新型粉煤灰陶粒的制备与污水除磷应用

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为制备处理含磷污水的新型粉煤灰功能陶粒,应用于人工湿地强化污水除磷,并针对处理生活污水后的陶粒废料处置问题,探索其农业资源化途径,研究了以粉煤灰为主要原料的高效除磷型陶粒烧结制备工艺,自制陶粒的除磷机理以及用作人工湿地填料与其它填料的除磷效率比较,还研究了添加陶粒废料的土壤对盆栽玉米生长发育和生物量的影响。  通过L9(34)正交实验和极差分析,结合筒压强度试验得到最佳烧结条件为:预热时间30min,烧结温度950℃,烧结时间30min;各因子对除磷效率的影响程度为:烧结温度>烧结时间>预热时间。通过理化性质测试得出最佳工艺制备的陶粒特性:堆积密度为877kg·m-3,表观密度为1509kg·m-3,空隙率为41.9%,筒压强度6.94MPa,盐酸可溶率为2.3%。采用最佳工艺条件所制备的陶粒处理10mg·L-1含磷废水获得高达99.83%的磷酸盐去除率。利用扫瞄电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对自制的粉煤灰陶粒进行了表征,同时对其进行的有毒重金属浸出实验发现Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Cr的浸出浓度均在国家标准限制范围,用作水处理滤料无环境风险。  通过吸附动力学实验和吸附等温实验发现,自制陶粒存在吸附除磷机理,其吸附动力学行为可以较好地应用Weber-Morris模型(R2=0.9751)描述,在陶粒投加量较少(6g·L-1)的情况下其吸附等温线相对大投加量时拟合度较好,但仍不十分理想(R2=0.9682)。通过实验发现自制陶粒能溶出大量含钙的碱性物质,这些物质能与污水中的磷素发生化学沉淀反应从而产生除磷效果。  通过人工湿地中试,比较了应用自制陶粒填料与纯碎石填料、沸石填料以及自制陶粒沸石组合填料对污水的除磷效果,结果表明填充了自制陶粒的人工湿地其除磷效率达45%以上,比未填充自制陶粒的其它类型人工湿地高出超过10%。  通过采用陶粒废料添加的土壤盆栽玉米试验发现,陶粒废料中Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Cr等重金属浸出浓度均在国家标准限值内,对其农用无环境风险;通过SEM和XRD表征,陶粒废料含有碱性物质,表面附着有一定量的含磷矿物,施加陶粒废料能显著提高土壤pH值,将pH值为5.5的酸性土壤提高到接近7,还能增加有效磷(提高27%以上)和全磷含量(提高14%以上);经添加陶粒废料后的土壤盆栽玉米生长状况明显优于未经改良处理土壤种植的玉米,且更能促进植株提高生物量。废弃的陶粒农用处置能改良的南方酸性土壤将是处理生活污水后的陶粒废料资源化的重要途径。  通过最佳烧结工艺能够制备高效除磷型粉煤灰陶粒滤料,在处理含磷污水方面,尤其是应用于人工湿地强化污水除磷,具有一定的应用前景。
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