爐渣吸附處理富營(yíng)養(yǎng)化水體中的N和P

目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 1關(guān)鍵詞 1引言 1\o"CurrentDocument"1材料與方法 21.1試驗(yàn)爐渣 21.2試驗(yàn)廢水 21,3試驗(yàn)試劑 21.4試驗(yàn)儀器 21.5測(cè)定方法 2\o"CurrentDocument"2結(jié)果與分析 3\o"CurrentDocument"2.1振蕩時(shí)間對(duì)N、P去除率的影響 3\o"CurrentDocument"2.2爐渣粒徑對(duì)N、P去除率的影響 32.3爐渣用量對(duì)N、P去除率的影響 4\o"CurrentDocument"2.4溫度對(duì)N、P去除率的影響 5\o"CurrentDocument"3結(jié)論和建議 6致謝 7參考文獻(xiàn) 7圖1振蕩時(shí)間對(duì)N、P去除率的影響 3圖2爐渣粒徑對(duì)N、P去除率的影響 4圖3爐渣用量對(duì)N、P去除率的影響 5圖4溫度對(duì)N、P去除率的影響 6表1振蕩時(shí)間對(duì)N、P去除率的影響 3表2爐渣粒徑對(duì)N、P去除率的影響 4表3爐渣用量對(duì)N、P去除率的影響 4表4溫度對(duì)N、P去除率的影響 5爐渣吸附處理富營(yíng)養(yǎng)化水體中的N和P摘要：水體富營(yíng)養(yǎng)化原因主要是大量的含N、P物質(zhì)進(jìn)入水體，造成N、P濃度超過水體的最大容量，常見處理方法有物理處理，化學(xué)處理，生物處理等。爐渣成分復(fù)雜，主要由CaO、FeO、MgO、MnO、SiO2、FeQ、P2O5、Cr2O5、A12O3等氧化物組成，具有一定吸附功能。本試驗(yàn)研究爐渣與富營(yíng)養(yǎng)化水體中的N、P的吸附處理關(guān)系。結(jié)果表明，1、爐渣對(duì)P的吸附效果要好于對(duì)N的吸附；2、爐渣粒徑與氨氮和磷的去除率成反比；3、爐渣吸附水中總磷的過程是放熱的過程，而吸附水中氨氮的過程則是吸熱的過程。在本試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，最佳工藝參數(shù)為：主要去處氨氮，振蕩時(shí)間60min，爐渣粒徑選為1mm，爐渣用量為6g，溫度為35°C；主要去處磷，振蕩時(shí)間80min，爐渣粒徑選為1mm，爐渣用量為6g，溫度為15C關(guān)鍵詞：爐渣；富營(yíng)養(yǎng)化；吸附處理；結(jié)論建議水體富營(yíng)養(yǎng)化是指水生生物生長(zhǎng)所需要的N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河流等水體，當(dāng)其濃度超過一定數(shù)值引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，快速消耗水體中DO,導(dǎo)致水質(zhì)惡化、生物死亡的現(xiàn)象。水體富營(yíng)養(yǎng)化的形成是受多種因素影響的，這其中既有自然因素的作用，也有人為因素的作用。1、水土流失和農(nóng)業(yè)施肥不同地形集水區(qū)和不同肥力土壤輸出的氮、磷量不同，水土流失提高了水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量。而且，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從土壤中流失量與施肥量有密切的關(guān)系。為提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，人們常施用較多的氮肥和磷肥，它們極易在降雨或灌溉時(shí)發(fā)生流失。氮磷營(yíng)養(yǎng)物可隨地表徑流進(jìn)入地面水體中或下滲，通過土壤進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)，然后排入地表水體中，這是導(dǎo)致地表水富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。2、畜牧業(yè)、漁業(yè)在一些畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，畜牧排泄會(huì)產(chǎn)生大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入土壤；圈養(yǎng)家禽、家畜也會(huì)產(chǎn)生大量富含營(yíng)養(yǎng)物和細(xì)菌的排泄物。這些排泄物極易隨地表徑流、亞表面流流入江河、湖泊而污染水體。