污水处理用生物陶粒滤料的研究进展

1、水是人类赖以生存的基础, 随着经济和人类社会的不断发展, 环境污染日益严重, 水体水质日益恶化, 人类面临水污染和水量短缺的严重局面 。 资料表明全 世界人口的 40%面临缺水 。 同时全球 50%的水资源遭 到不同程度的污染, 全世界有 10亿人喝不到洁净水 。 几乎所有国家都在经历着污染-治理的艰难过程, 今 后污水处理以及回用是充分利用和节约水资源的重 要工作 1。 陶粒作为填料的一种, 具有材料低廉易得 、 表面积大 、 孔隙率大 、 化学和物理稳定性好等优点, 特 别适合我国的国情 。1生物陶粒的种类及其性能 1. 1粘土陶粒以粘土 、亚粘土等为主要原料, 经加工制粒, 烧胀 而成的

2、 。 刘属兴等采用红粘土粉煤灰, 页岩为主要原 料, 加入适量的化工原料, 研制出多孔球形轻质陶粒 滤料,用这种陶粒滤料处理焦化废水的实验表明, 多 孔陶粒滤料强度好 、 孔隙率大 、 比表面积大 、 化学稳定 性好 。 与玻璃钢 、 聚丙烯 、 涤纶等规则滤料相比, 具有 生物附着性强 、 挂膜性能好 、 水流流态好 、 截污能力强 等优点 2。1. 2粉煤灰陶粒以固体废弃物为主要原料,加入一定的辅料, 加 工成球, 烧胀而成 。 薛金凤等人以粉煤灰为主要原料 制得一种强度高 、 比表面积大的滤料 。 该滤料可用于 吸附氟离子, 将该滤料填装于玻璃柱中进行动态过滤 模拟试验, 过滤高氟饮用水

3、, 滤出水 pH 增加 、 浊度降 低 。 对进水浓度和温度等影响因素进行研究, 结果表 明, 随着进水氟离子浓度的增加, 产水量减少, 滤料的除氟率增加; 而随着温度的增加, 产水量会增加, 除氟率也会增加 3。1. 3页岩陶粒又称膨胀页岩,粘土质页岩 、 板岩等经破碎 、 筛 分, 或粉磨成球, 烧胀而成 。 李国昌等以天然页岩为原 料, 分别采用破碎法和成球法制成滤料生料, 经焙烧 、烧胀, 制备了陶粒滤料 。 对这两种方法制备的陶粒滤 料的孔隙率 、 孔径和酸碱可溶率等指标进行了分析比 较 。结果表明, 两种方法均可制备出性能优异的陶粒 滤料 4。1. 4河底泥陶粒大量的江河湖水经过多

4、年的沉积形成了很多泥 沙 。 利用河底泥替代粘土, 经挖泥 、 自然干燥 、 生料成 球 、 预热 、 焙烧 、 冷却制成的陶粒 。 刘贵云等采用彭越 浦河道底泥为主要原料, 制备出陶粒滤料并对所制备 的陶粒滤料的比表面积 、 松散容重 、 空隙率等指标进 行测定, 性能良好, 采用曝气生物滤池用自制河道底 泥陶粒对生活污水进行深度处理试验, 同时用对照陶 粒和活性炭进行比较试验, 结果表明底泥陶粒滤料在 生活污水深度处理中对 NH 3-N 的去除效果较好, 运行 稳定,说明自制底泥陶粒可以作为水处理滤料使用 5, 6。 张国伟等利用上海新泾港河道底泥为主要原 料烧制陶粒, 对烧制出的底泥陶粒

5、产品进行的性能测 试表明, 各项技术指标均能达到国家标准, 开辟了河 道底泥利用的新途径 7。1. 5硅藻土陶粒硅藻土是由较细的硅藻壳聚集 、 经生物化学沉积作用形成的沉积岩 。呈疏松状, 吸水和吸附能力强, 熔 点高, 具有多孔结构 。 目前生产硅藻土陶粒有两种方收稿日期 2008-10-28作者简介 冯敏 (1979- , 女, 研究生, 主要从事污水处理 与环境微生物研究工作 。污水处理用生物陶粒滤料的研究进展(河南工业大学化学化工学院, 河南郑州 450001冯敏, 刘永德, 赵继红摘要 生物陶粒滤料以其优越的性能越来越得到广泛的使用 。近年来, 各种不同种类和性能的陶粒滤料应运而生,

6、 它们在 污水处理中的应用得到了深入的研究 。 但陶粒滤料的性能指标尚无国家标准 。 结合生物陶粒的研究现状, 提出了其在今后的研究 中应注意克服的种种问题 。关键词 生物陶粒; 滤料; 污水处理 中图分类号 X 703文献标识码 A文章编号 1003-5095(2009 01-0064-0365第 1期 冯 敏等:污水处理用生物陶粒滤料的研究进展法:焙烧法和免烧法 。 如果硅藻土成岩程度较高, 已呈 块状, 可以采用直接焙烧, 然后破碎至所需粒度 。 这种 陶粒称为碎石型陶粒, 它与球形陶料相比, 吸水率偏 高 。 免烧法是将粉碎好的硅藻土, 配入 CaO 含量大于 80%的石灰和模数为 2

