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小麦秸秆—粉煤灰纤维陶粒处理城市污水后资源化实验研究

彭位华  
【摘要】:粉煤灰和秸秆分别是工业和农业固体废物,二者在水处理中的可安全利用性为小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒(简称“纤维陶粒”)应用于城市污水处理提供了可能。研究利用小麦秸秆所提供的植物纤维,以粉煤灰和小麦秸秆为实验原材料制备小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒,然后将其作为BAF工艺的填料应用于城市污水的处理,最后对污水处理后的小麦秸秆-粉煤灰纤维陶进行资源化试验研究,为理想水处理滤料、新型肥料或土壤改良剂的开发和利用提供实验依据。 研究主要分为以下三个阶段: 1.纤维陶粒制备阶段:以小麦秸秆和粉煤灰为主要原料,辅以外加药剂(石灰、石膏、水泥、水玻璃),经混合、成球、陈化和养护工序,制得小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒。通过正交实验,对影响粉纤维陶粒性能的因素进行考察优化,在最优化条件下制备出性能良好、经济适用的陶粒。研究表明,最优陶粒制备条件为:选用2次粉碎后的小麦秸秆,秸秆与粉煤灰的质量配比为1:9,石灰8%,水玻璃2%,水泥3%,石膏2.5%,在该优组合条件下制备的纤维陶粒的比表面积为7.925m2/g,约为《水处理用人工陶粒滤料》(CJ/T 299-2008)所规定下限值(0.5m2/g)的16倍,并具有较理想的机械强度;与原灰对比,小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒能较少重金属向水溶液中的浸出,提高了其作为水处理滤料的安全性。所制备的小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒性能指标达到《水处理用人工陶粒滤料》(CJ/T 299-2008)标准。 2.水处理运行阶段:将在最优条件下制备的小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒作为BAF工艺的填料处理城市污水,通过COD、氨氮、总磷、重金属等指标考察纤维陶粒对城市污水的去污效果。研究表明:小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒作为BAF载体填料处理城市污水10天能实现快速挂膜;水处理运行期间,主要污染物COD、氨氮和总磷去除效率相对稳定,10天平均去除率分别为90.33%,77.44%,82.41%,出水水质良好;纤维陶粒对污水中的重金属有一定去除效果,但总体去除率不高;处理高浓度含油餐饮废水时,污染物COD、氨氮和总磷的去除效率均低于运行期间去除率,但处理效果总体较好,说明小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒作为BAF的填料对高浓度COD废水具有一定的抗负荷冲击能力。 3.资源化研究阶段:小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒处理城市污水后,利用其在水处理阶段所富集的N、P、K、有机质等营养物,对其资源化应用的可行性、安全性、肥效和施用量进行研究。研究表明:经水处理后的小麦秸秆-粉煤灰纤维陶粒性能指标达到《城镇垃圾农用标准》(GB 8172-87);纤维陶粒在栽培基质中适量施用(20%)可以提高鸡毛菜种子萌发率,并缩短其达到最大发芽率的天数;随着纤维陶粒施用量的增多,鸡毛菜生长状况呈现出依次见好的现象,且产量总体显著增长,最大增产率为352.51%,说明纤维陶粒经过污水处理阶段后,其在土壤栽培基质中的施用对鸡毛菜起到了增产效果,但施用量越大,鸡毛菜的抗干旱能力表现越差,土壤栽培基质中纤维陶粒含量在20%和40%时,试验组具有较好的土壤保湿效果;鸡毛菜样品中,Cu、Pb和Ni含量随纤维陶粒施用量的增加而呈现整体增长趋势,Cd、Cr和Zn含量并未因纤维陶粒施用量的增加而出现明显的富集增加现象;除Pb含量部分超标外,Cd、Cr、Zn、Pb、Ni含量均未超出蔬菜卫生标准;鸡毛菜重金属综合污染指数随栽培基质中纤维陶粒施用量的增加而呈现总体增加趋势,纤维陶粒施用量控制为20%和40%时,所产鸡毛菜质量尚还安全,当其施用量大于40%时,所产鸡毛菜会受到轻度污染。 以粉煤灰和小麦秸秆为实验原料拓展了二者的综合利用途径,减少了二者对生态环境的压力;水处理滤料的应用实现了以废治废;资源化实验研究完善了整体思路,延伸了变废为宝的产业链,对提高资源(秸秆、粉煤灰、水)利用率和实现污染物零排放具有深远意义,具有环境、生态、经济和社会多重效益。


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