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天然填料和废弃物填料

2016-08-25 09:57:06点击:

废弃物填料

天然材料和固体废弃物在填料中的应用

近年来填料原料的选用朝着复合化、天然化和废弃物再利用方面发展,在改性材料、复 合材料飞速发展的同时,天然材料和固体废物的利用也成为未来填料发展的一个趋势。国内 学者在这方面也做了许多研究,这些年以牡蛎壳为填料的研究越来越多。以固体废物为主要 成分的填料更符合环境保护的要求,能够实现废物的资源化、减量化和再利用,体现了循环 经济的理念。合成的高分子填料与微生物之间相容性较差,在挂膜时生物量少,易脱落,以 固体废物为主要原料的无机填料可以克服以上不足,因此需要重点解决的问题是如何增加强 度、增大空隙率和减小密度。

所以以固体废物为主要成分的填料更有发展前景。如轻质陶粒、高炉水渣以及高炉瓦斯填料的研究开发。


黄宇辟广西储量相当大的膨润土为原料.配级后与黏结剂、造孔剂、钠化剂等原料按一 定配方用水调匀,通过钠化、成型、干燥、灼烧以后制成了一种粒径为58mm,堆积密度 为0.7g/mL的球形新型膨润土多孔填料通过试验研究表明该填料生产成本低,工艺简单, 拥有广阔的市场前景。

陶粒填料陶粒

东华大学刘贵云等采用河道底泥为主要原料.生活污泥、广西白泥和水玻璃为添加剤, 制备了河道底泥陶粒,同时设计曝气生物滤池分别采用底泥陶粒、对照陶粒和颗粒活性炭 作为生物膜载体进行配制废水处理试验经对比充分说明底泥陶粒作为曝气生物滤池载体的 可行性。

厦门大学刘耀兴利用天然牡蛎壳作为BAF的填料进行试验研究.实验结果表明出水浓 度都能达到国家一级A标准;对氨氮的去除率,牡蛎壳填料总体好于塑料球填料

总之,在新型填料的设计与改造过程中,需考虑到高效性、低成本,兼顼环保、绿色、 可重复利用等特性。

矿业废弃物用作人工湿地填料处理污水

目前在我国城市污水处理广中多采用活性污泥法处理工艺处理污水,然而对氮、磷的去 除率不是很理想,且耗能大,运行费用较高。对于较小的城镇区域由于经济相对落后、污水 量少等特点,不适于采用活性污泥法处理工艺。人工湿地对于小城镇污水的处理有良好的实 用效果,具有耗资小,运行稳定,系统维护简单的特点,是城镇水处理工艺理想的选择 对象。

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面,将污水、污泥有控制地投配 到经人工建造的湿地上,污水与污泥在沿一定方向流动的过程中,主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用,对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各种微生物的作用。

人工湿地是用人工筑成的水池或沟槽,底面铺设防渗漏隔水层,填充一定深度的土壤或 填料层,种植芦苇一类的维管束植物或根系发达的水生植物,污水由湿地的一端通过布水管 渠进入,以推流方式与布满生物膜的介质表面和溶解氧进行充分的植物根区接触而获得净 化。人工湿地采用的填料一般有碎瓦片、砾石、土壤、粗砂、细砂、粉煤灰、灰渣、膨润土沸石等,填料不仅可以附着微生物,是微生物的生长场所.还可以过滤、沉淀、吸附污染物质。对于利用钢渣、尾矿等工业废弃物作为填料或组合填料的研究仍少见, 武汉科技大学郑好通过以钢渣、粉煤灰、铁屑、铁尾矿、高铁矿等产生量巨大且容易产生二次污染的矿冶废弃物用作填料,测定其对生活污水中主要污染物的吸附性能。此实验以钢渣、铁尾矿、铁屑、高铁尾矿、粉煤灰为填料。对这几种填料设定不同的吸附时间,测定其对污染物去除率的最佳吸附时间;设定不同的投加量,测定污染物的去除效率,确定不同填料的最佳投加量。然后模拟垂直流吸附柱,分别以高铁尾矿、铁尾矿、铁尾矿+钢渣、铁尾矿+粉煤灰为填料的吸附柱进行实验,选择合适的水力停留时间和填料组合,在实验室模拟人工湿地。

