粉煤灰混凝劑制備及用于混凝—人工濕地處理污水效能研究

【摘要】： 我國(guó)污水處理多采用二級(jí)生化處理工藝,一次性投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、建設(shè)周期長(zhǎng)、占地面積大,為了探尋一條簡(jiǎn)潔靈活、基建省、運(yùn)行費(fèi)用低、且能適于中小城鎮(zhèn)污水處理的工藝流程,本課題提出“混凝-人工濕地”處理工藝。為減少混凝藥劑費(fèi)用,實(shí)驗(yàn)以當(dāng)?shù)仉姀S固體廢棄物——粉煤灰為原料,采用酸溶法制備粉煤灰混凝劑并應(yīng)用于混凝單元,混凝出水再經(jīng)過(guò)模擬潛流人工濕地進(jìn)一步處理。同時(shí),將酸溶粉煤灰得到的Al、Fe鹽溶液通過(guò)慢速滴堿法研制出了聚合硫酸鋁鐵(PAFS),應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理。 酸溶反應(yīng)溫度的提高能協(xié)同酸浸液濃度的增加顯著提高粉煤灰中的鋁鐵溶出性能。常壓下沸騰條件直接酸溶,可使粉煤灰中Al、Fe溶出率達(dá)到10%、33%以上,混凝劑中含Al_2(SO_4)_3 19.3g/L、Fe_2(SO_4)_3 7.5g/L ;在4.0ml/L投加量下處理污水的效果和市售混凝劑相當(dāng),但產(chǎn)泥量較大,每處理1m3污水,約有6kg殘留粉煤灰微粒成為污泥。添加助溶劑并沒(méi)有改善粉煤灰的酸溶活性,而和純堿高溫焙燒后,Al的溶出性提高。100g粉煤灰與6g的Na_2CO_3混勻后在805℃下焙燒1h,產(chǎn)物冷卻粉碎后在沸騰回流條件下與4mol/L的H_2SO_4反應(yīng)0.5h、余溫冷卻0.5h,即得到粉煤灰混凝劑,其中含Al_2(SO_4)_3 32.7g/L、Fe_2(SO_4)_3 7.1g/L;處理生活污水的投量為1ml/L時(shí),處理效果明顯優(yōu)于相同投量下的市售混凝劑,COD、SS和TP的去除率分別達(dá)到64%、93%和91%,剩余SS、TP已經(jīng)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)》的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于PAFS的制備,考查了Al/Fe摩爾比、Na_2CO_3濃度、滴定終點(diǎn)的pH值、Al+Fe的總濃度、堿化劑種類等因素對(duì)產(chǎn)品混凝性能的影響,確定了最佳合成條件為100g/L的Na_2CO_3溶液慢速滴定溶出液至pH=1.1~1.2左右。樣品制備時(shí)pH值越大,[Al,Fe]_a越少,[Al+Fe]_b和[Al+Fe]_c增加。最佳條件下獲得的PAFS,其中[Al,Fe]_a占57.06%,[Al+Fe]_b占5.58%,[Al+Fe]_c占37.36%。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),樣品的pH值有下降的趨勢(shì),結(jié)合Ferron比色法測(cè)定的形態(tài)變化結(jié)果,這是熟化過(guò)程中低聚物分子與游離OH-絡(luò)合生成較高聚合度分子所致。PAFS中既有以羥基橋聯(lián)的鐵的聚合物,也有以羥基橋聯(lián)的鋁的聚合物。PAFS的燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,處理乳品廢水的效果優(yōu)于PAC,并且用量較少。適宜pH值范圍為6~9,靜沉15min即可達(dá)到COD去除率63.9%,SS去除率94.4%。 潛流人工濕地處理混凝預(yù)處理后的生活污水,在0.03~0.10m~3/(m~2·d)的水力負(fù)荷下,進(jìn)水COD負(fù)荷為5.62~18.11g/(m2·d) ,水力停留時(shí)間6.73~1.95d,菖蒲和美人蕉濕地對(duì)COD的去除率為64%~77%,出水COD小于60mg/L,滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。兩級(jí)濕地串聯(lián)運(yùn)行可提高氨氮去除效率;在0.05m~3/(m~2·d)水力負(fù)荷下,進(jìn)水氨氮負(fù)荷為2.156g/(m~2·d),水力停留時(shí)間3.97d,出水氨氮和TN分別為40.46mg/L和46.80mg/L,去除率分別達(dá)到11.97%和15.44%。進(jìn)水TP濃度低時(shí),礫石床潛流人工濕地存在基質(zhì)釋放P現(xiàn)象;進(jìn)水TP約0.3~0.5mg/L,而出水TP濃度約為1mg/L,但仍遠(yuǎn)低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 【關(guān)鍵詞】：生活污水 混凝 人工濕地 粉煤灰混凝劑 聚合硫酸鋁鐵
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-17
• 第1章 緒論17-42
• 1.1 我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀17-18
• 1.2 人工濕地在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀18-25
• 1.2.1 人工濕地的概念及分類18-19
• 1.2.2 國(guó)外人工濕地在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀19-20
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)人工濕地在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀20
• 1.2.4 人工濕地的應(yīng)用前景及存在的問(wèn)題20-22
• 1.2.5 影響濕地脫氮除磷能力的因素22-25
• 1.3 混凝技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀25-29
• 1.3.1 化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理（CEPT）的概念25-26
• 1.3.2 CEPT 在廢水處理中的應(yīng)用26-27
• 1.3.3 CEPT 技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問(wèn)題27-29
• 1.4 粉煤灰概述及應(yīng)用現(xiàn)狀29-39