3、生活污水與污水灌溉近些年，由于工業(yè)的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，工業(yè)廢水和生活污水的大量排放成為主要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來源之一。如一些含磷的洗滌劑的應(yīng)用，食品廠、化工廠、毛皮工業(yè)等都會(huì)帶來大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。4、城鎮(zhèn)與礦區(qū)地表徑流城鎮(zhèn)路面大部分是不透水地面，由人類生活垃圾、生活污水及某些工業(yè)廢水所攜帶的氮磷營(yíng)養(yǎng)物易隨地表徑流進(jìn)入地表水中。美國環(huán)保局把城市地表徑流列為導(dǎo)致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。在磷礦區(qū)，人類活動(dòng)破壞了原來的土壤結(jié)構(gòu)和植被面貌，使土壤表層裸露，在降雨條件下，散落在礦區(qū)的礦渣、泥沙、磷酸鹽等污染物隨地表徑流進(jìn)入湖泊、水庫、江河、海灣從而導(dǎo)致水體污染。5、大氣沉降大氣沉降不僅是懸浮顆粒物、有害氣體的來源之一，也是氮的來源之一。燃料燃燒時(shí)，氮元素以氮氧化物的形式進(jìn)入空氣，隨雨雪降落在土壤或水體表面，污染地表水源。隨著大氣污染日益嚴(yán)重，大氣沉降也成為重要的水域富營(yíng)養(yǎng)化原因之一。目前，國內(nèi)外處理水體富營(yíng)養(yǎng)化常有以下方法：1、控制N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流入。通過工藝改革、產(chǎn)品改進(jìn)，減少廢水中N、P含量。兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。2、物理方法處理。加強(qiáng)水的流動(dòng)性，抽取含N、P量高的深層水等物理方式。3、化學(xué)方法處理。常用的除藻劑有硫酸銅、二氧化氯等。二氧化氯除藻效果好，但成本高。控制藻類生長(zhǎng)的硫酸銅濃度一般須大于1.0mg\L,對(duì)生物生長(zhǎng)影響嚴(yán)重。須盡量減少用化學(xué)試劑處理水體富營(yíng)養(yǎng)化。4、生物防治。生物處理時(shí)利用微生物的作用改善水質(zhì)。微生物是降解廢物、廢水的主力軍，利用遺傳改造過的微生物將成為處理污染，保護(hù)環(huán)境的最重要方法。鍋爐爐渣是燃煤鍋爐從爐底排出的固體廢棄物，主要由CaO、FeO、MgO、MnO、SiO、FeO、PO、CrO、AlO等氧化物組成，具有很多優(yōu)良特性，其中所含3 25 3有的每種成分（尤其是Al、Si）均可以利用。爐渣由于存在大量Al、Si等活性點(diǎn)，能與吸附質(zhì)通過化學(xué)鍵結(jié)合，同時(shí)爐渣的結(jié)構(gòu)多孔，比表面積較大，具有一定的吸附性能，而且爐渣價(jià)格便宜。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)不同條件下爐渣吸附處理富營(yíng)養(yǎng)化水體中的N和P的初步探究。1材料與方法1.1試驗(yàn)爐渣爐渣取自安徽科技學(xué)院鍋爐房，風(fēng)干磨碎后過粒徑為1mm、2mm、3mm的篩子備用。1.2試驗(yàn)廢水：含磷廢水的配制：稱9.95g磷酸二氫鉀溶于一定量水中，定容至1000ml，稀釋1000倍，即P濃度為2.26mg/l。含氮廢水的配制：稱取3.819g經(jīng)100r氯化銨溶于水中，移入1000ml容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，即氨氮濃度1g/l，再稀釋100倍，即氨氮濃度10mg/l。1.3試驗(yàn)試劑磷酸二氫鉀（青州市萬源化工有限公司）、鉬酸銨（安徽省池州曠達(dá)冶金化工廠）、濃硫酸（臨溪潤(rùn)泰化工有限公司）、濃鹽酸（分析純）（臨溪潤(rùn)泰化工有限公司）、氫氧化鈉（海源化工集團(tuán)）、抗壞血酸（天津港通化工有限公司）、酒石酸銻鉀（鄭州盛源化工有限公司）等。1mol/l的鹽酸：取83ml（約37%，密度1.19g/ml）的鹽酸于1000ml的容量瓶中，加水稀釋定容即可得1mol/1的鹽酸。1mol/l的氫氧化鈉：稱取40g氫氧化鈉固體，溶于一定量的水中冷卻后定容于1000ml容量瓶中。50pg/ml磷酸鹽貯備液：稱取0.220g磷酸二氫鉀溶于適量水，加硫酸溶液（1+1）5ml，移入1000ml的容量瓶，定容，儲(chǔ)于棕色瓶中。5pg/ml磷酸鹽使用液：移取磷酸鹽貯備液25ml于250ml容量瓶中，定容至標(biāo)線。10%抗壞血酸溶液：稱取10g抗壞血酸溶于水且定容于100ml容量瓶中。置冰箱中保存，溫度為4。。，若顏色變黃，則棄去重配。