酸溶粉煤灰制备混凝剂及其在“CEPT-湿地”处理污水中的应用

摘要

我国污水处理多采用二级生化处理工艺,该法处理效果好,但一次性投资大、运行费用高、建设周期长、占地面积大。水环境污染的日益加剧和经济发展水平的相对较低,决定了我国中小城镇的污水处理在相当长一段时间内不可能普遍采用二级生化处理。因此本课题提出“强化混凝-湿地”处理工艺,旨在探寻一条简洁灵活、基建省、运行费用低、且能适于中小城镇污水处理的工艺流程。为减少混凝剂费用,实验以当地电厂固体废弃物——粉煤灰为原料,采用酸溶法制备出混凝剂并应用于强化混凝单元,设计模拟潜流人工湿地进一步处理经强化混凝预处理后的生活污水。室温下直接酸溶法制备粉煤灰混凝剂虽工艺简易,但因有效成分含量低(约仅含Al2(SO4)3 6.8g/L,Fe2(SO4)3 2.7g/L),处理污水时混凝剂投量大,无形中增加了沉淀池体积及污泥处量。酸溶反应温度的提高能协同酸浸提液浓度的增加显著提高粉煤灰中的铝铁的溶出。常压下的沸点温度直接酸溶,可使粉煤灰中铝铁溶出率分别达到10%及33%以上,混凝剂中约含Al2(SO4)3 19.3g/L、Fe2(SO4)3 7.5g/L；在4.0mL/L投加量下处理污水的效果和市售混凝剂相当,但产泥量仍较大,每处理1m3污水,约有6kg残留粉煤灰微粒成为污泥。和纯碱在高温下焙烧后,粉煤灰中铝的溶出性提高。按照原料配比(mNa2CO3/mFA)0.06将粉煤灰和纯碱混合后在805℃下焙烧1h,按酸灰比(V酸浸液/m粉煤灰,mL/g)3,将4mol/L的硫酸溶液(以[H+]计)和熟料混合煮沸0.5h,冷却后得到的粉煤灰混凝剂中约含Al2(SO4)3 32.7g/L、Fe2(SO4)3 7.1g/L左右；以1mL/L的投加量处理生活污水时,处理效果明显优于市售混凝剂在相同投量下的处理效果,COD、SS和TP的去除率分别达到64%、93%及91%,剩余SS、TP已经达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准。潜流人工湿地处理强化混凝预处理后的生活污水,在0.030.10m3·m-2·d-1的水力负荷下,进水COD负荷为5.6218.11 g·m-2·d-1,水力停留时间6.731.95d,菖蒲和美人蕉湿地对COD的去除率为64%77%,出水COD小于60mg/L,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准。两级湿地串联运行可提高氨氮去除效率；在0.05 m3·m-2·d-1水力负荷下,进水氨氮负荷为2.156g·m-2·d-1,水力停留时间3.97d,出水氨氮和TN分别为40.46mg/L和46.80mg/L,去除率分别达到11.97%和15.44%。进水TP浓度低时,砾石床潜流人工湿地在存在基质释放P现象；进水TP约0.30.5mg/L,而出水TP浓度约为1mg/L,但仍远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)二级标准。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 强化混凝概述

1.1.1 强化混凝的概念

1.1.2 在微污染水源水处理中的研究

1.1.3 在废水处理中的研究

1.1.4 强化混凝剂技术的应用缺陷

1.2 人工湿地概述

1.2.1 人工湿地的概念及分类

1.2.2 国外人工湿地的研究进展

1.2.3 国内人工湿地的研究现状

1.2.4 人工湿地的应用前景

1.3 粉煤灰的综合利用现状

1.3.1 粉煤灰的来源与性质

1.3.2 粉煤灰的综合利用技术

1.3.3 粉煤灰在环保方面的应用

1.4 课题来源及研究内容

1.4.1 课题来源

1.4.2 课题背景

1.4.3 研究内容及意义

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置与设备

2.2.1 人工湿地实验装置

2.2.2 主要实验仪器与设备

2.3 实验分析及计算方法

2.3.1 实验分析方法

2.3.2 铝浓度测定方法

2.3.3 粉煤灰中金属元素溶出率计算

第3章 粉煤灰混凝剂的制备

3.1 室温下的直接酸溶法

3.1.1 酸浓度影响

3.1.2 酸浸时间影响

3.1.3 酸灰比影响

3.2 沸点温度下的直接酸溶法

3.2.1 影响沸点温度下酸溶的显著性因素

3.2.2 酸灰比确定

3.2.3 酸浓度确定

3.3 高温纯碱助溶法

3.3.1 原料配比影响

3.3.2 焙烧时间影响

3.3.3 焙烧温度实验

3.4 本章小结

第4章 粉煤灰混凝剂强化混凝处理生活污水

4.1 室温下直接酸溶法制得的粉煤灰混凝剂处理污水效果

4.2 沸点温度下直接酸溶制得的粉煤灰混凝剂处理污水效果

4.2.1 适宜的投加量范围

4.2.2 和市售混凝剂的对比

4.3 高温纯碱助溶法制得的粉煤灰混凝剂处理污水效果

4.3.1 适宜的混凝pH范围

4.3.2 适宜的投加量范围

4.3.3 和市售混凝剂的对比

4.4 本章小结

第5章 不同水力负荷下人工湿地运行效果

5.1 实验启动

5.1.1 实验启动方式

5.1.2 启动阶段运行效果

5.2 不同水力负荷下的运行效果

5.2.1 运行工况

5.2.2 有机物的去除

5.2.3 氨氮的去除

5.2.4 磷的去除

5.2.5 一日内进出水污染物时变化

5.3 本章小结

第6章 人工湿地脱氮除磷能力提高探索

6.1 影响湿地脱氮除磷能力的因素

6.1.1 植物的影响

6.1.2 微生物的影响

6.1.3 湿地基质的影响

6.1.4 温度与季节的影响

6.1.5 其他影响因素

6.2 进水预曝气的湿地处理效能

6.2.1 运行工况

6.2.2 运行效果

6.2.3 与不曝气工艺的比较

6.3 串联运行的湿地处理效能

6.3.1 运行工况

6.3.2 运行效果

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