• 1.4.1 粉煤灰的概述29-34
• 1.4.2 我國(guó)粉煤灰資源的綜合利用技術(shù)及存在問(wèn)題34-35
• 1.4.3 粉煤灰制備混凝劑的研究現(xiàn)狀與主要問(wèn)題35-39
• 1.5 課題研究的意義和內(nèi)容39-42
• 1.5.1 課題研究的意義39-40
• 1.5.2 課題研究的內(nèi)容40-42
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法42-49
• 2.1 研究技術(shù)路線42-43
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料43-44
• 2.2.1 粉煤灰43
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)原水水質(zhì)43-44
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法44-45
• 2.3.1 原狀粉煤灰的酸溶實(shí)驗(yàn)44
• 2.3.2 活化粉煤灰的酸溶實(shí)驗(yàn)44-45
• 2.3.3 聚合硫酸鋁鐵（PAFS）的制備45
• 2.3.4 混凝實(shí)驗(yàn)45
• 2.4 實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備45-48
• 2.4.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備45-46
• 2.4.2 人工濕地實(shí)驗(yàn)裝置46-48
• 2.5 實(shí)驗(yàn)分析及測(cè)試方法48-49
• 第3章 粉煤灰特性分析及酸溶制備粉煤灰基混凝劑49-70
• 3.1 粉煤灰的特性分析49-52
• 3.1.1 化學(xué)成分分析49
• 3.1.2 結(jié)構(gòu)分析49-52
• 3.2 直接酸溶制備粉煤灰基混凝劑52-56
• 3.2.1 粉煤灰中元素溶出率的計(jì)算方法52
• 3.2.2 影響鋁鐵溶出率的因素研究52-53
• 3.2.3 酸灰比的影響53-54
• 3.2.4 酸濃度的影響54-56
• 3.3 添加助溶劑再酸溶制備粉煤灰基混凝劑56-59
• 3.3.1 氯離子對(duì)溶出效果的影響56-57
• 3.3.2 氟化物對(duì)溶出效果的影響57-59
• 3.4 直接焙燒再酸溶制備粉煤灰基混凝劑59-60
• 3.5 堿熔焙燒再酸溶制備粉煤灰基混凝劑60-68
• 3.5.1 堿熔焙燒的原理60-61
• 3.5.2 焙燒條件對(duì)熟料溶出率的影響61-66
• 3.5.3 堿熔融后的粉煤灰的結(jié)構(gòu)分析66-68
• 3.6 本章小結(jié)68-70
• 第4章 粉煤灰制備PAFS 混凝劑及其結(jié)構(gòu)形態(tài)表征70-87
• 4.1 鋁鐵溶液的形態(tài)分布71-76
• 4.1.1 Ferron 逐時(shí)絡(luò)合比色法73-74
• 4.1.2 試劑的配制74
• 4.1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作74-75
• 4.1.4 工作曲線的制作75-76
• 4.2 制備工藝參數(shù)的確定76-84
• 4.2.1 正交試驗(yàn)初步確定制備條件79-82
• 4.2.2 堿化劑種類及混凝劑pH 值對(duì)混凝效果的影響82-84
• 4.3 PAFS 的紅外表征84-86
• 4.3.1 紅外光譜的測(cè)試條件84
• 4.3.2 樣品的紅外光譜84-86
• 4.4 本章小結(jié)86-87
• 第5章 粉煤灰混凝劑的混凝性能研究87-103
• 5.1 粉煤灰基混凝劑FAC-Ⅰ處理生活污水的效果87-89
• 5.1.1 pH 值的影響87-88
• 5.1.2 投加量的影響88
• 5.1.3 與市售混凝劑的性能對(duì)比88-89
• 5.2 粉煤灰基混凝劑FAC-Ⅱ處理生活污水的效果89-93
• 5.2.1 適宜的混凝pH 范圍90-91
• 5.2.2 適宜的投加量范圍91-92
• 5.2.3 與市售混凝劑的性能對(duì)比92-93
• 5.2.4 粉煤灰基混凝劑的作用機(jī)理93
• 5.3 粉煤灰溶出液處理乳品廢水的效果93-95
• 5.3.1 水樣pH 值對(duì)混凝效果的影響93-95
• 5.3.2 投加量對(duì)混凝效果的影響95
• 5.4 PAFS 處理乳品廢水的效果95-98
• 5.4.1 投加量對(duì)混凝效果的影響95-97
• 5.4.2 水樣pH 值對(duì)混凝效果的影響97-98
• 5.5 粉煤灰混凝劑的經(jīng)濟(jì)效益分析98-101
• 5.5.1 技術(shù)可行性分析98
• 5.5.2 粉煤灰基混凝劑98-100
• 5.5.3 PAFS 混凝劑100-101
• 5.6 本章小結(jié)101-103
• 第6章 混凝-人工濕地工藝處理生活污水的研究103-129
• 6.1 生活污水的混凝處理單元103
• 6.2 模擬人工濕地實(shí)驗(yàn)單元啟動(dòng)階段的效果研究103-107
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)方式103-104
• 6.2.2 啟動(dòng)階段運(yùn)行效果104-107
• 6.3 不同水力負(fù)荷下的濕地運(yùn)行效果107-114
• 6.3.1 運(yùn)行工況107
• 6.3.2 有機(jī)物去除效果107-109
• 6.3.3 氨氮去除效果109-111
• 6.3.4 磷去除效果111-113
• 6.3.5 一日內(nèi)進(jìn)出水污染物時(shí)變化113-114
• 6.4 預(yù)曝氣強(qiáng)化濕地處理效能114-122
• 6.4.1 運(yùn)行工況115
• 6.4.2 運(yùn)行效果115-117
• 6.4.3 預(yù)曝氣工藝的效果比較117-122
• 6.5 兩級(jí)濕地處理效能122-127
• 6.5.1 運(yùn)行工況123
• 6.5.2 運(yùn)行效果123-127
• 6.6 混凝-人工濕地處理工藝經(jīng)濟(jì)效益分析127
• 6.7 本章小結(jié)127-129
• 結(jié)論129-131
• 參考文獻(xiàn)131-143
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文143-145
• 致謝145-146
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷146

