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粉煤灰陶粒在废水处理中的应用

作者:波涛净水      来源:www.cddii.com     浏览:      发布时间:20/08/05

摘要:为了解决粉煤灰对环境的污染及综合利用的问题,采用以粉煤灰为主要原料,掺加少量粘结剂和固体燃料,经混合、成球、高温焙烧制成粉煤灰陶粒。将粉煤灰陶粒用做水处理滤料以及处理含金属离子的废水、腐殖废水、含磷废水、含氟废水、含油废水的试验结果表明,粉煤灰陶粒对于各种污染物均具有良好的去除效果。粉煤灰陶粒具有比表面积大、表面能高,且内部存在着铝、硅氧化物等活性点,具有良好的吸附性能,并且易于再生,便于重复利用,因此是一种廉价的吸附剂,在废水处理中具有广阔的应用前景。

粉煤灰陶粒在废水处理中的应用

引言

目前,我国燃煤电厂的粉煤灰年排放量已达一亿多吨,而其中只有少部分(20%-30%)用于建筑、交通、土壤改良等方面,其余的大部分堆积废弃,不仅占用了大量的土地资源,而且严重污染了环境,因此,如何将粉煤灰综合利用一直是当今环境科学研究领域中的重要研究课题之一。

利用粉煤灰对工业废水进行处理可谓以废治废,且处理废水费用低。但据国内外的研究表明,将粉煤灰直接用于废水处理的效果并不是很理想,并且反应产物的收集不易收集,容易流失造成二次污染。因此,对粉煤灰进行合理的处理,使其更适于废水处理就显得非常必要。

近年来,研究人员将粉煤灰制成陶粒用于废水处理取得了许多令人瞩目的成就其中包括将粉煤灰陶粒用做水处理滤料以及处理含金属离子的废水、腐殖废水、含磷废水、含氟废水、含油废水等。

粉煤灰陶粒是用粉煤灰为主要原料,掺加少量粘结剂(如粘土)和固体燃料(如粉煤),经混合、成球、高温焙烧(一般为1200-1300℃)而制得的一种人造轻骨料。粉煤灰陶粒一般呈圆球形,表皮粗糙坚硬,色淡黄,内有许多微孔,呈蜂窝状;其粒径为5mm-20mm,堆积密度不大于1100kg/m3。粉煤灰陶粒的比表面积大、表面能高,且内部存在着主原料粉煤灰中存在的铝、硅氧化物等活性点,具有良好的吸附性能,并且易于再生,便于重复利用,因此粉煤灰陶粒是一种廉价的吸附剂。

波涛净水厂家对粉煤灰陶粒在废水处理中的应用进行了综述,并对今后的研究方向进行了展望。

1、粉煤灰陶粒在废水处理中的应用

1.1用做水处理滤料

曝气生物滤池处理废水是20世纪80年代末和90年代初兴起的废水处理工艺,已在欧美和日本广为流行。中国对曝气生物滤池工艺开展了研究,但其核心问题—滤料问题还没有解决。目前,国内采用的接触填料主要有玻璃钢或塑料蜂窝填料、立体波纹填料、软性纤维填料、半软性填料以及不规则粒状填料(砂、碎石、矿渣、焦炭、无烟煤)都存在表面光滑、生物膜附着力差、易老化、易堵塞等缺点。粉煤灰陶粒是一种多孔轻质材料,具有发达的比表面、空隙率高、表面粗糙、吸附能力强、有效地进行生物降解、易挂膜、挂膜快等优点,已广泛用于污水处理滤料。

根据曝气生物滤池污水处理原理、构造及其滤料作用机理,提供了一种利用粉煤灰和粘土生产陶粒生物滤料的配方。其生产工艺为:首先将粘土烘干,并粉碎到粒度<100目,然后按配方取粘土粉(45%)、粉煤灰(50%)与造孔剂(5%)进行干粉料混合,再加入10%-20%水混合均匀,并造粒成型,粒度控制在φ3~6mm。湿颗粒经(100±5)℃干燥后放入马沸炉中烧成,温度控制在950-1100℃。

采用添加有机造孔剂的方法,以粉煤灰为主要原料、粘土为粘接剂,经造球和高温烧结等工艺,成功地开发出轻质多孔球形生物滤料,其基本工艺参数为:粉煤灰加入量55%、粘土加入量45%、造孔剂加入量5%,烧结温度1050-1150℃,烧成保温时间10min。制备的新型滤料产品孔径分布为5-25nm,比表面积为8-9m2/g,与传统的生物滤料相比具有视密度小、比表面积大和表面粗糙易挂膜等优点。

在水处理陶粒填料的制备中,加入粉煤灰和改性剂,制成了轻质,并具有高比表面积高粗糙度和多微孔结构的纳米改性粉煤灰淘粒。确定了各种原料的较佳用量:粘土35%,CaCO3为2%,C为2%,DT-5为2%,γ-Al2O3为1%,粉煤灰53%,水玻璃5%。理化性能检测和电镜照片显示,该填料比表面积高达10.626m2/g,比国产陶粒的比表面积(4.11m2/g)提高了158.54%,表面粗糙,孔隙率高,固着生物量大,质轻,抗酸碱不易老化,使用寿命长,适宜于做厌氧滤池(AF)的生物载体。将其应用于AF处理中低浓度生活废水,运行稳定,处理效果良好,使用粉煤灰-粘土陶粒的AF塔,当HRT为10h,进水COD为1963mg/L,容积负荷为3.63kgCOD/m3·d。而使用国产陶粒的AF塔,进水COD为1010mg/L时,容积负荷仅为1.94kgCOD/m3·d。