鉬酸銨溶液：稱取13.0g鉬酸銨溶于100ml水中，稱取0.35g酒石酸銻鉀溶于100ml水中；在攪拌狀態(tài)下，將鉬酸銨溶液100ml慢慢加入到300ml（1+1）硫酸中；加入酒石酸銻鉀溶液100ml，混勻，共500ml，儲(chǔ)于棕色瓶中置冰箱中，溫度為4°C。1.4試驗(yàn)儀器HY-2型調(diào)速多用振蕩器（南京曉曉儀器設(shè)備有限公司）；PHS-3C精密PH計(jì)（深圳同奧科技有限公司）；電子天平（成都格萊美科學(xué)儀器有限公司）;V-1100D型可見分光光度計(jì)（深圳同奧科技有限公司）；SHA-C型水浴恒溫振蕩器（常州蒙特儀器制造有限公司）。1.5測(cè)定方法無機(jī)磷測(cè)定方法：鉬銻抗分光光度法--GB11893-89。氨氮測(cè)定方法：納式試劑分光光度法2結(jié)果與分析2.1振蕩時(shí)間對(duì)N、P去除率的影響取粒徑1mm的爐渣各2.0g分別投入6個(gè)含100ml的含氮、磷廢水（各50ml）的錐形瓶中，用1mol/l的鹽酸或1mol/l的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為8,在室溫下分別振蕩20min、40min、60min、80min、100min，過濾后，分別測(cè)定濾液中氮、磷濃度，結(jié)果見表1、圖1.表1振蕩時(shí)間對(duì)N、P去除率的影響Table1theimpactoftheoscillationtimeofNandPremonvalrate振蕩時(shí)間min20406080100殘留氮濃度7.686.355.645.776.11氨氮去除率%23.21%36.55%43.56%42.30%38.92%殘留磷濃度1.240.690.720.690.81磷去除率%45.34%69.28%68.36%69.55%64.29%圖1振蕩時(shí)間對(duì)N、P去除率的影響Figure1theimpactoftheoscillationtimeofNandPremovalrate圖1振蕩時(shí)間對(duì)N、P去除率的影響 振蕩時(shí)間min由表1、圖1知，在吸附的初始階段的40min內(nèi)，N、P去除率隨著吸附時(shí)間的增加而上升，但P的去除率增加要比N的去除率增加更為明顯。在振蕩40min時(shí)P的去除率達(dá)到69.28%，此后再振蕩，去除率變化不大，而N的去除率在振蕩60min時(shí)達(dá)到最大值為43.56%，隨后隨著振蕩時(shí)間延長(zhǎng)，且有下降趨勢(shì)?？傮w上來說，在不同振蕩時(shí)間條件下，爐渣對(duì)P的吸附效果要好于對(duì)N的吸附。2.2爐渣粒徑對(duì)N、P去除率的影響分別取粒徑為1mm、2mm、3mm的爐渣各2.0g分別投入3個(gè)含100ml的含氮、磷廢水（各50ml）的錐形瓶中，用1mol/l的鹽酸或1mol/l的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為8,在室溫下振蕩60min，過濾后，分別測(cè)定濾液中氮、磷濃度，結(jié)果見表2、圖2表2爐渣粒徑對(duì)N、P去除率的影響

Table2effectsofslagparticlesizeofNandPremovalrate爐渣粒徑mm123殘留氮濃度5.766.376.57氨氮去除率%42.38%36.32%34.28%殘留磷濃度0.680.941.23磷去除率%69.86%58.23%45.36%圖2爐渣粒徑對(duì)N、P去除率的影響Figure2effectsofslagparticlesizeofNandPremovalrate由表2、圖2知，爐渣粒徑對(duì)水體中N、P的去除均有一定影響。隨著爐渣粒徑變大，氨氮和磷的去除均受到抑制，去除率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)爐渣粒徑從1mm?3mm范圍內(nèi)，氨氮和磷的去除率分別從42.38%、69.86%降至34.28%、45.36%，降幅分別為8.1%、24.5%，表明爐渣顆粒越大，表面積越小，不利于氨氮和磷的去除，尤其是磷的去除。爐渣粒徑對(duì)磷的去除影響較氨氮去除影響更大，可能有兩個(gè)方面原因：一是爐渣的組分影響；二是爐渣對(duì)氨氮和磷的去除機(jī)理有差別。2.3爐渣用量對(duì)N、P去除率的影響分別取粒徑為1mm的爐渣2.0g、4.0g、6.0g、8.0g、10.0g，分別投入6個(gè)含100ml的含氮、磷廢水（各50ml）的錐形瓶中，用1mol/l的鹽酸或1mol/l的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為8,在室溫下分別振蕩60min，過濾后，分別測(cè)定濾液中氮、磷濃度，結(jié)果見表3、圖3.表3爐渣用量對(duì)N、P去除率的影響Table3effectsofslagamountofNandPremovalrate爐渣用量g246810殘留氮濃度5.894.364.274.404.37氨氮去除率%41.08%56.43%57.28%55.99%56.28%殘留磷濃度0.720.650.570.630.72磷去除率%67.98%71.45%74.66%72.03%68.21%

