污泥是处理污水过程中排放的工业废渣。废水处理过程中产生大量污泥,若不妥善处理,会形成严重的二次污染。污泥处置的方法主要有土地利用、焚烧、制作建筑材料、填埋以及投海等 。近年来,随着国际环境意识的不断提高,土地利用、焚烧、制作轻质材料等作为污泥资源化处置的主要方法越来越受到限制。哈尔滨制药厂每年约有1. 8万t的污泥排放到新堆场。由于污泥堆积耗费较多的堆场建设和维护管理费用,且含碱废液污染地表、地下水源,造成环境破坏。因此,多途径综合利用污泥成为研究的重要课题。以哈药总厂污泥为主要原料制备水处理流离球填料,对该填料的水处理性能进行了研究,为污泥的综合利用寻找了一条新途径。流离球填料是应用流离现象而产生的新型水处理填料。以流离球填料为微生物载体,污水经过多次流动,使其实现了固液分离,聚集在球表面以及球内部的有机物被活性生物膜吸附、降解,最终使污水得到了净化。传统的流离球是采用粘结剂将不溶性小石块粘结到一起形成的多孔球状体。本文将用污泥和粉煤灰这样的工业废弃物制备新型流离球填料。流离球填料易挂膜,氧的利用率高。其使用寿命长,克服了过去填料中安装复杂,维修管理困难,易结球、堵塞等缺点。
1 实验部分
1. 1 原料
制备流离球填料采用的主要原料为药厂的污泥。污泥中Al2O3 的含量相对较低,为了增加铝含量,在混合物中加入粘土,主要化学成分见表1。为了降低填料的烧结温度,增加填料的空隙率,在混合料中加入少量粉煤灰作为添加剂。本试验采用了不同的原料配比,其中污泥的质量百分数范围为50%～90% ,具体的试验设计方案见表2。
表1 实验主要原料的化学组成(W /% )
原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O CaO MgO
污泥 43. 65 15. 30 7. 56 2. 40 1. 55 3. 52
粘土 55. 87 32. 70 2. 12 0. 156 0. 53 0. 36
表2 不同实验方案的原料组成和主要化学成分方案
主要原料组成/ (wt) % 主要化学成分/ (wt) %
污泥 粘土 添加剂 SiO2 Fe2O3
p1 95 4. 5 0. 5 46. 32 18. 53
p2 85 10 5. 0 49. 26 18. 92
p3 70 25 5. 0 49. 78 19. 34
p4 60 30 10. 0 50. 65 20. 56
p5 50 40 10. 0 51. 36 21. 38
1. 2 实验方法
制备流程如下:原料的预处理- 不同的配比混合- 成型- 烧结- 性能测试。以污泥和粘土为主要原料,加入添加剂,经手工成型直径为0. 2mm的球状,让湿料球自然风干,采用马弗炉烧结填料,从室温快速升到400℃,保持10min; 再慢快速升到900℃,当温度到达900℃以上时,控制最终烧结温度。保持10min,烧成后打开炉门加速冷却至室温,制成不同配比的表面粗糙、外表坚硬的小粒后用胶粘剂粘成直径为2cm的流离球填料球。
1. 3 药厂的废水处理实验
实验中的污水来自药厂水处理车间。反应器由塑料桶制成,其内径为28. 5cm,有效容积为8L。5个相同的装置分别盛装不同配比的流离球填料,曝气所用空气由空压机供给。
2 结果与讨论
2. 1 烧结温度对流离球填料抗压强度性能的影响
烧结温度与抗压强度。
结果表明,在温度比较低的情况下,填料的强度较小,结构比较疏松;随着温度的上升,填料的强度逐渐增大,当到达最大值时,温度升高,强度也不再增加。这是因为在多孔陶瓷制品中颗粒间粘接是靠外加高温粘结剂在烧结温度下形成的玻璃相粘接而成的,高温粘结剂在烧成过程中在骨料颗粒的表面上形成一层玻璃相,在骨料之间形成网架,提高了填料的机械强度。当温度过高时,陶粒表面会过分熔融,破坏陶粒表面的微孔结构,严重的情况会使临近的陶粒粘在一起,破坏网架结构而造成强度下降。
2. 2 污泥用量对流离球填料吸水率性能的影响
吸水率是表征多孔填料吸附品质的一个重要指标。污泥用量对吸水率的影响。
图3结果表明,污泥的用量越高,粘土和添加剂的用量越少,吸水率越小。这是因为一方面在粘
土中一般都含有CaCO3 和MgCO3。CaCO3 的强烈分解是在850～950℃之间,MgCO3 在500 ～600℃
之间,并产生气体;另一方面添加剂里含有Fe2O3 ,在高温时发生氧化还原反应,放出气体,有增孔的作用,孔隙的增加,使填料的吸水率增大。
2. 3 温度对CODCr去除率的影响
以配方1和2为例,填料在不同的温度下的化学需氧量CODCr (Chemical Oxygen Demand)去除率见表3。
表3 不同配方的CODCr去除率
方案 烧成温度/℃ CODcr去除率/%
p1 950 35.56
1000 38. 64
1050 40. 32
1100 46. 65
p2 950 52. 84
1000 47. 36
1050 36. 16
1100 20. 49
可见不同的配比,不同的温度的填料对CODCr去除率的能力是有差距的。
制得温度- 去除率曲线。可见p1和p2 在相同的温度变化下, CODCr去除率的变化规律相同。
3 结论
(1)用药厂污泥制备水处理流离球填料,烧结温度和污泥用量是影响填料品质的重要因素。在一定范围内温度升高,抗压强度增大。随着污泥量的增加,填料的吸水率下降。
(2)不同的配比,烧结温度对CODCr去除率的影响趋势相同。
(3)用污泥制备流离球填料,一方面利用了工业废渣,另一方面获得了环保水处理滤料,具有综合的经济效益和环境效益。
