炉渣吸附处理富营养化水体中的N和P

目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 1关键词 1引言 1\o"CurrentDocument"1材料与方法 21.1试验炉渣 21.2试验废水 21,3试验试剂 21.4试验仪器 21.5测定方法 2\o"CurrentDocument"2结果与分析 3\o"CurrentDocument"2.1振荡时间对N、P去除率的影响 3\o"CurrentDocument"2.2炉渣粒径对N、P去除率的影响 32.3炉渣用量对N、P去除率的影响 4\o"CurrentDocument"2.4温度对N、P去除率的影响 5\o"CurrentDocument"3结论和建议 6致谢 7参考文献 7图1振荡时间对N、P去除率的影响 3图2炉渣粒径对N、P去除率的影响 4图3炉渣用量对N、P去除率的影响 5图4温度对N、P去除率的影响 6表1振荡时间对N、P去除率的影响 3表2炉渣粒径对N、P去除率的影响 4表3炉渣用量对N、P去除率的影响 4表4温度对N、P去除率的影响 5炉渣吸附处理富营养化水体中的N和P摘要：水体富营养化原因主要是大量的含N、P物质进入水体，造成N、P浓度超过水体的最大容量，常见处理方法有物理处理，化学处理，生物处理等。炉渣成分复杂，主要由CaO、FeO、MgO、MnO、SiO2、FeQ、P2O5、Cr2O5、A12O3等氧化物组成，具有一定吸附功能。本试验研究炉渣与富营养化水体中的N、P的吸附处理关系。结果表明，1、炉渣对P的吸附效果要好于对N的吸附；2、炉渣粒径与氨氮和磷的去除率成反比；3、炉渣吸附水中总磷的过程是放热的过程，而吸附水中氨氮的过程则是吸热的过程。在本试验的基础上，最佳工艺参数为：主要去处氨氮，振荡时间60min，炉渣粒径选为1mm，炉渣用量为6g，温度为35°C；主要去处磷，振荡时间80min，炉渣粒径选为1mm，炉渣用量为6g，温度为15C关键词：炉渣；富营养化；吸附处理；结论建议水体富营养化是指水生生物生长所需要的N、P等营养物质大量进入湖泊、河流等水体，当其浓度超过一定数值引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，快速消耗水体中DO,导致水质恶化、生物死亡的现象。水体富营养化的形成是受多种因素影响的，这其中既有自然因素的作用，也有人为因素的作用。1、水土流失和农业施肥不同地形集水区和不同肥力土壤输出的氮、磷量不同，水土流失提高了水体中营养物质的量。而且，营养物质从土壤中流失量与施肥量有密切的关系。为提高农产品的产量，人们常施用较多的氮肥和磷肥，它们极易在降雨或灌溉时发生流失。氮磷营养物可随地表径流进入地面水体中或下渗，通过土壤进行横向运动，然后排入地表水体中，这是导致地表水富营养化的主要原因。2、畜牧业、渔业在一些畜牧业发达的地区，畜牧排泄会产生大量营养物质进入土壤；圈养家禽、家畜也会产生大量富含营养物和细菌的排泄物。这些排泄物极易随地表径流、亚表面流流入江河、湖泊而污染水体。3、生活污水与污水灌溉近些年，由于工业的不断发展和人们生活水平的提高，工业废水和生活污水的大量排放成为主要的营养物质来源之一。如一些含磷的洗涤剂的应用，食品厂、化工厂、毛皮工业等都会带来大量的营养物质。4、城镇与矿区地表径流城镇路面大部分是不透水地面，由人类生活垃圾、生活污水及某些工业废水所携带的氮磷营养物易随地表径流进入地表水中。美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。在磷矿区，人类活动破坏了原来的土壤结构和植被面貌，使土壤表层裸露，在降雨条件下，散落在矿区的矿渣、泥沙、磷酸盐等污染物随地表径流进入湖泊、水库、江河、海湾从而导致水体污染。5、大气沉降大气沉降不仅是悬浮颗粒物、有害气体的来源之一，也是氮的来源之一。燃料燃烧时，氮元素以氮氧化物的形式进入空气，随雨雪降落在土壤或水体表面，污染地表水源。随着大气污染日益严重，大气沉降也成为重要的水域富营养化原因之一。目前，国内外处理水体富营养化常有以下方法：1、控制N、P等营养物质的流入。通过工艺改革、产品改进，减少废水中N、P含量。兼顾经济效益和生态效益。2、物理方法处理。加强水的流动性，抽取含N、P量高的深层水等物理方式。3、化学方法处理。常用的除藻剂有硫酸铜、二氧化氯等。二氧化氯除藻效果好，但成本高。控制藻类生长的硫酸铜浓度一般须大于1.0mg\L,对生物生长影响严重。