卵石(砾石)垫卵石(砾石)垫海砂海砂

对实验结果进行析,填料的投加量对TP的影响:以钢渣、粉煤灰、高铁尾矿、铁尾

矿、铁屑为填料,对TP的吸附效率随填料投加量的增加而提高。总体上钢渣和粉煤灰对TP的去除效果最好,在较低投加量时去除效率仍能达到90%,随投加量的增加去除效果略有提髙。而高铁尾矿、铁尾矿和铁屑随投加量的增大去除效率明显增强,投加量>60g/L时,随填料增加去除率增加变缓。各填料对TP吸附的最佳投加量为:粉煤灰40g/L、钢渣20g/L、高铁尾矿60g/L、铁尾矿80g/L、铁屑80g/L,这表明相同处理效果下钢渣用量最少。 填料投加量对TN的影响:这5种填料对TN的吸附随投加量的增加去除率有所提高,但不如 TP明显。相比较下,钢渣和铁尾矿对TN的去除效果稍好。结合TN去除率随填料投加量的 变化和经济性可知,各个填料对TN吸附的最佳投加量为:粉煤灰60g/L、钢渣80g/L、髙铁 尾矿80g/L、铁尾矿60g/L、铁屑100g/L,表明达到相同处理效果的情况下,粉煤灰和铁 尾矿的用量最少。填料投加量对COD处理效果的影响:各填料对COD去除率均不理想,24h内对COD的去除率均未超过15%。各填料对COD的去除率为粉煤灰10.54%、钢渣 12.38%,高铁尾矿5. 24%,铁尾矿9.35%,铁屑8.26%。填料对于污染物的去除随填料投加量的增加而增加,对生猜污水中的TP,各填料对磷的吸附效率为:粉煤灰96. 47%,钢渣99. 13%,高铁尾矿76. 36%,尾矿7S. 39%,铁屑48.26%。湿地填料对污染物的去除是物理、化学吸附和微生物生命活动等各种机制协同作用的结果。

在模拟垂直流吸附试验中,高铁尾矿模拟柱在3个周期TP的去除效率有差异,每个周期的去除率变化不大。第1TP去除率稳定在80%左右,第5天达最高82%,第2周去除效果最好,去除率稳定在90%以上;第3TP去除率略有下降,去除率在65%80%之间波动,第5天达80%,后两天稍有下降,因此高铁尾矿模拟柱最佳水力停留时间为5天。对TP的去除率第1周低于第2周,并在第2周去除率达到90%以上系统趋于稳定,第3 周略有下降。对TN的去除率在第2周达到最好,整个周期去除率在95%左右,最佳停留时间是5天。对COD的去除也同样在第5天达到最好处理效果。铁尾矿对TP的处理效果较好,第1周第1天就达到90%,在第4天达到稳定,最佳水力停留时间为4天。对TN的处理效果在第12周去除效果较好,最髙可达95%以上,第3周稍差,最佳水力停留时间为5天。对COD的去除率同样在第5天最好,所以最佳水力停留时间为5天。综合水力停 留时间对TPTNCOD的影响,去除率均在第5天达到最好处理效果,所以最佳水力停 留时间为5天:铁尾矿+钢渣模拟柱对TP的去除效果较稳定,在95%以上,最佳水力停留时间是3天。对TX的去除效果较差,最佳水力停留时间是5天,氮去除率最高也就是38%。对COD的去除效果较好在第2周最好,去除率在85%其以上,也在第5天趋于稳定,综合对TPTNCOD的去除效果,最佳水力停留时间为5天。铁尾矿+粉煤灰的模拟柱对TP的去除效果最好在第3天,去除率在90%以上。对TN的去除在第4天处理效果最好,去除率为65%。对COD的去除效果最高为95%,但不稳定,最佳水力停留时间为4天。综合三项指标,最佳水力停留时间为4综合这4个模拟柱比较,铁尾矿对生活污水的处理效果最好。

