本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种嵌套式陶瓷过滤器及过滤方法。该嵌套式陶瓷过滤器将柱型小孔陶瓷层(5)、柱型微孔陶瓷层(4)、大孔陶瓷层(3)嵌套组合，并在陶瓷层之间分别设置不同粒径的生物炭颗粒，并利用柱型折流挡板(2)延长进水与吸附层和吸附材料的接触时间，分级吸附水中颗粒污染物、有机污染物和重金属，并利用生物炭降解细菌、致病菌等微生物，实现水的高效处理；具有结构简单、制作方便、可调节性强的优点。
1.一种嵌套式陶瓷过滤器，其特征在于，所述过滤器为圆台形，上、下底面均为陶瓷底板(1)，沿圆台中心轴线从内至外依次设置柱型小孔陶瓷层(5)、柱型微孔陶瓷层(4)、大孔陶瓷层(3)，其中大孔陶瓷层(3)为圆台侧面，柱型微孔陶瓷层(4)、柱型小孔陶瓷层(5)之间设置柱型折流挡板(2)；
所述柱型折流挡板(2)、大孔陶瓷层(3)、柱型微孔陶瓷层(4)、柱型小孔陶瓷层(5)均与圆台上、下底面密封连接；进水蓄水挡板(10)紧挨圆台下底面边缘或距离圆台下底面边缘一定距离竖直设置；
大粒径生物炭颗粒(6)、小粒径生物炭颗粒(7)嵌套在大孔陶瓷层(3)孔内和/或分别储存在大孔陶瓷层(3)和柱型微孔陶瓷层(4)之间、柱型微孔陶瓷层(4)和柱型小孔陶瓷层(5)之间；
其中大孔陶瓷层(3)孔径＞大粒径生物炭颗粒(6)粒径＞柱型微孔陶瓷层(4)的孔径＞小粒径生物炭颗粒(7)粒径＞柱型小孔陶瓷层(5)孔径；
所述大粒径生物炭颗粒(6)、小粒径生物炭颗粒(7)由废弃生物炭材料：秸秆、废弃木材、废弃竹材、中药渣或木薯粉中的一种或多种经烧制、粉碎、筛分得到；
所述大孔陶瓷层(3)、柱型微孔陶瓷层(4)、柱型小孔陶瓷层(5)由生物炭和陶土混合烧制而成；
2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述出水过滤口(8)连接出水蓄水装置(9)。
3.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述柱型小孔陶瓷层(5)孔径为50～150μm，柱型微孔陶瓷层(4)的孔径为150～200μm，大孔陶瓷层(3)的孔径为200～500μm。
4.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述柱型小孔陶瓷层(5)、柱型微孔陶瓷层(4)、大孔陶瓷层(3)的孔为虫洞状结构。
5.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器大小、柱型折流挡板(2)的个数、各级陶瓷层成分能根据待处理水中各类污染物含量分布进行灵活调整。
6.权利要求1-5任一项所述过滤器的过滤方法，其特征在于，所述过滤方法包括以下步骤：a .储藏在进水蓄水挡板(10)和大孔陶瓷层(3)之间的待处理污水，因重力以及扩散作用进入大孔陶瓷层(3)，进水中大颗粒污染物被吸附；
b .大粒径生物炭颗粒(6)与小粒径生物炭颗粒(7)随之与污水接触，吸附和/或分解污水中有机污染物、重金属离子和富营养化污染物；
c .污水继续进入柱型微孔陶瓷层(4)，污水中细菌、小颗粒污染物被吸附和/或降解；
d .因孔径大小，大粒径生物炭颗粒(6)被截留在大孔陶瓷层(3)和柱型微孔陶瓷层(4)之间，小粒径生物炭颗粒(7)穿过柱型微孔陶瓷层(4)，在柱型折流挡板(2)的作用下，小粒径生物炭颗粒(7)与污水长时间接触，吸附和/或降解污水中的细菌和病原体；
e .污水进入柱型小孔陶瓷层(5)，污水中更小颗粒的污染物、残余细菌、致病菌被吸附和/或降解；
f .小粒径生物炭颗粒(7)被截留在柱型微孔陶瓷层(4)和柱型小孔陶瓷层(5)之间，经柱型小孔陶瓷层(5)过滤后的水自出水过滤口(8)排入出水蓄水装置(9)。
7.根据权利要求6所述的过滤方法，其特征在于，所述出水过滤口(8)还吸附所在地区水中微量有机污染物和重金属。
一种嵌套式陶瓷过滤器及过滤方法
技术领域
[0001] 本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种嵌套式陶瓷过滤器及过滤方法。
背景技术
[0002] 随着经济的发展，工业产业和污染排放量的不断提升，湖泊河流的水源受到污染的情况也大大增加。而现阶段水体净化设施占地庞大，消耗较高，且处理技术较为单一，对特定污染物难以去除，设备不易调节。