须尽量减少用化学试剂处理水体富营养化。4、生物防治。生物处理时利用微生物的作用改善水质。微生物是降解废物、废水的主力军，利用遗传改造过的微生物将成为处理污染，保护环境的最重要方法。锅炉炉渣是燃煤锅炉从炉底排出的固体废弃物，主要由CaO、FeO、MgO、MnO、SiO、FeO、PO、CrO、AlO等氧化物组成，具有很多优良特性，其中所含3 25 3有的每种成分（尤其是Al、Si）均可以利用。炉渣由于存在大量Al、Si等活性点，能与吸附质通过化学键结合，同时炉渣的结构多孔，比表面积较大，具有一定的吸附性能，而且炉渣价格便宜。本实验是对不同条件下炉渣吸附处理富营养化水体中的N和P的初步探究。1材料与方法1.1试验炉渣炉渣取自安徽科技学院锅炉房，风干磨碎后过粒径为1mm、2mm、3mm的筛子备用。1.2试验废水：含磷废水的配制：称9.95g磷酸二氢钾溶于一定量水中，定容至1000ml，稀释1000倍，即P浓度为2.26mg/l。含氮废水的配制：称取3.819g经100r氯化铵溶于水中，移入1000ml容量瓶中，稀释至标线，即氨氮浓度1g/l，再稀释100倍，即氨氮浓度10mg/l。1.3试验试剂磷酸二氢钾（青州市万源化工有限公司）、钼酸铵（安徽省池州旷达冶金化工厂）、浓硫酸（临溪润泰化工有限公司）、浓盐酸（分析纯）（临溪润泰化工有限公司）、氢氧化钠（海源化工集团）、抗坏血酸（天津港通化工有限公司）、酒石酸锑钾（郑州盛源化工有限公司）等。1mol/l的盐酸：取83ml（约37%，密度1.19g/ml）的盐酸于1000ml的容量瓶中，加水稀释定容即可得1mol/1的盐酸。1mol/l的氢氧化钠：称取40g氢氧化钠固体，溶于一定量的水中冷却后定容于1000ml容量瓶中。50pg/ml磷酸盐贮备液：称取0.220g磷酸二氢钾溶于适量水，加硫酸溶液（1+1）5ml，移入1000ml的容量瓶，定容，储于棕色瓶中。5pg/ml磷酸盐使用液：移取磷酸盐贮备液25ml于250ml容量瓶中，定容至标线。10%抗坏血酸溶液：称取10g抗坏血酸溶于水且定容于100ml容量瓶中。置冰箱中保存，温度为4。。，若颜色变黄，则弃去重配。钼酸铵溶液：称取13.0g钼酸铵溶于100ml水中，称取0.35g酒石酸锑钾溶于100ml水中；在搅拌状态下，将钼酸铵溶液100ml慢慢加入到300ml（1+1）硫酸中；加入酒石酸锑钾溶液100ml，混匀，共500ml，储于棕色瓶中置冰箱中，温度为4°C。1.4试验仪器HY-2型调速多用振荡器（南京晓晓仪器设备有限公司）；PHS-3C精密PH计（深圳同奥科技有限公司）；电子天平（成都格莱美科学仪器有限公司）;V-1100D型可见分光光度计（深圳同奥科技有限公司）；SHA-C型水浴恒温振荡器（常州蒙特仪器制造有限公司）。1.5测定方法无机磷测定方法：钼锑抗分光光度法--GB11893-89。氨氮测定方法：纳式试剂分光光度法2结果与分析2.1振荡时间对N、P去除率的影响取粒径1mm的炉渣各2.0g分别投入6个含100ml的含氮、磷废水（各50ml）的锥形瓶中，用1mol/l的盐酸或1mol/l的氢氧化钠调节pH为8,在室温下分别振荡20min、40min、60min、80min、100min，过滤后，分别测定滤液中氮、磷浓度，结果见表1、图1.表1振荡时间对N、P去除率的影响Table1theimpactoftheoscillationtimeofNandPremonvalrate振荡时间min20406080100残留氮浓度7.686.355.645.776.11氨氮去除率%23.21%36.55%43.56%42.30%38.92%残留磷浓度1.240.690.720.690.81磷去除率%45.34%69.28%68.36%69.55%64.29%图1振荡时间对N、P去除率的影响Figure1theimpactoftheoscillationtimeofNandPremovalrate图1振荡时间对N、P去除率的影响 振荡时间min由表1、图1知，在吸附的初始阶段的40min内，N、P去除率随着吸附时间的增加而上升，但P的去除率增加要比N的去除率增加更为明显。在振荡40min时P的去除率达到69.28%，此后再振荡，去除率变化不大，而N的去除率在振荡60min时达到最大值为43.56%，随后随着振荡时间延长，且有下降趋势。总体上来说，在不同振荡时间条件下，炉渣对P的吸附效果要好于对N的吸附。2.2炉渣粒径对N、P去除率的影响分别取粒径为1mm、2mm、3mm的炉渣各2.0g分别投入3个含100ml的含氮、磷废水（各50ml）的锥形瓶中，用1mol/l的盐酸或1mol/l的氢氧化钠调节pH为8,在室温下振荡60min，过滤后，分别测定滤液中氮、磷浓度，结果见表2、图2表2炉渣粒径对N、P去除率的影响

