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随着化工企业的蓬勃发展,化工污水处理站也越来越多,势必产生大量的剩余污泥,据统计,我国每天有数万吨的化工污泥产生,这些污泥成分复杂、毒性高、危害大,如果得不到科学、合理的处理处置,将危害环境,甚至引发重大安全环境事故,对人民生命健康、社会和谐与稳定造成了严重威胁,因此,对于化工污泥的无害化与资源化研究意义重大。 污泥资源化是解决污泥出路问题的最佳途径,而污泥制备曝气生物滤池填料就是一个较好的选择。曝气生物滤池具有占地少,出水水质高的优点,其中填料的特性决定了曝气生物滤池运行的好坏,本文将污泥制成填料,实现了污泥资源化与膜法处理工艺相结合,达到了以废治废,变废为宝的目的。 本文以化工污泥为主要原料,添加页岩和沸石为辅料,增加其可塑性和强度,经过粉碎、生料球、烘干、预热、焙烧等工艺烧制成品。首先通过单因素实验,确定原料和辅料的添加量,污泥基填料最佳配比为污泥34%、页岩64%和沸石2%。在烧结过程中,预热、预热时间、焙烧、焙烧时间对填料的影响最大,根据课题组前期的探索,以四因素三水平L9(34)正交试验来定填料的烧结条件,并以填料的抗压强度为衡量指标,对正交试验的结果进行极差分析,最佳烧结条件为预热温度为350℃,预热时间为20min,焙烧温度为1150℃,焙烧时间为10min。 在最佳配比和烧结条件下制得污泥基填料,对其进行性能表征与形貌分析,结果表明,破碎率与磨损率之和2.5%,含泥量0.41%,盐酸可溶率1.3%,比表面积2.83×104m2/g,堆积密度898kg/m3,1h吸水率9%,抗压强度7.18MPa。对其中含有的重金属进行检测,Cu、Zn、Cr、Ni的浸出值分别为0.12、0.98、0.049、0.58均低于国家标准的限值,而Cd、Pb、As均未检出。通过扫描电子显微镜观察污泥基填料表面粗糙多孔,内部气孔纵横交错,形状不一,适合挂膜。XRD射线分析结果表明,硅氧四面体中Si-O共价键,使得填料结构稳定,耐腐蚀性好,晶格能大,对化工污泥中重金属起到很好的固定作用。 将污泥基填料和商品填料作为曝气生物滤池的填料,进行对比实验,经过20天左右的时间,COD和氨氮的去除率逐渐稳定,污泥基填料的COD、氨氮去除率稳定在90%、50%,商品填料的COD、氨氮去除率稳定在85%、35%,至此可以认定生物挂膜成功。 停留时间、曝气量、有机物浓度和氨氮负荷是影响曝气生物滤池运行的关键因素,本文从这四个方面进行了污泥基填料和商品填料对COD、氨氮和TN去除效果的研究,得出结论,污泥基填料的去除效果要优于商品填料,且曝气生物滤池去除污染物的最佳运行参数为停留时间为4h,曝气量为50ml/L,有机负荷浓度为450mg/L,氨氮负荷为20mg/L。 曝气生物滤池中,COD的去除动力学方程为C=C0e-2.358h,动力学常数K值为2.358。