陶粒的研制及其在污水處理中的應(yīng)用

摘 要：以粉煤灰、污泥、貝殼粉等燒制陶粒，并對其磨損率、酸性可溶率、氨氮吸附量指標(biāo)進(jìn)行了測定，篩選出性能優(yōu)良的陶粒作為曝氣生物濾池反應(yīng)器的濾料進(jìn)行了污水處理實驗。結(jié)果表明，用30%粉煤灰、15%硅藻土、15%粘土、15%干污泥、10%膨潤土、10%貝殼粉、2.5%竹炭、2.5%鐵粉加水成球，經(jīng)100℃干燥1 h，350℃預(yù)熱30 min，1100℃焙燒15 min的陶粒的磨損率為0.5%，鹽酸可溶率為0.34%，氨氮吸附量為0.055 mg/g。把其作為BAF反應(yīng)器的填料處理污水，COD去除率可達(dá)84%，氨氮去除率可達(dá)60%，SS去除率可達(dá)81.05%，處理效果良好。

關(guān)鍵詞：陶粒；磨損率；酸性可溶率；曝氣生物濾池

中圖分類號：TB332；X₇03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1671-7953(2009)02-0103-03

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題日益突出。環(huán)境污染主要包括固體廢棄物污染、水污染、大氣污染和噪聲等物理性污染。如何實現(xiàn)用技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上可行的方式來解決各種環(huán)境問題是環(huán)保工作者的主要工作之一。本文結(jié)合近年來發(fā)展起來的曝氣生物濾池處理污水技術(shù)［1］和固廢處理處置的“ 三化”原則，用粉煤灰、污泥、貝殼粉等固體廢棄物為主要原料加少量粘土、膨潤土鐵粉等輔料燒制可用于曝氣生物濾池中的陶粒濾料，以達(dá)到以廢治廢的目的。

1 試驗

1.1 試驗原理

根據(jù)燒脹機(jī)理，燒制陶粒的物料要膨脹必須具備兩個基本條件，一是在膨脹溫度下能夠產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼扯群捅砻鎻埩?；二是同時產(chǎn)生足夠的氣體［2］。陶粒原料的化學(xué)成分按其作用可分為：成陶組分，Al2O3、SiO2、(Fe2O3)；助熔組分，CaO、MgO、K2O、Na2O、FeO、(Fe2O3)；造氣組分，H2O、H2、O2、CO 、CO2 、N2和S等。硅、鋁含量過高，燒成溫度也高；鈣、鎂含量太高易粘結(jié)；Fe2O3、K2O、Na2O含量高對料球燒脹有利。由此，我國提出燒制高膨脹性多孔陶粒的成分要求為SiO2 50%-70%，Al2O3 20%-31%，F(xiàn)e2O3 5%-10%，Na2O+ K2O1.5%-5%，CaO + MgO 3%-8%，有機(jī)質(zhì)1%-2%，燒失量3%-8%［3］。本試驗采用的原料的化學(xué)成分見下表：

1.2 試驗原料與設(shè)備

1.2.1 試驗原料

實驗原料包括杭州某火電廠的粉煤灰，臨安市污水處理廠的剩余污泥，臨安城北膨潤土公司的鈣基膨潤土，臨安某海鮮店的餐余貝殼，上海奉賢化學(xué)試劑廠的白色硅藻土，取自青山湖邊的粘土，鐵粉，竹炭等。

1.2.2 試驗設(shè)備

SRJX-4-13箱式電阻爐，XPS100X₆0顎式破碎機(jī)，剪切式破碎機(jī)機(jī)，HZ-9211K型恒溫振蕩器，紫外-可見分光光度計，F(xiàn)A1004電子天平，燒杯，玻璃棒，干燥箱，BAF反應(yīng)器等。

1.3 工藝流程

1.4 正交實驗研究

經(jīng)過百余組試驗研究篩選出最佳等原料搭配，同時發(fā)現(xiàn)，預(yù)熱溫度、預(yù)熱時間、焙燒溫度、焙燒時間四個因素對陶粒的品質(zhì)影響最大，因此在配方為：用30%粉煤灰、15%硅藻土、15%粘土、15%干污泥、10%膨潤土、10%貝殼粉、2.5%竹炭、2.5%鐵粉，干燥1小時的條件下設(shè)計以下正交試驗。