[0003] 偏远地区建设净水处理设施，由于诸多限制，资源要求相对较多，且由于能源和物资受限，大型净水处理设施较难维持。而中小型污水净化设备虽占地较少，可处理效果较为有限，地区环境因素影响较大，出水水质普遍不高。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种嵌套式陶瓷过滤器及过滤方法，具体技术方案如下：
[0005] 一种嵌套式陶瓷过滤器为圆台形，上、下底面均为陶瓷底板1，陶瓷底板1材料不透水或在陶瓷底板1上涂覆一层透气不透水涂层；沿圆台中心轴线从内至外依次设置虫洞状孔结构的柱型小孔陶瓷层5、柱型微孔陶瓷层4、大孔陶瓷层3，其中大孔陶瓷层3为圆台侧面，柱型微孔陶瓷层4、柱型小孔陶瓷层5之间设置柱型折流挡板2，以延长进水的停留时间、提高去除污染物效率；
[0006] 所述柱型小孔陶瓷层5、柱型微孔陶瓷层4、大孔陶瓷层3之间间隔大小根据污水处理量、污水中各种污染物含量分布调整。
[0007] 所述柱型折流挡板2、大孔陶瓷层3、柱型微孔陶瓷层4、柱型小孔陶瓷层5均与圆台上、下底面密封连接；进水蓄水挡板10紧挨圆台下底面边缘或距离下底面边缘一定距离处竖直设置，优选紧挨圆台下底面边缘竖直设置以获得最佳处理效率；
[0008] 大粒径生物炭颗粒6、小粒径生物炭颗粒7嵌套在大孔陶瓷层3孔内和/或分别储存在大孔陶瓷层3和柱型微孔陶瓷层4之间、柱型微孔陶瓷层4和柱型小孔陶瓷层5之间，利用生物炭对细菌、致病菌等微生物的降解作用，对有机大分子污染物、悬浮物的吸附作用，实现对污水中各类污染物的降解、吸附；
[0009] 其中大孔陶瓷层3孔径＞大粒径生物炭颗粒6粒径＞柱型微孔陶瓷层4的孔径＞小粒径生物炭颗粒7粒径＞柱型小孔陶瓷层5孔径；
[0010] 在圆台下底面中心位置设置出水过滤口8，出水过滤口8连接出水蓄水装置9；根据出水处理效率，出水过滤口8填装或不填装生物质炭材料。
[0011] 所述柱型小孔陶瓷层5孔径为50 150 μm，柱型微孔陶瓷层4的孔径为150 200 μm，~ ~大孔陶瓷层3的孔径为200 500 μm。
~
[0012] 所述大粒径生物炭颗粒6、小粒径生物炭颗粒7由秸秆、废弃木材、废弃竹材、中药渣、木薯粉、污泥等农业废弃生物炭材料烧制、粉碎、筛分得到；
[0013] 所述大孔陶瓷层3、柱型微孔陶瓷层4、柱型小孔陶瓷层5由生物炭和陶土混合烧制而成；
[0014] 所述出水过滤口8中填装的生物炭材料，在提高出水处理效率的基础上，优选能够就地取材的废弃生物质炭。
[0015] 所述柱型小孔陶瓷层5、柱型微孔陶瓷层4、大孔陶瓷层3的孔状结构和大粒径生物炭颗粒6、小粒径生物炭颗粒7的生物炭材料根据待处理水中污染物成分不同通过改变烧结温度等工艺参数进行相应调整。
[0016] 所述柱型小孔陶瓷层5、柱型微孔陶瓷层4、大孔陶瓷层3的孔优选为虫洞状结构，以延长进水与各级陶瓷层的接触时间，提高吸附效率。
[0017] 所述过滤器大小、柱型折流挡板2的个数、各级陶瓷层成分能根据待处理水中各类污染物含量分布进行灵活调整。
[0018] 所述过滤器的过滤方法包括以下步骤：
[0019] a. 储藏在进水蓄水挡板10和大孔陶瓷层3之间的待处理污水，因重力以及扩散作用进入大孔陶瓷层3，进水中大颗粒污染物被吸附、去除，同时将嵌套在大孔陶瓷层3孔内的大粒径生物炭颗粒6、小粒径生物炭颗粒7冲入过滤系统；
[0020] b. 大粒径生物炭颗粒6与小粒径生物炭颗粒7随之与污水接触，吸附和/或分解污水中有机污染物、重金属离子和富营养化污染物；
[0021] c. 污水继续进入柱型微孔陶瓷层4，污水中细菌、小颗粒污染物被进一步吸附和/或降解；
[0022] d. 因孔径大小，大粒径生物炭颗粒6被截留在大孔陶瓷层3和柱型微孔陶瓷层4之间，小粒径生物炭颗粒7穿过柱型微孔陶瓷层4，在柱型折流挡板2的作用下，小粒径生物炭颗粒7与污水长时间接触，小粒径生物炭颗粒7上形成的生物液膜进一步吸附和/或降解污水中的细菌和病原体；
[0023] e. 污水进入柱型小孔陶瓷层5，污水中更小颗粒的污染、残余细菌、致病菌被更进一步吸附和/或降解；
[0024] f. 小粒径生物炭颗粒7被截留在柱型微孔陶瓷层4和柱型小孔陶瓷层5之间，经柱型小孔陶瓷层5过滤后的水自出水过滤口8排入出水蓄水装置9。
