水渣滤料_曝气生物滤池去除生活污水中污染物的效能研究_于衍真

书第37卷第9期2011年9月北京工业大学学报JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol．37No．9Sept．2011水渣滤料－曝气生物滤池去除生活污水中污染物的效能研究于衍真1，韩雯雯2，毕于顺3，冯岩1(1.济南大学土木建筑学院，济南250022;2.中国·城建研究院山东分院，济南250101;3.济南钢铁集团，济南250100)摘要:为解决水渣对环境的污染及综合利用的问题，以水渣为主要原料，添加黏结剂和成孔剂，经混合、成球、养护制成免烧型水渣滤料．在直径为150mm，滤料层高为1500mm的水渣滤料曝气生物滤池(WBAF)中处理生活污水．结果表明，在温度为20～27℃，pH为7.0～8.0，气水比为5∶1，进水ρCODcr=167.58mg/L、浊度=34.60NTU、ρ(NH+4-N)=36.45mg/L时，相应的出水指标为ρCODcr=37.73mg/L、浊度=7.57NTU、ρ(NH+4-N)=5.39mg/L，符合国家污水综合排放标准(GB8978—1996)一级标准．氨氮去除效果明显是因为水渣滤料能溶出碱性物质，为硝化反应提供了碱度．关键词:水渣;免烧;曝气生物滤池;生活污水中图分类号:X703.1文献标志码:A文章编号:0254－0037(2011)09－1435－06收稿日期:2009-02-25．基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2007F50)．作者简介:于衍真(1957—)，女，湖北武汉人，教授．曝气生物滤池(biologicalaeratedfilter，BAF)是20世纪80年代末开发的新型粒状填料之后兴起的污水处理新工艺，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二沉池.有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷的作用［1］．目前，用于水处理的生物滤池滤料主要是陶粒滤料，陶粒滤料是以黏土为主要原料用烧结工艺生产出来的，它消耗大量的能源，生产成本高．针对现有技术的不足，研究一种以水渣为主要原料免烧即可制成并且多孔的滤料，降低生产成本，提高去除污染物的效能．水渣是钢铁企业冶炼生铁时，由铁矿石中的非铁成份和焦炭、喷吹煤中的灰份等熔化后，从高炉中排出后经水淬快冷固化形成．水渣是冶金行业中产生数量最多的一种废渣，数量约为钢产量的15%～20%［2］．废渣的堆放侵占了大量的土地，严重污染了地下水、地表水，影响环境、危害人民健康．水渣是一种具有很高潜在活性的玻璃体结构材料［3］，近年来，它的回收利用越来越受重视，有近67%的矿渣得到了较好利用，但每年还有数百万吨因不能被利用而占地、污染环境［4］．如何将水渣变废为宝、充分综合利用，已成为国内外众多学者研究的热点课题．1水渣滤料的制作过程1.1实验原料实验所用水渣取自山东某钢铁厂，用X衍射物相半定量分析其物相组成(%)为非晶相．由水渣的XRD图谱(见图1)可见，2θ在20°～40°内有一明显的衍射峰包，未见其他晶相衍射峰，表明该高炉水渣主要由Ca2Si2Al2Mg质玻璃相组成，由主要矿物的衍射数据可以推断水渣中的主要矿物组成为黄长石、假硅灰石、钙长石、钙美橄榄石等．水渣的主要化学成分见表1．经破碎、细磨，选择粒径＜0.5mm的水渣进行实验．北京工业大学学报2011年图1水渣的XRD图Fig．1XRDpatternsofwaterquenchedslag表1水渣的主要化学组成Table1Chemiccomponentofwaterquenchedslag化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO质量分数/%37.155.160.9634.777.3所用黏结剂为山东某水泥厂生产的P·S32.5R硅酸盐水泥，主要化学成分见表2．表2水泥的主要化学组成Table2Chemiccomponentofcement化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2O质量分数/%21.964.763.3064.882.860.590.800.20所用造孔剂根据滤料制作过程中免烧的特点应属于可溶于水的各种无机盐或其他化合物，可以是硫酸钠、硫酸钙、氯化钠或氯化钙中的一种．1.2实验配方及工艺流程采用高炉水渣用量、水泥的用量、成孔剂用量、养护时间4个因素进行正交实验，在大量实验基础上优选出制作水渣填料的配方:水渣、水泥、成孔剂三者的质量分数比为(40%～75%):(10%～40%):(5%～20%);养护时间为3～12d．制备工艺流程如下:原料加工→配料→搅拌均匀→成型→养护→冲洗→干燥→性能测试1.3产品性能测试将在最佳制作条件下制作的水渣填料进行基本性能测试和通过扫描电镜观察并与目前生物滤池中普遍应用的陶粒滤料进行对比，对比结果见表3．表3水渣滤料与陶粒的性能对比Table3Thecomparis