陶粒基人工濕地處理生活污水及新型陶粒的開發(fā)研究.pdf

1、水資源短缺和水環(huán)境污染是我國水環(huán)境面臨的兩大重要問題，尤其是對于經(jīng)濟(jì)實力薄弱、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)差的農(nóng)村，大量沒有經(jīng)過處理的生活污水直接排入各種水體，嚴(yán)重污染水生態(tài)環(huán)境，污水的治理迫在眉睫。人工濕地具有投資少、運(yùn)行管理簡單、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在我國經(jīng)濟(jì)實力薄弱的農(nóng)村具有廣闊的應(yīng)用前景?；|(zhì)作為人工濕地的骨架，其粒徑分布、孔隙率、化學(xué)組成等是影響濕地凈化效果和使用壽命的一個很主要的因素，研究開發(fā)新型基質(zhì)，研究基質(zhì)的性能及去污機(jī)理對濕地系統(tǒng)的發(fā)展及

2、水環(huán)境的生態(tài)保護(hù)具有重要意義。
　　本論文以陶粒為人工濕地的基質(zhì)處理生活污水，研究了運(yùn)行期間濕地對污水的凈化效果，考察了長期運(yùn)行后固體物質(zhì)累積量、基質(zhì)水力滲透系數(shù)等的變化，以及濕地根際微生物的生長情況，探索陶粒作為濕地基質(zhì)，對維護(hù)人工濕地運(yùn)行穩(wěn)定及延緩濕地堵塞的作用，為陶粒用作人工濕地基質(zhì)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。同時，本論文考察了水廠污泥的理化特性及吸附特性，探討了污泥制備陶粒的可行性，為新型陶粒的開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。此外，本

3、論文還對污泥陶粒進(jìn)行了性能測試及磷吸附特性研究，探討了污泥陶粒做人工濕地基質(zhì)的可行性。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)對利用陶粒為基質(zhì)構(gòu)建的人工濕地中試系統(tǒng)，進(jìn)行凈化效果的長期監(jiān)測，結(jié)果表明，運(yùn)行期間，三個濕地系統(tǒng)對污水的凈化效果比較穩(wěn)定，濕地對TP，COD，TN的去除率分別是31～44％，55～75％和42～59％。濕地夏秋季節(jié)比冬季凈化效果好。濕地運(yùn)行兩年后，對濕地基質(zhì)積累的有機(jī)物進(jìn)行定性和定量分析，發(fā)現(xiàn)濕地兩年期間積累有機(jī)物質(zhì)

4、共計4.19～4.61kg/m2，年平均積累速度5.3～6.0kg/m2a。濕地基質(zhì)的滲透系數(shù)變化很小，相對于運(yùn)行前，只降低了6.8～13.6％，說明濕地沒有發(fā)生明顯堵塞。濕地前端的有機(jī)物的積累量高于濕地后端，說明濕地的前端更容易發(fā)生濕地的堵塞。
　　(2)本文對濟(jì)南的三個水廠，泰安的一個水廠進(jìn)行了污泥取樣及成分分析，發(fā)現(xiàn)給水污泥中Al，F(xiàn)e或Ca的含量比較高，對磷具有較強(qiáng)的吸附能力，玉清(606mgP/kg)，雪山(395mgP

5、/kg)，鵲華(307mg P/kg)和三合(206mgP/kg)，對于控制水體富營養(yǎng)化中具有較大的應(yīng)用前景，因此可將給水污泥用作低廉、高效、新型的人工濕地除磷材料。從給水廠污泥成分分析來看，給水廠污泥主要無機(jī)成分以分以SiO2、 Al2O3和Fe2O3為主，類似粘土成分，主要是來自于水源水帶來的一些泥沙以及水廠投加的絮凝劑所致，因此具有制備陶粒的潛力。
　　(3)原料、溫度、保溫時間、污泥成分、升溫曲線是影響污泥制備陶粒的主要因

6、素，本文制備的陶粒，以濟(jì)南市玉清自來水廠的凈水污泥為主要原料，粘土為輔料摻量為50％，1150℃焙燒而成，焙燒時間為10分鐘。干燥條件為105℃，2小時。預(yù)熱條件為:400℃，20分鐘。通過對污泥陶粒進(jìn)行理化分析，測得平均粒徑4～6mm，比表面積4.55～4.85m2/g，密度1.28～1.37g/cm3，其重金屬含量沒有超過國標(biāo)GB5085.3-2007中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，說明凈水污泥制備的陶粒用于水處理是安全可行的。
　　(4)陶粒

7、表面粗糙，并且有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，微孔間隙較大(1-5μm)，具有較強(qiáng)的物理吸附能力。陶粒的機(jī)械強(qiáng)度高(筒壓強(qiáng)度＞4.5Mpa)，孔隙率高(47％)，比表面積大，這些特點(diǎn)符合作為人工濕地基質(zhì)的要求。陶粒對磷有很強(qiáng)的吸附能力，等溫吸附特征符合Langmuir方程，最大磷吸附量為319mg/kg。能譜分析及成分分析結(jié)果顯示，陶粒中主要金屬元素有Al、Fe、Ca和Mg，而Al、Fe、Ca等元素的含量是影響基質(zhì)對磷吸附的關(guān)鍵因素。
　　(5

8、)利用水廠污泥生產(chǎn)陶粒，并且用做人工濕地的基質(zhì)處理生活污水，實現(xiàn)了水廠污泥的無害化、資源化和產(chǎn)業(yè)化處理，它有利于保護(hù)土地資源和水資源，降低了建設(shè)投資、運(yùn)行費(fèi)用等，在經(jīng)濟(jì)社會和環(huán)境等方面都擁有很高的使用價值。符合人類與自然諧調(diào)發(fā)展的客觀要求，有利于促進(jìn)良性生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，是一種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行的污泥處理措施。這種方式尤其適合在中小城市和農(nóng)村等缺少具有一定操作管理和技術(shù)水平的人員的條件下使用，具有極其廣闊的應(yīng)用前