1.2处理含金属离子的废水

对粉煤灰陶粒含锌废水、处理含镍废水、含铅废水做了系统的研究。探讨了陶粒用量、废水酸度、接触时间、温度等因素对处理效果的影响。结果表明:对于含锌废水,在废水pH4-10、Zn2+体积质量为0-200mg/L范围内,按锌和陶粒质量1:80的比例投加陶粒处理含锌废水,锌的去除率达99%以上;对于含镍废水,在废水pH3-10、Ni2+体积质量为0-200mg/L范围内,按镍和陶粒质量1:400的比例投加陶粒处理含镍废水,镍的去除率达99%以上;对于含铅废水,在废水pH=4-11、Pb2+体积质量为0-100mg/L范围内,按铅与陶粒质量比为1:200投加陶粒进行处理,铅的去除率达98%以上,处理后的废水达到排放标准。

粉煤灰陶粒直接用于处理含Cr6+废水,效果并不好,但用氯化钡溶液处理后得到的含钡粉煤灰陶粒,却对Cr6+有着较强的吸附能力,能有效去除废水中的Cr6+。用陶粒处理含铬废水,发现含钡粉煤灰Cr6+去除率>99%。利用陶粒的多孔、比表面积大,对酸碱的化学和热稳定性好,在一些场合可替代活性炭做廉价的吸附剂。用含钡粉煤灰陶粒进行了处理含铬废水试验,探讨废水酸度、接触时间、陶粒用量、含铬体积质量、温度等因素对除铬效果的影响。结果表明,在废水pH=5.5,按铬与含钡陶粒重量比为1:1000加含钡陶粒,对体积质量在100mg/L以内的含铬废水进行处理,接触时间20min,可使Cr6+去除率达到99%以上,出水符合国家排放标准。

1.3处理腐殖废水

用膨胀陶粒做臭氧化生物滤料,处理腐殖废水,去除率为18%-37%,臭氧化产物(乙醛和醋酸)去除率>80%。膨胀陶粒表面粗糙,气孔率高,为微生物生长提供了很高的表面积;它同时有很好的抗物理冲击磨损能力,由于有高的多孔表面,这种材料适合于不同的腐殖废水处理。

1.4处理含磷废水

陶粒中含有一定的CaO,Al2O3和Fe2O3等。CaO对P有沉淀作用,Al2O3和Fe2O3有吸收P的能力,Ca-Al-Fe复合氧化物是重要的P吸收,采用回转窑在1200℃烧成的球状陶粒做了吸收P的实验,发现较高的吸收率可达3465mg/kg。掺的轻质膨CaCO3胀粘土陶粒有一定的P吸收能力。P吸收能力和陶粒的化学性质有很大的关系(总金属含量,阳离子交换能力,可溶于草酸的Fe和Al。总金属含量和P吸收能力关系很密切,其中主要四种金属(Mg,Ca,Fe,Al)离子中,Ca离子含量和P的吸收能力的关系很密切。

以粉煤灰和工业污水处理站的剩余污泥为主要原材料,采用烧结法研制复合陶粒。采用该陶粒铺设景观水底、治理城市水体,并对其进行了可行性分析。粉煤灰/污泥陶粒的容重为0.79-0.9g/cm3,吸水率为68.95%-80.01%。陶粒对水中氨氮和总磷吸附容量分别为0.03-0.05mg/g和0.01-0.02mg/g。

1.5处理含氟废水

采用2%无机造孔添加剂、50%粉煤灰和48%粘土于900℃烧制2h得到一种强度高、比表面积为15.91m2/g的粉煤灰陶粒。该滤料可用于吸附氟离子,吸附类型属于Freundlich型,是一种中等覆盖度的多层吸附。将该滤料填装于玻璃柱中进行动态过滤模拟试验,过滤高氟饮用水,滤出水pH增加、浊度降低。对进水浓度和温度等影响因素进行研究,结果表明,随着进水氟离子浓度的增加,产水量减少,滤料的除氟率增加;而随着温度的增加,产水量会增加,除氟率也会增加。

1.6处理含油废水

采用电厂粉煤灰和普通粘土为主要原料,与外加掺合剂混合,烧结制备应用于环境工程的粉煤灰陶粒,实现了粉煤灰的资源化利用。较佳的烧成条件是:烧成温度为(1150±25)℃,粉煤灰掺入量为90%,保温时间为30min。在较佳烧成条件下,烧制的陶粒容重等级为900,颗粒抗压强度能达到25MPa,超过GB2838-81抗压强度≥6.5MPa的规定,吸水率为17%。利用粉煤灰陶粒具有较好的吸附性能、易于再生的特点,用来处理含油废水。结果表明:对于浓度为100mg/L的含油废水,在常温下的较佳吸附时间为150min,较佳投放量为6g/L,去除率可达73%。

2、结语

利用粉煤灰生产陶粒是一条很好的粉煤灰资源化的途径,不但解决了粉煤灰的污染问题,而且用于废水处理,具有工艺简单、处理费用低、以废制废的特点,具有良好经济效益和社会效益,其应用前景将会越来越好。在今后要着重加强在孔径的可调性、连通孔分布均匀性以及如何提高其孔隙率、机械性能、化学和热稳定性能等方面的研究。

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