圖3爐渣用量對(duì)N、P去除率的影響Figure3effectsofslagamountofNandPremovalrate爐渣用量g爐渣用量g圖3爐渣用量對(duì)N、P去除率的影響由表3、圖3可以看出：隨著爐渣投加量的增加，氨氮和總磷的去除率都有逐漸增大的趨勢(shì)。爐渣投加量從2g?10g范圍內(nèi)，當(dāng)爐渣投加量為6g時(shí)，氨氮和磷的去除率達(dá)到最大值，分別為57.28%、74.66%，這是因?yàn)殡S爐渣加入量的增多，提供了更多的吸附基質(zhì)，有了更多的吸附表面和活性點(diǎn)位，因而更有利于對(duì)磷、氨氮的吸附；但當(dāng)爐渣投加量超過6g后，磷去除率下降，氨氮去除率變化不大，這可能是由于爐渣用量太多，其某些組分的溶解不利于磷的吸附，而對(duì)氨氮的吸附可能還未產(chǎn)生影響。2.4溫度對(duì)爐渣去除N、P的影響分別取粒徑為1mm的爐渣6.0g，分別投入6個(gè)含100ml的含氮、磷廢水（各50ml）的錐形瓶中，用1mol/l的鹽酸或1mol/l的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為8,分別在15°C、25°C、35°C條件下振蕩60min，過濾后，分別測(cè)定濾液中氮、磷濃度，結(jié)果見表4、圖4.表4溫度對(duì)爐渣去除N、P的影響Table4theimpactoftemperatureontheNandPremoval溫度C152535殘留氮濃度4.414.073.68氨氮去除率%55.92%59.28%63.21%殘留磷濃度0.570.630.69磷去除率%74.66%71.98%69.45%圖4溫度對(duì)爐渣去除N、P的影響Figure4theimpactoftemperatureontheNandPremoval由表4、圖4知，隨著溫度的升高總磷去除率呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，而氨氮的去除率呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，但是這種增大或減小幅度并不大。溫度從15°C升高到35C，氨氮的去除率由55.92%增加到63.21%、增加幅度為7.29%；而磷的去除率由74.66%降低到69.45%，減小幅度為5.21%。由試驗(yàn)過程反應(yīng)出爐渣吸附水中總磷的過程是放熱的過程，而吸附水中氨氮的過程則是吸熱的過程。3結(jié)論與建議3.1爐渣可以有效吸附處理富營(yíng)養(yǎng)化水體中的N和P，對(duì)改善富營(yíng)養(yǎng)化的水體有積極作用。3.2振蕩時(shí)間在20—100min內(nèi)，氨氮和磷去除率先升高后降低的趨勢(shì)，氨氮在反應(yīng)時(shí)間60min時(shí)，去除率達(dá)到最大值43.56%，磷的去除率在80min時(shí)達(dá)到最大69.55%，在40min時(shí)也達(dá)到69.28%。振蕩時(shí)間過短或過長(zhǎng)都不利于爐渣對(duì)N、P的去處?？傮w上來說，在不同振蕩時(shí)間條件下，爐渣對(duì)P的吸附效果要好于對(duì)N的吸附。3.3本實(shí)驗(yàn)中，爐渣粒徑與氨氮和磷的去除率成反比，粒徑在1mm時(shí)，去除率達(dá)到最大值，氨氮為42.38%，磷為69.86%。爐渣顆粒越大，表面積越小，不利于氨氮和磷的去除，尤其是磷的去除。爐渣粒徑對(duì)磷的去除影響叫氨氮去除影響更大，可能有兩個(gè)方面原因：一是爐渣的組分影響；二是爐渣對(duì)氨氮和磷的去除機(jī)理有差別。3.4隨著爐渣投加量的增加，氨氮和總磷的去除率都有逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)爐渣投加量為6g時(shí)，氨氮和磷的去除率達(dá)到最大值，分別為57.28%、74.66%。3.5本實(shí)驗(yàn)中，溫度升高，氨氮去除率呈升高的趨勢(shì)，而總磷去除率反而下降，但增加或減少幅度不大。由試驗(yàn)過程反應(yīng)出爐渣吸附水中總磷的過程是放熱的過程，而吸附水中氨氮的過程則是吸熱的過程。3.6采用爐渣處理水體中N和P（100mL，氨氮濃度10mg\L,磷濃度3.26mg\L），最佳工藝參數(shù)為：主要去處氨氮，振蕩時(shí)間60min，爐渣粒徑選為1mm，爐渣用量為6g，溫度為35C；主要去處磷，振蕩時(shí)間80min，爐渣粒徑選為1mm，爐渣用量為6g，溫度為15Co3.7通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)爐渣對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中N、P的去除有著較好的影響，為了在實(shí)踐中進(jìn)一步應(yīng)用，必須對(duì)各類工藝參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化并進(jìn)行正交試驗(yàn)。