1.5 性能測試與分析方法

本實驗以磨損率（100r/min，24h）、酸性可溶率（pH=2等鹽酸浸泡24h）、氨氮吸附量（5g陶粒放入100mL濃度為50mg/L等氨氮溶液）為陶粒的理化性能檢測指標(biāo)。以100倍氨氮吸附率與酸性可溶率乘以磨損率之比表征陶粒的理化性能優(yōu)劣，確定陶粒的制作工藝。水質(zhì)分析方法為：COD重鉻酸鉀法，氨氮納氏試劑比色法 ［4］。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)熱溫度和時間對陶粒性能的影響

以陶粒的氨氮吸附量（mg/g）除以酸溶率（%）和磨損率（%）的乘積的一百倍表征陶粒的理化性能優(yōu)劣，其結(jié)果如下圖：

由圖2和圖3可以看出，在300℃-500℃范圍內(nèi)陶粒的性能指數(shù)增大的點(diǎn)大約在350℃左右，陶粒的性能指數(shù)隨著預(yù)熱時間的延長而增大。在350℃預(yù)熱30min的條件下陶粒的磨損率為0.5 %，鹽酸可溶率為0.34 %，氨氮吸附量可達(dá)0.055mg/g。結(jié)合考慮工藝復(fù)雜程度和陶粒的生產(chǎn)成本，選取350℃作為陶粒的預(yù)熱溫度，30分鐘作為陶粒預(yù)熱的最佳時間。

2.2 焙燒溫度和時間對陶粒性能的影響

由圖4和圖5可以看出，在1000-1100℃范圍內(nèi)，陶粒的性質(zhì)指數(shù)隨溫度的升高而增大，在1050-1100℃范圍內(nèi)，陶粒的性質(zhì)指數(shù)增長較快，在1100-1200℃范圍內(nèi)，陶粒的性質(zhì)指數(shù)隨焙燒溫度的升高而減小。當(dāng)焙燒溫度為1100℃，焙燒時間為15分鐘時，陶粒的磨損率為1.2%，鹽酸可溶率為0.85 %，氨氮吸附量可達(dá)0.046mg/g。綜合考慮節(jié)能、降低生產(chǎn)成本選取1100℃作為陶粒的焙燒溫度，15分鐘為陶粒的焙燒時間。

2.3 陶粒處理廢水實驗

將篩選出的性能優(yōu)良的陶粒用做曝氣生物濾池（BAF）中處理廢水，在溫度為8-25℃，廢水流量為5L/h，氣水比為5：1，停留時間為2h的條件下，處理效果見下表。

2.4 陶粒用做曝氣生物濾池濾料的前景

由于陶粒具有優(yōu)良的理化性能和良好的污水處理效果，曝氣生物濾池又具有占地面積小、處理效率高、流程簡單等特點(diǎn)，在環(huán)保要求越來越高的今天，開發(fā)由各種廢料制作的性能優(yōu)良的陶粒濾料必將帶來可觀的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

1）陶粒的最佳配方為30%粉煤灰、15%硅藻土、15%粘土、15%干污泥、10%膨潤土、10%貝殼粉、2.5%竹炭、2.5%鐵粉。

2）制作陶粒的最佳工藝參數(shù)為100℃干燥60分鐘，350℃預(yù)熱30分鐘，1100℃焙燒15分鐘。

3）用陶粒作為曝氣生物濾池的濾料處理廢水可以達(dá)到較好的處理效果。

參考文獻(xiàn)

［1］ Hamoda M F. Kinetica analysis of aerated submerged fixed film(ASFF)bioreactors［J］.Wat.Res.m，1989，23(9):1147-1154.

［2］ 楊時元.陶粒原料性能及其尋找方向探討［J］.. 建材地質(zhì)，1997，93(4):14-19.

［3］ 余 瑩，黃江南，林 波，等.新型水處理填料-納米改性陶粒的研制［J］.給水排水．2004，30(12)：95-99.

［4］ 國家環(huán)保局. 水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.第四版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［5］ 鄭 俊，吳浩汀.曝氣生物濾池工藝的理論與工程應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005（1）.