污水处理生态滤床工艺研究

近年来,随着全球水资源污染日趋加重,越来越多的污水处理厂投入建设,关于污水处理的研究也日渐增多,人工湿地 及生物滤池便是目前广泛应用于污水处理的工艺;但是人工湿地技术的废水处理效率低且易堵塞 ,而生物滤池技术在之前的应用中发现传质效果欠佳,导致净水效果差且所挂生物膜易脱落 ,因此探究新型填料及高效的挂膜工艺已成为当今研究人员共同的目标。

目前,关于新型填料及挂膜工艺的报道逐渐增多。马兴元等研究了以轻质陶粒为滤料的生态滤床工艺,CHENG 等 利用涂料厂污泥及石英制备烧结陶粒,并研究了一种磁改性的方法对陶粒改性,发现磁改性后滤料对水质处理效果提升,BAO 等利用木屑及坡缕石制备烧结陶粒并利用针铁矿进行磁改性,得到的滤料应用于BAF 装置中来处理污水,发现当针铁矿、木屑及坡缕石的比例为10 ∶ 2 ∶ 5 时,滤料处理污水效果最佳。当广大研究者对新型滤料的研究主要集中于自制烧结陶粒或对市售烧结陶粒表面改性时,却忽视了烧结法对煤资源的大量消耗,排放大量二氧化碳和扬尘而造成霾。此外,一部分关于生物滤池的研究也忽略了运行温度对微生物活性的影响。

疏浚底泥是河道疏浚的废弃物,我国进行的一些大型湖泊的环保疏浚工程,每年将产生大量的底泥 。底泥脱水耗时长,并且其中的污染物会造成二次污染,严重影响其资源化利用。若能利用疏浚底泥免烧陶粒作为填料,不仅消耗了大量无法处理的疏浚底泥,达到资源化利用效果,且免烧法能够节约能源,减少温室气体的排放,同时也减少了黏土陶粒等滤料的使用,保护了黏土等资源。

本文利用免烧工艺将疏浚底泥制备成免烧陶粒,并对免烧陶粒进行磁改性 ,比较不同填料对原水处理效果及最佳运行温度。为湖泊底泥的资源化利用提供依据。

1材料与方法

1. 1 材料

主要实验仪器:SKD-2000 全自动凯氏定氮仪、SXKW 数显控温电热套、电热恒温鼓风干燥机、SHZ-DⅢ循环水真空泵、压力锅(1. 1 ~ 1. 4 kg˙cm - 2 )、UV759 紫外-可见分光光度计、HK-2A 超级恒温水浴、分析天平。

主要实验药品:重铬酸钾、邻菲啰啉、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸、硫酸银、硫酸汞、NaOH、硼酸、甲基红、溴甲酚绿、95% 乙醇、硝酸、高氯酸、过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、酚酞,上述药品均为分析纯。

疏浚底泥为渤海疏浚所得,造粒时含水率48. 2% ,有机质9. 1% ,pH 6. 8,密度1. 407 g˙cm - 3 ,孔隙率28. 9% ;水泥、粉煤灰及水玻璃均为普通市售产品;商品烧结陶粒购于天津武清区彤上轻质建材厂。

1. 2 陶粒制备及磁改性工艺流程

1. 2. 1 疏浚底泥免烧陶粒制备工艺

图1 是疏浚底泥制备免烧陶粒的工艺流程图。原料采用固定配比:疏浚底泥80% ,水泥3% ,粉煤灰5% ,外加剂A6% ,外加剂B6% 。将块状底泥破碎后与水泥、粉煤灰和外加剂A 混合,将混合料加入圆盘造粒机中,喷洒外加剂B 与水的混合液进行造粒20 min,所得陶粒经裹壳处理得到疏浚底泥免烧陶粒(DSUC)。裹壳处理步骤为:原料配比为陶粒70% ,水泥21. 6% ,生石灰1. 5% ,粉煤灰3. 9% ,外加剂C3. 0% 。将陶粒与壳料加入造粒机,喷洒外加剂C 的水溶液,外加剂C 与水混合比例为1 ∶ 25。造粒盘持续转动15 min 裹壳完毕。

1. 2. 2 免烧陶粒磁改性工艺

图2 是免烧陶粒磁改性工艺流程图。目前此类滤料的表面改性的方法主要是沉淀法和高温加热二次灼烧法2 种。本工艺在沉淀法的基础上,利用水玻璃浸泡,使陶粒表层的Fe3 O4 与陶粒表层粘合更牢固。

将24 g 硫酸亚铁与35. 4 g 三氯化铁分别溶于100 mL 水中并相互混合,置于磁力搅拌机中加热至70 ℃ 并搅拌30 min 得到Fe3 O4 溶液。将100 g 陶粒置于加热的磁性Fe3 O4 溶液中搅拌,进行浸渍涂层。涂层后对陶粒烘干并进行重复涂层,涂覆次数为5 次。所得陶粒浸泡入100 g 水玻璃中5 min 后,于105 ℃ 烘干,得到磁改性免烧陶粒(MUC)。