Table2effectsofslagparticlesizeofNandPremovalrate炉渣粒径mm123残留氮浓度5.766.376.57氨氮去除率%42.38%36.32%34.28%残留磷浓度0.680.941.23磷去除率%69.86%58.23%45.36%图2炉渣粒径对N、P去除率的影响Figure2effectsofslagparticlesizeofNandPremovalrate由表2、图2知，炉渣粒径对水体中N、P的去除均有一定影响。随着炉渣粒径变大，氨氮和磷的去除均受到抑制，去除率呈下降趋势。当炉渣粒径从1mm〜3mm范围内，氨氮和磷的去除率分别从42.38%、69.86%降至34.28%、45.36%，降幅分别为8.1%、24.5%，表明炉渣颗粒越大，表面积越小，不利于氨氮和磷的去除，尤其是磷的去除。炉渣粒径对磷的去除影响较氨氮去除影响更大，可能有两个方面原因：一是炉渣的组分影响；二是炉渣对氨氮和磷的去除机理有差别。2.3炉渣用量对N、P去除率的影响分别取粒径为1mm的炉渣2.0g、4.0g、6.0g、8.0g、10.0g，分别投入6个含100ml的含氮、磷废水（各50ml）的锥形瓶中，用1mol/l的盐酸或1mol/l的氢氧化钠调节pH为8,在室温下分别振荡60min，过滤后，分别测定滤液中氮、磷浓度，结果见表3、图3.表3炉渣用量对N、P去除率的影响Table3effectsofslagamountofNandPremovalrate炉渣用量g246810残留氮浓度5.894.364.274.404.37氨氮去除率%41.08%56.43%57.28%55.99%56.28%残留磷浓度0.720.650.570.630.72磷去除率%67.98%71.45%74.66%72.03%68.21%

图3炉渣用量对N、P去除率的影响Figure3effectsofslagamountofNandPremovalrate炉渣用量g炉渣用量g图3炉渣用量对N、P去除率的影响由表3、图3可以看出：随着炉渣投加量的增加，氨氮和总磷的去除率都有逐渐增大的趋势。炉渣投加量从2g〜10g范围内，当炉渣投加量为6g时，氨氮和磷的去除率达到最大值，分别为57.28%、74.66%，这是因为随炉渣加入量的增多，提供了更多的吸附基质，有了更多的吸附表面和活性点位，因而更有利于对磷、氨氮的吸附；但当炉渣投加量超过6g后，磷去除率下降，氨氮去除率变化不大，这可能是由于炉渣用量太多，其某些组分的溶解不利于磷的吸附，而对氨氮的吸附可能还未产生影响。2.4温度对炉渣去除N、P的影响分别取粒径为1mm的炉渣6.0g，分别投入6个含100ml的含氮、磷废水（各50ml）的锥形瓶中，用1mol/l的盐酸或1mol/l的氢氧化钠调节pH为8,分别在15°C、25°C、35°C条件下振荡60min，过滤后，分别测定滤液中氮、磷浓度，结果见表4、图4.表4温度对炉渣去除N、P的影响Table4theimpactoftemperatureontheNandPremoval温度C152535残留氮浓度4.414.073.68氨氮去除率%55.92%59.28%63.21%残留磷浓度0.570.630.69磷去除率%74.66%71.98%69.45%图4温度对炉渣去除N、P的影响Figure4theimpactoftemperatureontheNandPremoval由表4、图4知，随着温度的升高总磷去除率呈现逐渐减小的趋势，而氨氮的去除率呈现逐渐增大的趋势，但是这种增大或减小幅度并不大。温度从15°C升高到35C，氨氮的去除率由55.92%增加到63.21%、增加幅度为7.29%；而磷的去除率由74.66%降低到69.45%，减小幅度为5.21%。由试验过程反应出炉渣吸附水中总磷的过程是放热的过程，而吸附水中氨氮的过程则是吸热的过程。3结论与建议3.1炉渣可以有效吸附处理富营养化水体中的N和P，对改善富营养化的水体有积极作用。3.2振荡时间在20—100min内，氨氮和磷去除率先升高后降低的趋势，氨氮在反应时间60min时，去除率达到最大值43.56%，磷的去除率在80min时达到最大69.55%，在40min时也达到69.28%。振荡时间过短或过长都不利于炉渣对N、P的去处。