利用铁尾矿、钢渣等矿业废弃物作为人工湿地填料,不仅可以使废物得到利用,且能节 省填料成本,使水处理效果改善。这种“以废治废”的水处理方式具有良好前景,促使我国 资源循环利用,使水处理经济效益和生态效益有很大提髙。

农林废弃物用作重金属离子吸附剂

随着工业的发展,含重金属离子的污水随意排放到环境中的现象越来越严重。这些金属 离子会随着食物链最终富集到人体上,严重影响人类的健康,这是因为这些重金属离子在水 中稳定,不易被微生物降解。所以研制廉价、高效吸附性能的金属离子吸附剂越来越受到重 视。而农林废弃物作为农、林业生产和加工过程中产秦的副产品具有价格低、产量大、可生 物降解、不污染环境等优点。农林废弃物主要有树皮、秸秆、核壳、蔗渣等,且每年产量大。不过这些农林废弃物未被很好的利用,大部分被弃置在环境中,有的甚至被焚烧,这样不仅没能使这些东西得到利用,还污染了环境。如果将这些废弃物用到工业生产中,就可以达到废弃物再利用的目的,是一种新的发展趋势。

农林废弃物的孔隙度较高,比表面积大,可与金属离子发生物理吸附。另外有些农林废 弃物含有与金属离子结合的活性物质,可直接吸阪金属离子。这些物贡既有单宁、黄酮醇等 多羟基酚类物质,又有富含羟基的果晈质。Randall在研究多种树皮对金属离子的吸附能力 中发现水杉、黑樱桃、赤杨、黒松、水杉、或斯康星红槭、糖槭、银枞和西特喀杉等树皮具 有良的金属离子吸附能力,这种吸附能力主要来自于树皮中的多羟基类符责——单宁。 花生壳、洋葱皮等废弃物也富含单宁、黄铜醇等多羟基酚类物质:通过甲醛、酸、碱进行化学预处理可以有效改善农林废弃物的性质,避免这类物质的溶解-。Aoyama采用硝酸和甲醛处理落叶松树皮,发现羟基酚的溶解基本消除,处理后的树皮对Gr6具有良好的吸陏能力: Wafwoyo采用0.6mol/L柠檬酸或0.6mol/L磷酸改性花生壳,磷酸改性后的花生壳对Cd2+、 Cu2+Ni2+Pb2+Zn2+的吸附量由原来的5.7%提高到19 %34 %其中对 Cd2+Zn2+的吸附能力最强,而柠檬酸改性后对Gu2+吸附能力最强。

核桃壳核桃壳

本豆壳、甜菜渣等农林废弃物中含有大量的果胶质,可以作为金属离子的天然吸附剂: Laszlo发现通过化学胶联可以改善农林废弃物的物理强度,在室温条件下经过氯醇处理富含 果胶质的大豆壳和甜菜渣可以大大改善它们的物理强度,并且结合阳离子的性能也得到了 提高。

虽然农林废弃物对金属离子有吸附能力,但吸附效果较差,吸附量少。对农林废弃物进 行改性后,可以提高农林废弃物的吸附价值。采用在环状酸酐化学改性纤维素、淀粉等天然 高分子,引入大量的羧基,且不会产生相应的酸性副产物,是制备纤维素类吸附剂的重要方 法,该方法也适用于农林废弃物。Lehrfeld采用环状酸酐化学改性燕麦壳、玉米芯和甜菜渣,得到的产物中富含羧基,具有很强的金属离子结合能力。经过化学改性后不仅可以加入羧基还可以加人其他基团,如磷酸根、硫酸根、胺基等,可以提高农林废弃物对金属离子的吸附能力。王格慧通过碱化、环氧化和氨化等反应制备了3种氨基木粉,这些木粉对溶液中的具有较强的吸附能力。

由于农林废弃物产量太,对这些废弃物综合利用,不仅可以处理污水,减轻水污染,还 能将这些废弃物利用,达到“以废治废”的处理效果,具有远大的前景。通过对这些农林废 弃物的利用改善了环境,还提高了经济和社会效益。宜兴市恒信环保填料有限公司获取跟多水处理填料信息。

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