纳米改性免烧粉煤灰陶粒与传统烧结陶粒在水处理性能中对比研究.docVIP

纳米改性免烧粉煤灰陶粒与传统烧结陶粒在水处理性能中对比研究 　　摘要：本文用自制纳米改性的免烧粉煤灰陶粒作为水处理陶粒滤料，与传统烧结陶粒分别放于曝气生物滤池反应器中，对比其对污染物的去除效果。结果表明，与传统烧结陶粒比较，纳米改性免烧粉煤灰陶粒因具有较好的物理性能，COD去除率为82~87%， NH4+-N去除率为88~93%，TP去除率为24~58%。因此免烧粉煤灰陶粒作为滤料应用于曝气生物滤池进行污水处理能够取得更好的处理效果。 　　中图分类号：TU522.3+5文献标识码： A 文章编号： 　　1引言 　　粉煤灰陶粒目前在曝气生物滤池处理污水中已得到应用，但大多数为高温烧结而成的粉煤灰陶粒，其工艺技术复杂、建厂投资大、耗能高，成本高，不仅约束了陶粒建筑制品的应用，而且也严重地限制了陶粒生产企业的发展。本试验立足于应用免烧粉煤灰陶粒制备工艺，有效降低粉煤灰陶粒制作成本，并对粉煤灰陶粒进行纳米改性处理，提高粉煤灰陶粒的比表面积，研发出一种生产工艺简单、制作成本低且高性能的粉煤灰陶粒，使其可以代替高温烧结陶粒作为滤料应用于水处理领域。 　　本文使用的粉煤灰陶粒为自制改性纳米免烧粉煤灰陶粒，主要原材料为粉煤灰、水泥、膨胀珍珠岩、纳米添加剂等。其生产的工艺流程为：混合、搅拌、成型、养护，制得表面粗糙、物理化学性能稳定的粉煤灰陶粒滤料。 　　2实验过程 　　2.1试验用水 　　由于污水成分多变，并且微生物群落组成不单一，受实验条件限制，为便于研究，试验用水采用人工配置污水，模拟污水配方如下，C6H12O6·H2O 0.96g/L（COD 330mg/L），NH4Cl0.17g/L（NH4+-N 43mg/L），KH2PO4 0.02g/L（PO43--P4.6mg/L），将其注入0.5m3的水箱中，搅拌均匀。其模拟实际污水为天津节水科技园园区污水，水质情况见表1-1。 　　表1-1 实际污水水质（mg/L） 　　 　　 　　2.2试验装置 　　根据曝气生物滤池的运行特性，分别取自制粉煤灰陶粒和采购的粒径相近粘土陶粒放入试验装置中，反应器直径0.15m，总高度1m，其中滤料填装高度为0.6m。反应器底部至穿孔滤板之间区域为反应的进水及曝气区，高度为0.2m，出水口在滤料上部0.1m处。 　　2.3 运行方式 　　污水由水箱注入反应器底部，空气由电磁式空气泵供给，通过曝气头向反应器供氧。反应装置采用气水同向，上向流运行（即底部进水、顶部出水），通过底部的穿孔滤板将水和空气均匀分布在整个截面上，水量和气量通过阀门调节。 　　2.4试验指标及分析测试方法 　　评价陶粒在废水生物处理中的应用性能的指标包括：COD、NH4+-N、TP。由于本试验为各指标测定均采用国标方法，见表1-2。 　　表1-2 检测项目与方法 　　 　　 　　3数据分析 　　3.1物理性能比较 　　污水处理中用于生物膜载体的陶粒滤料要求具有粗糙的表面、较大的比表面积和较高的空隙率，并具有足够的强度以承受空气流、水流的冲刷和颗粒之间的碰撞及摩擦作用。陶粒粗糙表面有利于微生物附着生长；较大的比表面积为微生物的新陈代谢提供了广阔空间，有利于微生物的生长繁殖；滤料层较高的空隙率有利于污水和空气的流通，从而为微生物的生长提供足够的营养和氧气。本试验采用的自制免烧粉煤灰陶粒与传统烧结的粘土陶粒进行对比如表1-3。 　　表1-3 免烧粉煤灰陶粒与传统烧结陶粒物理性能对比 　　 　　 　　3.2处理污水性能比较 　　试验样品为自制免烧粉煤灰陶粒与传统烧结陶粒，将其分别投的曝气生物滤池反应器中进行废水生物处理，分为反应器的启动和稳定运行两个阶段，陶粒投入反应器之前先进行淘洗，为强化挂膜效果，缩短启动时间，反应器的启动采用接种活性污泥进行挂膜的方法。启动阶段反应器运行条件为：水力负荷0.03m3/(m2·h)，气水比（2～3）:1,进水口温度20℃左右的条件下运行，在反应器启动阶段，污泥絮状由悬浮于陶粒之间的空隙中生长逐渐向陶粒附着。在启动第15天，反应器底部至一地高度的滤料层能够观察到附着有大量黄褐色生物膜，出水COD低于50mg/L，去除率高于80%，认为启动阶段完成。反应器启动成功后，进入稳定运行阶段，稳定阶段反应器运行条件为：水力负荷0.10m3/(m2·h)，气水比（4～5）:1,运行时间为1个月。 　　3.2.1COD去除效果比较 　　在稳定运行阶段，COD的去除率与滤料的比表面积和空隙率相关，因为在形同条件下，滤料的比表面积越大、空隙率越大，其吸附废水中有机物能力越强；并且能为微生物的生长繁殖提供了更多的载体，丰富的微生物量保证了有机物在反应器内能被迅速降解。通过表1-4比较，自制免烧粉煤灰陶粒比表面积和空隙率皆大