致謝首先要感謝城建與環(huán)境學(xué)院的各位老師對(duì)我四年來無私的教導(dǎo)，是你們用辛勤的汗水澆灌了我的成長(zhǎng)，使我有了良好的專業(yè)知識(shí)。論文的順利完成，離不開其他各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助，尤其是我的指導(dǎo)老師，是你的悉心教導(dǎo)是我的論文得以順利完成。此次論文的寫作過程，我收獲了很多。此次論文的完成為我的大學(xué)劃上了一個(gè)圓滿的句號(hào)。參考文獻(xiàn)王學(xué)文，曲愛平，文聯(lián)奎爐渣在深層過濾中的應(yīng)用研究.環(huán)境工程，1994，12(5)；43一45.臺(tái)明青，鄧?yán)盍?，何文?火電廠灰渣水溶性試驗(yàn)[J].化工環(huán)保，1998，18(3)：80一183朗咸明。吳昊、孟菊英，爐渣吸附法處理硝基為水的研究[J].環(huán)境供護(hù)科學(xué)，2001，27(3)；18-19楊聯(lián)京.堿渣中和法在灰水回用中的應(yīng)用[J].中國給水排水，1995,11(4)：8-11張建志，呂步云半煤渣吸附法處理染料工業(yè)廢水[J].環(huán)境工程，1991，9(1)：1-5李魚，范軍爐渣在中的廢水預(yù)處理和深度處理中的應(yīng)用[J]環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài)，1995,(3)：17-19)李雪梅，楊中藝，簡(jiǎn)曙光等.有效微生物群控制富營(yíng)養(yǎng)化湖泊藻的效應(yīng).[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào).2000.39.(1).顧宗濂.中國富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生物修復(fù).[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境.2002.18.(5).包先明，陳開寧，范成新.浮葉植物重建對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊氮磷營(yíng)養(yǎng)水平的影響.[J].生態(tài)環(huán)境.2005.14.(6).沈耀良.廢水處理中的幾種廉價(jià)吸附劑[J].重慶環(huán)境科學(xué)，1995，17(3)：49-53劉章富，熊楊，侯鐵.同步生物除磷脫氮的幾種實(shí)用新工藝.中國給水排水，2002,18(9):65?68曹瑞鈺，顧國維，黃菊文等.組合式生活污水處理設(shè)備的發(fā)展與分析[J].中國給水排水，1997，4.劉轉(zhuǎn)年，周安寧，金奇庭.粘土吸附劑在廢水處理中的應(yīng)用.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4(2)：54?58HuangJ.Nitrogenremovalinconstructedwetlandsemployedtotreatdomesticwastewater[J].WatRes，2000，34(9):2582-2588李武，董有、夏文林.煤灰預(yù)處理-好氧生物技術(shù)處理有機(jī)廢水研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2001，14(1)：31-33SlagadsorptiontreatmentofeutrophicwaterNandPStudentmajoringinEnvironmentalScienceTutorAbstract:EutrophicationmainlyduetothelargenumberofN-containingandP-containingsubstancesintothewater,resultinginNandPconcentrationsexceedingthemaximumcapacityofthewaterbody.Commonapproachisthephysicaltreatment,chemicaltreatment,biologicaltreatment,etc.Slagcompositioniscomplex,mainlycomposedofCaO,FeO,MgO,MnO,SiO2,FeO,PO,CrO,AlOoxide,has