含铝废弃物资源化应用于污水处理及底泥修复的试验研究

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针对给水处理厂产生的铝污泥和铝厂产生的废渣大量堆弃的现象,本论文主要探讨了将这两种含铝废弃物资源化应用于污水处理和底泥修复的可行性。论文首先研究了这两种含铝废弃物经过预处理后制备成除磷填料的最佳制备方法,在此基础上对填料的吸附特性及机理、解吸剂的选择等方面进行了探究,并将制备好的填料装填在柱状反应器中用于模拟人工湿地出水中磷的去除。其次,论文将给水厂污泥用作河湖底泥内源性污染的原位修复剂,探究其对上覆水、间隙水及底泥的影响,并评价其对底泥内源污染的控制效果。以上研究不仅可以减轻含铝废弃物堆放带来的环境污染,还能减少资源浪费,达到“以废治废”的目标。本研究获得的主要结果和结论如下:(1)以铝厂废渣和给水厂污泥为原料,可以制备出具有良好磷吸附特性的填料。填料的最佳制备方法为:以0.5M的盐酸为溶剂与铝厂废渣按质量体积比为1g:30mL的比例混合反应12h后收集上清液,再将铝污泥、水泥与上一步获得的上清液在造粒机上以质量体积比为3g:2g:1mL造粒,适当湿度下养护即得磷吸附填料。(2)吸附试验表明,填料对溶液中PO43--P的吸附过程可以用准二级动力学吸附模型描述,吸附速率受化学吸附的控制;填料对含磷溶液的等温吸附特征可用Langmuir等温吸附模型描述,用该模型计算获得填料对磷的饱和吸附容量为28.99mg/g,与试验测得的28.55mg/g较为接近。(3)110d的连续吸附试验表明,模拟人工湿地出水经过柱状吸附反应装置后,在水力停留时间为60min和30min时,均可将进水的PO43--P浓度由2mg/L降低至0.5mg/L以下。此外,在磷吸附过程中,吸附柱对水中NO3--N、COD也有不同程度的去除,且出水中几乎不含Cu、Zn、Ni、Cd四种重金属,出水Pb浓度为0.025mg/L,低于《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》中规定的限值。因此,该填料可用作除磷吸附柱的较佳填料,无重金属污染的隐患。(4)采用“0.02M柠檬酸+0.3M硫酸”作为解吸剂对磷吸附柱中吸附饱和的填料进行解吸,然后对解吸后的填料进行再吸附,循环三次后填料的吸附效果由最初的28.27mg/g降低至25.00mg/g,在此过程中填料的质量损失由4.3%增加至18.7%。因此,该含铝废弃物制备的填料可用于除磷,且可实现填料的再生和再利用。(5)铝污泥修复底泥的试验结果表明,铝污泥投加可显著降低上覆水及间隙水中的磷浓度,且投加量越大,磷浓度减少量越大。在总剂量相同条件下,一次投加和分次投加对上覆水磷浓度影响无明显差别。铝污泥的投加可将底泥中不稳定性、易释放的NH4Cl-P、BD-P转化为稳定性、不易释放的NaOH-rP、HCl-P含量,对残留磷Res-P含量影响不大,即铝污泥的投加可使底泥中的磷形态更稳定,可达到锁磷的目的。(6)铝污泥的投加量及投加方式对上覆水的DO、pH、浊度及底泥ORP均无明显影响,但会增加水体中sCOD和NH4+-N含量。经测定,铝污泥中氨氮释放潜力为0.065mg/g;120天反应结束时,投加铝污泥质量分数为3%的试验组中,上覆水sCOD平均值与对照组相比上升了38.14%。即铝污泥的投加有升高水体氨氮和sCOD的隐患。
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