多孔介質(zhì)材料—煤渣球的制備及在水處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、煤渣是固體廢棄物中的一種,煤渣的大量堆積不僅占用有限的陸地資源,而且其含有的有害物質(zhì)還會引起環(huán)境的污染。由于煤渣具有蜂窩狀細(xì)孔,比表面積大,透水性好,吸附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。近年來,煤渣可以做為填料來吸附水體中的CODCr、氨氮、總磷以及水體懸浮物等,但是煤渣直接投放水體,其所含的鋁、鎘、銅、砷、汞、鉻、鉛等有害金屬會溶出,引起水體的二次污染且煤渣機(jī)械強(qiáng)度較低,易破碎,不易回收,長期使用會引發(fā)水體淤積、堵塞等問題。為防止水體的二次污染且實現(xiàn)煤渣

2、的資源化利用,研究煤渣無害化處理方法,以及利用煤渣制備機(jī)械強(qiáng)度高的材料就顯得尤為重要。
　　因此,本研究甄選來自不同產(chǎn)地的煤渣,通過分析不同濃度鹽酸及鹽酸和雙氧水的組合對煤渣浸出液中有害金屬含量的影響關(guān)系,確定煤渣的改性方法;同時明確煤渣改性后表面的變化特征及其對吸附能力的影響。然后將改性煤渣與改性有機(jī)粘合劑聚乙烯醇(PVA)制成機(jī)械強(qiáng)度較高的煤渣球,并進(jìn)行煤渣球的溶膠實驗,通過測定水體中PVA的含量隨時間的變化,確定PVA的改性

3、效果。然后將煤渣球放入模擬水樣中,在不同的條件下研究煤渣球的吸附能力,同時在煤渣球放入水體的過程中研究其表層生物膜的生長情況。最后將煤渣球放入模擬裝置中,研究在不同的水力停留時間下,生物煤渣球的對CODCr和氨氮的去除效果。
　　結(jié)果表明,6mol/L的HCl浸泡24小時是煤渣預(yù)處理的最佳方法。經(jīng)6mol/L HCl浸泡處理后的煤渣,煤渣浸出液中有害金屬的含量大大降低,同時,經(jīng)過預(yù)處理后煤渣的比表面積約擴(kuò)大為原來的2倍,經(jīng)掃描電鏡

4、照片(SEM)顯示三種煤渣經(jīng)預(yù)處理后其表面變的更加粗糙,內(nèi)部形成大量的孔狀結(jié)構(gòu),因而預(yù)處理后的煤渣對污染物將具有更強(qiáng)的吸附能力。
　　采用預(yù)處理后的煤渣與改性PVA制備而成的煤渣球,其密度明顯低于未處理的煤渣制備的煤渣球,約為其密度的0.5倍。煤渣球內(nèi)含有的改性PVA具有較強(qiáng)的耐水性,不會給環(huán)境中引入新的污染物質(zhì)。同時,制備而成的煤渣球?qū)λ挠H水能力與未成球的煤渣的親水性相比,并未出現(xiàn)降低,反而出現(xiàn)一定程度的升高,這表明,PVA的

5、使用沒有阻礙煤渣的親水性能,而經(jīng)6mol/L的HCl改性處理后的煤渣,其內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)增多,促進(jìn)了煤渣的親水能力。
　　改性煤渣與PVA有機(jī)粘合劑制備的煤渣球,對地表水中CODCr和氨氮具有明顯的吸附凈化能力。清河門煤渣制備的煤渣球?qū)ODCr的吸附量最高,理論最大吸附量(Qm)達(dá)0.46 mg/g,南票煤渣制備的煤渣球?qū)H4+-N的最大理論吸附量(Qm)為0.14 mg/g,明顯高于其他三種煤渣球。實驗結(jié)果與Langmuir吸附

6、等溫模型和Pseudo-second-order模型極相關(guān)(r2>0.99)。
　　對煤渣球作為生物載體進(jìn)行生物掛膜的研究發(fā)現(xiàn),煤渣球適合作為生物膜的載體,應(yīng)用到水質(zhì)凈化中。在生物掛膜初期CODCr的濃度出現(xiàn)明顯的下降,主要是由于煤渣球?qū)λ畼又蠧ODCr的吸附凈化效果。氨氮的濃度在掛膜初期的下降不明顯,主要是因為水樣中氨氮的濃度較低,降低了煤渣球的吸附能力。在掛膜23天時,煤渣球表層出現(xiàn)了后生動物,在掛膜28天時,出現(xiàn)了鐘蟲,標(biāo)志