总体上来说，在不同振荡时间条件下，炉渣对P的吸附效果要好于对N的吸附。3.3本实验中，炉渣粒径与氨氮和磷的去除率成反比，粒径在1mm时，去除率达到最大值，氨氮为42.38%，磷为69.86%。炉渣颗粒越大，表面积越小，不利于氨氮和磷的去除，尤其是磷的去除。炉渣粒径对磷的去除影响叫氨氮去除影响更大，可能有两个方面原因：一是炉渣的组分影响；二是炉渣对氨氮和磷的去除机理有差别。3.4随着炉渣投加量的增加，氨氮和总磷的去除率都有逐渐增大的趋势，当炉渣投加量为6g时，氨氮和磷的去除率达到最大值，分别为57.28%、74.66%。3.5本实验中，温度升高，氨氮去除率呈升高的趋势，而总磷去除率反而下降，但增加或减少幅度不大。由试验过程反应出炉渣吸附水中总磷的过程是放热的过程，而吸附水中氨氮的过程则是吸热的过程。3.6采用炉渣处理水体中N和P（100mL，氨氮浓度10mg\L,磷浓度3.26mg\L），最佳工艺参数为：主要去处氨氮，振荡时间60min，炉渣粒径选为1mm，炉渣用量为6g，温度为35C；主要去处磷，振荡时间80min，炉渣粒径选为1mm，炉渣用量为6g，温度为15Co3.7通过试验研究发现炉渣对富营养化水体中N、P的去除有着较好的影响，为了在实践中进一步应用，必须对各类工艺参数进一步优化并进行正交试验。致谢首先要感谢城建与环境学院的各位老师对我四年来无私的教导，是你们用辛勤的汗水浇灌了我的成长，使我有了良好的专业知识。论文的顺利完成，离不开其他各位老师、同学和朋友的关心和帮助，尤其是我的指导老师，是你的悉心教导是我的论文得以顺利完成。此次论文的写作过程，我收获了很多。此次论文的完成为我的大学划上了一个圆满的句号。参考文献王学文，曲爱平，文联奎炉渣在深层过滤中的应用研究.环境工程，1994，12(5)；43一45.台明青，邓李玲，何文惠.火电厂灰渣水溶性试验[J].化工环保，1998，18(3)：80一183朗咸明。吴昊、孟菊英，炉渣吸附法处理硝基为水的研究[J].环境供护科学，2001，27(3)；18-19杨联京.碱渣中和法在灰水回用中的应用[J].中国给水排水，1995,11(4)：8-11张建志，吕步云半煤渣吸附法处理染料工业废水[J].环境工程，1991，9(1)：1-5李鱼，范军炉渣在中的废水预处理和深度处理中的应用[J]环境科学动态，1995,(3)：17-19)李雪梅，杨中艺，简曙光等.有效微生物群控制富营养化湖泊藻的效应.[J].中山大学学报.2000.39.(1).顾宗濂.中国富营养化湖泊的生物修复.[J].农村生态环境.2002.18.(5).包先明，陈开宁，范成新.浮叶植物重建对富营养化湖泊氮磷营养水平的影响.[J].生态环境.2005.14.(6).沈耀良.废水处理中的几种廉价吸附剂[J].重庆环境科学，1995，17(3)：49-53刘章富，熊杨，侯铁.同步生物除磷脱氮的几种实用新工艺.中国给水排水，2002,18(9):65〜68曹瑞钰，顾国维，黄菊文等.组合式生活污水处理设备的发展与分析[J].中国给水排水，1997，4.刘转年，周安宁，金奇庭.粘土吸附剂在废水处理中的应用.环境污染治理技术与设备，2003，4(2)：54〜58HuangJ.Nitrogenremovalinconstructedwetlandsemployedtotreatdomesticwastewater[J].WatRes，2000，34(9):2582-2588李武，董有、夏文林.煤灰预处理-好氧生物技术处理有机废水研究[J].环境科学研究，2001，14(1)：31-33SlagadsorptiontreatmentofeutrophicwaterNandPStudentmajoringinEnvironmentalScienceTutorAbstract:EutrophicationmainlyduetothelargenumberofN-containingandP-containingsubstancesintothewater,resultinginNandPconcentrationsexceedingthemaximumcapacityofthewaterbody.Commonapproachisthephysicaltreatment,chemicaltreatment,biologicaltreatment,etc.Slagcompositioniscomplex,mainlycomposedofCaO,FeO,MgO,MnO,SiO2,FeO,PO,CrO,AlOoxide,has