[0025] 所述填装生物炭材料的出水过滤口8还能进一步吸附所在地区水中微量有机污染物和重金属。
[0026] 所述过滤方法利用孔径大小分阶段进行水处理，一方面通过循序渐进的过滤方式增强了物理过滤效率，另一方面同时复合物理吸附、化学吸附、生物膜处理多种水处理方式，提高水处理效率。
[0027] 本发明的有益效果为：
[0028] （1）本发明提供的一种嵌套式陶瓷过滤器，结构简单，制作方便，原料来源广泛、价格低廉，系统方便反冲洗、可调节性强，折流挡板和各级陶瓷层可以通过上、下底面陶瓷底板拼接形成，整个过滤器可模块化进行调整，易于推广使用；
[0029] （2）本发明以低能耗实现物理过滤、物理吸附、化学吸附、生物膜处理等多种处理方式的复合式水处理，在提高水处理效率、提高出水水质的同时，能够避免现代水处理设备中资源依赖性强、消耗大的缺陷，具有良好的经济与生态效益。
附图说明
[0030] 图1为本发明提供的一种嵌套式陶瓷过滤器结构简图；
[0031] 标号说明：1-陶瓷底板；2-柱型折流挡板；3-大孔陶瓷层；4-柱型微孔陶瓷层；5-柱型小孔陶瓷层；6-大粒径生物炭颗粒；7-小粒径生物炭颗粒；8-出水过滤口；9-出水蓄水装置；10-进水蓄水挡板。
具体实施方式
[0032] 本发明提供了一种嵌套式陶瓷过滤器及过滤方法，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0033] 实施例1
[0034] 过滤处理自然水
[0035] 以秸秆作为生物炭原材料，粉碎呈颗粒状，分别过100目和60目的筛床。选取粒径大于60目的秸秆粉末与陶土混合在900℃下烧制成虫洞状大孔陶瓷层3，颗粒大于100目的秸秆粉末与陶土混合在1000℃下烧制成柱型虫洞状微孔陶瓷层4，颗粒大于100目的秸秆粉末与陶土混合在1200℃下烧制成柱型虫洞状小孔陶瓷层5，将平均粒径220μm的大粒径生物炭颗粒6、平均粒径180μm的小粒径生物炭颗粒7嵌套在大孔陶瓷层3孔内，并使其分别储存在大孔陶瓷层3和柱状微孔陶瓷层4之间、柱状微孔陶瓷层4和柱状小孔陶瓷层5之间；将柱型折流挡板2分别固定在圆台上、下底面上，与大孔陶瓷层3整合后放置在进水蓄水挡板10之间，并连通出水蓄水装置9，具体如图1所示。
[0036] 将自然水导入进水蓄水挡板10和大孔陶瓷层3之间，大粒径生物炭颗粒6和小粒径生物炭颗粒7悬浮在嵌套陶瓷层之间；每过0.5 h提取一次出水蓄水装置9中的水样和设备中未经过滤处理的自然水水样，检测自然水中各类污染物的去除率，每次取样时间相同，当出水水样的水质持续出现4组去除率无显著变化时，将出水蓄水装置9关闭，关闭、清空过滤器，查看各组件、生物炭的状态以及设备的运行情况，基于该过滤器的逐级过滤结构设计，可以选择对设备进行反冲洗清洁，或者根据出水中污染物的去除情况，针对性更换该过滤器内部各组件或生物炭颗粒，实现过滤器的重复再利用。
[0037] 结果显示，出水中脂类、多环芳烃以及重金属等物质并无增加，细菌及藻类去除率为99.1%，且由于生物炭的作用，出水中水蒸发后产生的灰分物质与进水中水的灰分物质相比减少78%，说明出水中水的硬度与进水中水的硬度相比显著降低。
[0038] 实施例2
[0039] 过滤处理污染水
[0040] 利用与实施例1相同的过滤器过滤处理含有脂类、多环芳烃、溴代阻燃剂、重金属铅、农药残留物以及大肠杆菌的污染水。
[0041] 将污水导入进水蓄水挡板10和大孔陶瓷层3之间，待大粒径生物炭颗粒6和小粒径生物炭颗粒7悬浮在嵌套陶瓷层之间，每过5分钟提取一次出水蓄水装置9中的水样和设备中未经过滤的污染水水样，检测污水中各类污染物去除率等多项指标，每次取样时间相同，当出水水样的水质持续出现4组去除率无显著变化时，将出水蓄水装置9关闭，清空过滤器，查看各组件以及生物炭的状态以及设备的运行情况，过滤器的清洗或更换同实施例1。
[0042] 结果显示，在经过20分钟后，出水中各项指标达到基本稳定，最终脂类去除率为93.4%，多环芳烃去除率为78.6%，溴代阻燃剂去除率为94.5%，重金属铅去除率为92.4%，农药残留物去除率为96.7%，大肠杆菌去除率为99.4%。
[0043] 本发明提供的嵌套式陶瓷过滤器能够高效率实现水处理，且无二次污染、使用寿命长、灵活性高，是实现农业废物减量化和资源化的有效手段，具有广阔的市场前景。
