加气混凝土对废水中磷的性能研究

发表时间:2018/10/8   来源:《新材料.新装饰》2018年5月下   作者:袁丽南
[导读] 采用加气混凝土进行污水除磷试验,考察了用量、时间及原水浓度对除磷效果的影响,并将混凝土块用作浮岛填料,探究植物的除磷效果。结果表明:加气混凝土粉末的除磷反应的平衡时间为90min,粉末质量为7g,原水浓度在2~10mg/L时可获得显著的除磷效果。将加气混凝土废渣作为浮岛填料种植绿萝,绿萝明显增长,且废渣和绿萝持续处理含磷废水,获得了显著且稳定的效果。
(华北理工大学建筑工程学院,唐山 063210)
摘要:采用加气混凝土进行污水除磷试验,考察了用量、时间及原水浓度对除磷效果的影响,并将混凝土块用作浮岛填料,探究植物的除磷效果。结果表明:加气混凝土粉末的除磷反应的平衡时间为90min,粉末质量为7g,原水浓度在2~10mg/L时可获得显著的除磷效果。将加气混凝土废渣作为浮岛填料种植绿萝,绿萝明显增长,且废渣和绿萝持续处理含磷废水,获得了显著且稳定的效果。
关键词:加气混凝土;除磷;性能;绿萝
 
        引言:
        含有氮、磷元素的城市污水排入水体,并滞留于河流、湖泊和海湾等封闭或半封闭的水域中,会促进藻类和水生植物的异常生长,导致水质下降,引起水体的富营养化[1]。水体富营养化在我国和世界各地水域中频繁出现,引发了短期或长期的环境风险[2]。目前,这种危害已引起各国的关注。众所周知,控制水体富营养化的重要手段是减少磷元素进入周围水体,因此,关于污水处理厂出水中的磷浓度的要求变得越来越严格。目前,国内外常用的天然材料,铝化合物等吸附剂存在吸附量低、除磷设备运行时间短等问题[3]。因此,开发高效的吸附剂成为目前研究的重点。
        以硅质材料(砂、粉煤灰和含硅尾矿等)和钙材料(石灰和水泥)为主要原料并通过蒸汽加压制成的加气混凝土(autoclaved aerated concrete,AAC)砌块(GB11968-2006)富含钙、铝、铁等碱性氧化物,且孔隙率大、广泛易得[4]。因此,近年来开始广泛应用在富营养化水体的治理中。本文的研究在对AAC砌块孔隙进行分析的基础上,对比研究了其碎料吸附磷的性能,以期更好地综合利用AAC这一新型的污水处理材料。
        一、材料与方法
        (一)试验材料
        将加气混凝土块用粉碎机粉碎,过120目筛下粉末,40℃鼓风干燥一周后放于样品袋备用。含磷原水:以KH2PO4 (分析纯)为原料配制含磷原水。
        (二)试验方法
        1.反应时间的影响
        取400mL浓度为10mg/L的含磷污水于1L烧杯中,加入7g混凝土粉末,每组3个平行。在室温、120r/min的磁力搅拌器中反应15、30、45、60、75、90、105、120min时取出,测定溶液中PO43--P浓度。
        2.填料质量的影响
        取400mL浓度为10mg/L的含磷污水于1L烧杯中,分别加入1、3、5、7、9、11g的混凝土粉末,同1.2.1条件下测定溶液中PO43--P浓度。
        3.原水浓度的影响
        取400mL溶液于1L具塞锥形瓶,加入7g混凝土粉末,控制原水的磷浓度为2.5、5、7.5、10、15、20、25、30mg/L,同1.2.1条件下测定溶液中PO43--P浓度。
        4.构建人工浮岛
        在10x10x14的水桶中注入3/4 的5mg∕L的溶液,在桶中安置混凝土块,在混凝土立方块上挖出一个3x3x3的小孔来,在这小孔里栽种植物。定期测量磷浓度和植物叶子的尺寸。
        (三)分析方法
        磷的测定采用钼酸盐比色法。
        二、结果与讨论
 
        (一)反应时间的影响:
        将加气混凝土放入原水中,在不同时间段测量其吸附后的浓度,如图a。由图a可知,在吸附的前30min,混凝土粉末对磷的吸附量快速增加。在30min~90min内出现波动,此时吸附和解吸同时进行。而90min后的磷浓度基本保持不变,达到平衡,因此最佳的吸附时间为90min。上述结果表明:磷浓度较高时,磷酸根在溶液中快速扩散并被吸附到混凝土表面,随着时间增加,磷酸根与混凝土表面的吸附达到饱和。此后,时间持续增加,但是磷浓度已不再变化,这说明吸附在一定条件下会达到饱和。
        (二)AAC粉末质量的影响:
        由图b可知,随着加气混凝土质量的增加,去除率也在增加,在质量为7g时达到最大值,之后去除率减少。综合分析可知:加气混凝土的质量为7g时,其吸附除磷效果最佳。
        (三)原水磷浓度的影响:
        原水磷浓度对混凝土粉末除磷的影响见图c。由图可知,磷去除率随着原水浓度的增加呈现先降低后增加的趋势,原水浓度为15mg/L时去除率最低。综合生活污水中的磷含量一般小于10mg/L,因此由实验取2 mg/L ~10ug/ml mg/L的浓度。此外,液中的磷浓度随着原水浓度增加而逐渐增大,但处理后的磷浓度均高于《污水综合排放标准》的二级标准,因此需加大混凝土的质量,以降低磷浓度。
        (四)AAC废渣作为浮岛填料对水生植物的影响:
        绿萝对磷的吸收情况和叶子的生长状况如图d。由图可知:经过30天的试验,绿萝的叶子增加,且对除磷有促进作用。水葫芦处理的磷溶液的浓度呈现持续降低的趋势。加气混凝土的吸附使得反应前期的磷浓度减少,而在中后期,绿萝将磷元素吸收用于自身的生长造成磷浓度的持续降低。
        三、结论
        1.加气混凝土粉末对于废水中的磷酸盐有去除作用,能用作除磷剂。在反应时间为90min、AAC粉末质量为7g、原水浓度为2.5mg/L~10 mg/L时达到最佳的除磷效果。
        2.绿萝对含磷溶液有很好的处理效果,可将加气混凝土废渣结合绿萝用于实际除磷。
参考文献
[1]王小敏, 齐泽宁, 谢光勇,等. 新型除磷药剂在污水处理厂的应用[J]. 中国给水排水, 2018(3):65-67.
[2]由文辉,刘淑缓.利用人工基质无土栽培经济植物净化富营养化水体的研究[J].北京大学学报:自然科学版,1999,35(4):518-522.
[3]曹艳,任勇翔,黄廷林,等.水化普通硅酸盐水泥吸附水中氟化物的动力学与热力学解析[J].环境科学研究,2012,25(2):200-206 .
[4] 郭杏妹, 罗一帆, 李嘉明,等. 改性蒸压加气混凝土碎料深度除磷的机理研究[J]. 实验技术与管理, 2016, 33(6):59-62.
作者简介:袁丽南(1991-),女,汉,籍贯:河北省承德市,硕士在读,单位:华北理工大学,研究方向:市政工
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