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破解礦井地下涌水處理困局    本報(bào)記者 陳瑋英

基于射流流場(chǎng)的微藻混凝共聚氣浮采收基礎(chǔ)研究    張海陽(yáng)

適用于微污染水源水的農(nóng)村飲水浸沒(méi)式超濾組合工藝研究    張偉

顆粒表面有機(jī)物吸附對(duì)混凝和沉淀影響的研究    鐘潤(rùn)生

三種預(yù)處理技術(shù)對(duì)超濾膜污染的影響及其機(jī)理研究    劉婷

超濾膜凈化灤河水運(yùn)行工藝與凈化效果的研究    張耀宗

混凝絮體破碎再絮凝機(jī)理研究及對(duì)超濾膜污染的影響    俞文正

高鐵酸鹽去除水中雙酚A和磷酸鹽的效能研究    馬維超

物化–生物組合工藝處理垃圾填埋場(chǎng)與焚燒廠滲濾液研究    Abdul Hussain Abdul Kareem Abbas

聚合氯化鐵—腐殖酸（PFC-HA）絮體空間形貌的各向異性研究    于富玲

Fenton與電Fenton技術(shù)處理有機(jī)廢水的應(yīng)用研究    楊春維

糖廠二壓汁高pH混凝及強(qiáng)化澄清研究    玉泉

天然水中分級(jí)有機(jī)物的膜混凝特性及機(jī)理分析    王正陽(yáng)

混凝—超濾工藝處理灤河水中試研究    馮顏顏

混凝吸附強(qiáng)化分離濃縮生活污水    王忺

混凝—沉淀—砂濾—超濾工藝對(duì)城市小區(qū)雨水處理與回用實(shí)驗(yàn)研究    岳志芳

預(yù)氧化—混凝—沉淀對(duì)銅綠微囊藻與SOC復(fù)合污染的去除    侯振靈

混凝過(guò)程中絮凝體的標(biāo)度可變性及其分形仿真模擬    馮永寧

臭氧—混凝交互作用初步研究    高艷雄

混凝-氣浮用于海水淡化預(yù)處理技術(shù)研究    李愛斌

混凝濾布過(guò)濾—生物濾池組合工藝處理小城鎮(zhèn)生活污水研究    李江雯