7、.8的硅酸钠混合拌匀,在成球 盘中加水滚动成球,经一定时间养护即成硅藻土陶 粒 。 王萍等利用硅藻土为主要原料, 制备陶粒滤料, 研 究了焙烧温度对滤料孔径分布 、 比表面积 、 显气孔率 等性质的影响 。 结果表明,当焙烧温度在 950 1050 , 可以制备出表面粗糙 、 物理化学稳定性良 好的陶粒滤料 8。1. 6煤矸石陶粒煤矸石是采煤过程中排出的含碳量较少的黑色 废石, 是我国排放量最大的固体废弃物, 其排放与堆 积不仅占用大量的耕地, 同时对地表 、 大气造成了很 大的污染 。 煤矸石的化学成分与粘土比较相似, 煤矸 石含有较高的碳及硫, 烧失量较大 。 李国昌等以煤矸 石为原料,分

8、别采用破碎法和成球法制成滤料生料, 经快升温或慢升温焙烧获得陶粒滤料 。 对所制备陶粒 滤料的气孔率 、 气孔孔径和酸碱可溶率等指标进行了 分析比较 。 结果表明:各种陶粒滤料制品均性能优良; 制品的气孔率都随着焙烧温度的升高由小变大,又逐 渐降低, 成球法制品的气孔率普遍要高于破碎法;快 烧制品的气孔孔径分布范围较窄,慢烧制品的气孔孔 径分布范围则很宽, 两种焙烧方式所得制品中孔 径100m 的气孔都随着焙烧温度的升高而增加; 制品的酸碱可溶率均随焙烧温度的升高而降低 。 实际 生产时,可根据煤矸石特性 、 产品的性能要求 、 生产成 本等确定煤矸石陶粒滤料的制备工艺 9。1. 7生物污泥陶

9、粒污水处理厂处理完污水后产生的 、 并含有大量的 生物污泥 。 生物污泥有的制成农用肥, 有的直接用于 绿化, 也有的排放到海里或者焚烧, 这样会造成二次 生态环境污染 。 目前, 以生物污泥为主要原材料, 采用 烘干 、 磨碎 、 成球 、 烧结成的陶粒, 用生活污泥代替部 分粘土来烧制陶粒既节省粘土, 又保护农田, 也起到 一定的环保作用 10。 蔡昌凤等利用污泥为主要原料, 采用烧结法研制陶粒, 分析了不同配方和不同烧结温 度对陶粒性能的影响, 以陶粒的吸水率 、 容重为评价 指标确定最佳配比和最佳烧结温度, 提出陶粒铺设景 观水底, 治理城市水体, 并对其进行了可行性分析, 陶 粒 对

10、 水 中 氨 氮 和 总 磷 吸 附 容 重 分 别 为 0.03 0.05mg/g 和 0.010.02mg/g 11。 1. 8铝矿废渣 -赤泥陶粒滤料赤泥是氧化铝生产排放量很大的废渣, 我国 2000年氧化铝产量为 428.96万 t ,排放赤泥约 490万 t 。 我国第一个氧化铝厂(山东铝厂从 1954年建 成, 至今已累计排放赤泥超过 5000万 t ,堆积的赤 泥已形成了一座高 78m 、 长 800m 、 宽 600m 的 “ 金字 塔 ” 。 赤泥堆积占用农田,并耗费较多的堆场建设和维 护管理费用 。 同时,含碱废液会污染地表 、 地下水源, 造成自然生态环境严重破坏 12,

11、 13。 然而,赤泥含有的 主要成分, 如 SiO2、 CaO 、 Al 2O 3、 Fe 2O 3等氧化物是制备 陶粒滤料的主要成分 。 吴声彪等采用赤泥制备水处理 用多孔陶粒滤料,并进行了含油废水的过滤试验 。 初 步研究表明:添加一定的硅石粉,通过合适的烧结工 艺能够制备出多孔结构的陶粒滤料,除油效果能够达 到 60%以上 。 其中烧结温度对陶粒的性能影响较 大 14。陶粒滤料按照强度可分为高强陶粒滤料和普通 陶粒滤料; 按照密度可分为一般密度陶粒滤料 、 超轻 密 度陶 粒滤 料 、 特轻密度陶粒滤料; 按照形状可分为碎石形 陶 粒滤 料 、 圆球形陶粒滤料和圆柱形陶粒滤料; 按生产工

12、艺 可 分 为 烧 结 型 陶 粒 滤 料 和 烧 胀 型 陶 粒 滤 料 10。2生物陶粒应达到的要求生物膜载体-陶粒滤料应满足以下要求 1:机 械强度, 不应在反冲洗过程中由于料间磨损或破碎造 成颗粒变小使滤料层变复杂,用磨损率和破损率表 征 。 生物 、 化学稳定性, 不应在运行过程中滤料的物 质溶于水而影响水质, 或因投加水处理药剂使滤料材 质结构发生变异而解体 。 此项用酸碱可溶性表征 。 生 物膜的一些代谢产物会对载体产生腐蚀作用, 所以滤 料必须具有一定的抗腐蚀性, 同时需不参与生物膜的 生物化学反应, 且其本身不可被生物降解 。 颗粒形 状, 以表面相对粗糙具有一定球形为好 。

