5kg、造孔劑17.5kg混合；膠水配制：粘結劑0.7kg與水50kg混合。
2、造粒：將內核配料送入造粒機中造粒，得到粒徑5.5mm的內核顆粒；再將外殼配料送入造粒機中得到粒徑6mm的球形顆粒，其中邊噴灑膠水邊送入外殼配料，膠水約占球形顆粒的27.5％wt。
3、烘干：將上述球形顆粒在250℃范圍內烘干1h，去除水分。
4、焙燒：將上述烘干后的球形顆粒置于650℃范圍內焙燒1h，得到輕質陶粒生物濾料。
實施例5
1、原料的制備：內核配料，將高嶺土60kg、輕質材料50kg和造孔劑10kg混合；外殼配料，將凹凸棒石粘土60kg、造孔劑20kg混合；膠水配制：粘結劑1kg與水60kg混合。
2、造粒：將內核原料送入造粒機中造粒，得到粒徑6.5mm的內核顆粒，再將外殼配料送入造粒機中得到粒徑7mm的球形顆粒，其中邊噴灑膠水邊送入外殼配料，膠水約占球形顆粒的30％wt。
3、烘干：將上述球形顆粒在280℃范圍內烘干1h，去除水分。
4、焙燒：將上述烘干后的球形顆粒置于750℃范圍內焙燒0.5h，得到輕質陶粒生物濾料。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。