13、 表面电性 和亲水性:微生物一般带负电荷, 并亲水, 因此载体表 面带正电荷将有利于微生物固着生长, 载体表面的亲 水性有利于微生物的附着 。另外,生物陶粒滤料应具有较大的比表面积, 开 孔孔隙率高 、 孔径较大并有一定的表面粗糙度以有利 于 挂 膜 并 防 止 载 体 之 间 摩 擦 碰 撞 而 造 成 固 着 微 生 物 脱 落 。 3生物陶粒在污水处理中的应用3. 1污水预处理生物预处理是对传统给水处理工艺的突破与革 新, 一般采用生物膜法, 主要包括生物接触氧化 、 生物 滤池 、 生物转盘 、 生物流化床等 。 附着生长在填料表面的生物膜吸收水中的有机物 、 氮磷等营养物质进行新 陈

14、代谢, 达到净化水质的目的 。 生物陶粒的过滤机理 与普通快滤池有所不同, 过滤作用主要基于机械截留 作用 、 微生物新陈代谢产生的黏性物质起吸附架桥作 用和降低水中胶体颗粒的 Zeta 电位作用, 使部分胶 粒脱去形成较大颗粒而被去除 。 在山西大同册田水 库 、 滏阳河 、 官厅水库 、 绍兴青甸湖等地对受污染的水 源水的生物预处理试验研究结果表明, 采用生物陶粒 预处理可有效去除浊度 、 细菌 、 大量溶解性有机物 、 氨氮 、色度等污染物质, 大大改善后续处理工艺对污染 物的去除效果 15。 3. 2腐殖污水处理3. 3污水深度处理国内对饮用水的深度处理多采用生物活性炭处 理技术, 颗

15、粒状活性炭尽管吸附性能较佳, 但其价格 较贵, 使用寿命短 。 以天然页岩矿石为原料的页岩陶 粒因具有比表面积的大 、 空隙率高 、 微生物生长好 、 价 格低廉的特点而日受青睐 。 在天津市自来水集团有限 公司进行的生物陶粒滤池处理水厂滤后水试验研究 结果表明,生物陶粒滤池对滤后水中 COD Mn 的平均去 除率为 31.0%, 氨氮的平均去除率为 67.5%, 对浊度 也 有 很 好 的 处 理 效 果 , 出 水 浊 度 均 在 0.300.40NTU 范围内 15。资料表明陶粒滤料对铬 、 镍 、 锌和磷具有较强的 去除作用, 并且利用陶粒的多孔 、 比表面积大, 对酸碱 的化学和热稳

16、定性好, 在一些场合可替代活性炭作廉 价的吸附剂 。 4展 望陶粒滤料由于具有较高的比表面积, 化学和热稳 定性好,价格低廉, 因此得到了广泛的应用 。 但是目前 对于陶粒滤料的性能 、 制备工艺等方面进一步的研究较少, 为了能更好的发挥其潜在优势和克服其本身存 在的不足, 还要解决以下问题:对于陶粒滤料的原 材料选取应主要以固体废弃物为主, 减少天然矿物质 和粘土的开采 。 改善陶粒滤料的制备工艺, 优化各项性能参数 。系统的研究陶粒滤料的污染物去除机 理 。 制定陶粒滤料的国家标准, 为陶粒滤料的各项性能指标的评定提供科学的依据 。参 考 文 献 123456789101112131415

17、16Research Progress in Biofilm Carrier for Wastewater Treatm entFENG Min, LIU Yong-de, ZHAO Ji-hong(School of Chemistry and Chemical Engineering Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, ChinaAbstract:Biological ceramic filter was used widely in the treatment of wastewater. In recent years,

18、variety of kinds and capabilities of ceramic filter spring out. They were obtained the thorough research in the sewage treatment and ap-plication. But the performance index of the ceramic filter still not to have the national standards. This paper intro-duces the present research status and process,

19、 and points out that it will be supposed to pay attention to the victory in the next research all sorts of questions.Key words:biological ceramist; filter; sewerage disposing查建明.生物陶粒在污水处理中作滤料的研究与应用J.广东建 材, 2005, 1(3:8-10.刘属兴.以红粘土 、 粉煤灰 、 页岩为主要原料研制多孔球形轻质陶粒 滤料J.中国陶瓷, 2006, 8(42:38-39.薛金凤,马彦涛. 粉煤灰滤料的制备与应用研究 J. 给水排水, 2006, 2(32:92-94.李国昌, 王 萍.优质页岩陶粒滤料的制备与基本性能研究J.环 境工程学报, 2007, 6(1:123-129.刘贵云, 奚旦立.利用河道底泥制备陶粒的试验研究J.东华大学 学报, 2003, 4(29:81-83.刘贵