炉渣的吸附性能及在废水处理中的应用 15页

炉渣的吸附性能及在废水处理中的应用炉渣是电厂锅炉、各种工业及民用锅炉，炉窑燃烧煤炭后排出的固体废弃物。由于煤炭在燃烧过程中进入大量空气，冷却后又逃逸，导致生成的炉渣形成多孔结构。炉渣中含有的多种碱性氧化物（CaO、Al203等）在与工业废水接触后能溶出部分碱性物，因而对工业废水中的有机物、重金属、悬浮物具有一定的吸附、过滤、中和及絮凝作用。近年来国内利用炉渣对工业废水进行处理的报道越来越多，一些技术己用于工业实践，本文即对炉渣在处理工业废水的机理和应用实践作一综述。1炉渣的化学组成和理化特性1.1炉渣的化学组成炉渣是煤炭燃烧后的融熔产物，含有大量硅、镁、钙、铝、铁的氧化物，化学组成见表1［1］。n1.3炉渣被水浸泡、淋洗后的部分化学特性炉渣在被水（pH=7.0）浸泡、淋洗后，水中pH值变化和铝的溶出量见表3、表4[4]和表5[5]2炉渣处理废水机理炉渣去除工业废水中污染物的过程较复杂，与其物理结构、化学成分，废水性质（pH值、有机物组成等）等因素有关。根据目前的有关资料，炉渣处理废水的主要机理为吸附、中和及絮凝沉降作用。2.1吸附过滤作用炉渣具有多孔结构，孔隙率达50%—60%,比表面积较大，表面能高，炉渣中含有的残炭达10%—30°%，这些残炭具存活性炭的性质，因此炉渣对工业废水中的有机物、重金属、悬浮物具有较强的物理和化学吸附作用。表6为炉渣对某些废水中污染物的吸附情况［5-7］。2.2中和作用炉渣中含有的CaO,MgO,Fe203,Al203,K20,Na20等碱性氧化物被水浸泡后进入废水中，能提高废水的碱度，可用来中和酸性废水的酸度，这在处理酸性除尘废水，酸性矿井废水以及某些酸性重金属废水方面有较好的效果。2.3絮凝沉降作用炉渣在被中性水浸泡35—65min后，被溶出的铝达到22.5—53mg/L。铝在水中形成的氢氧化物是良好的絮凝剂，能对废水中有机物、重n金属、悬浮物起絮凝作用，加强其澄清沉降效果，此外炉渣中的部分无机粉尘对废水也有混凝作用。3炉渣在工业废水处理中的应用3.1对印染废水的处理印染废水的特点是水质复杂，含各种有机物浓度高，碱度大、色度大。近年来纺织行业不断改变产品结构,提高纺织物印染性能，带来印染废水中难生物降解物质日益增多。炉渣所具有的对废水吸附和中和性能特别适宜对印染废水中染料、浆料。助剂、色度、碱度等进行吸附处理。表7[8"llj为国内部分印染厂采用炉渣吸附处理印染废水实例。3.2对染料废水的处理染料废水是较难处理的难生物降解废水，与印染废水相比，染料生产废水不仅成分复杂，而且各种污染物浓度更高。国内一些研究者研究了利用炉渣来处理染料废水。例如：张建志研宄了用炉渣直接过滤染料废水，废水中色度，COD，SS，S,胺基物和硝基物去除率分别达94%，73.7%,78.5%,25%,9.4%和25.5%。如在炉渣中掺人少量粉煤灰和焦渣，在过滤废水大于炉渣体积16.7倍情况下，对废水中硝基物和胺基物去除率在70%以上[12];孙华研究了利用炉渣处理含偶氮、酞菁有机染料的废水，在进水P(C0D)为251mg/L时，处理效率为n44.3%,脱色率为50%n3.3对制药废水的处理制药废水不论是中药废水还是化学制药废水都是含有机物和各种化学物质较多的工业废水，特别是抗菌素废水，每升废水中含COD高达数万毫克，是当前国内外都较难处理的一类工业废水。表8［14"16］为国内部分制药厂（含中药厂和化学制药厂）利用炉渣处理制药废水的情况。3.4对造纸废水的处理同秀芝D7］等利用炉渣处理再生纸废水，处理工艺为炉渣吸附-化学混凝沉淀，经炉渣吸附过滤后的废水，其水质色度，SS,COD和BOD去除率分别达41.5%,29.6%,32.6%和30.3%。3.5对锅炉湿法除尘废水的处理锅炉湿法除尘废水的特征是pH值低（pH=2—4），含大量悬浮物，要达到除尘废水回用目的，需除去废水中过高的酸度和悬浮物。表9［18］为国内厂家利用炉渣处理锅炉除尘废水情况。3.6炉渣对其它工业废水处理炉渣直接过滤吸附二艺适用于许多工业废水净化处理，如对再生胶废水，化工硝基废水。制革废水等。4影响炉渣处理效果因素4.1炉渣的粒径和比表面积炉渣的粒径越小，同样体积的炉渣比表面积越大，与废水接触面积也越大，对废水的吸附效果也越好。因此对于链条炉和一些老式锅炉炉渣（多呈块状）在一定条件下可n将其打碎筛选后使用，而对于沸腾炉的炉渣可不需筛选直接用于废水处理。4.2炉渣的化学成分如果炉渣化学组分中，Si02及A12O3等活性物含量高，则有利于化学吸附。CaO的含量对炉渣处理效果有一定影响，当炉渣中CaO含量较低时，应投加一定量的石灰对炉渣进行改性，提高炉渣处理废水能力。4.3废水pH值炉渣对于pH值较低的酸性工业废水处理效果较好，这主要由于炉渣含碱性物质，炉渣在处理这类废水时既起到了吸附作用也起到了中和作用。例如炉渣处理硝基苯工业废水，pH值是影响其吸附效果的主要因素，当废水pll值从1上升到3时，炉渣对硝基苯废水中COD和NB吸附效果由42%—74%和9%—27%下降到10%—31%和1.5%—16%。4.4温度影响一般来说，炉渣处理废水，温度越低处理效果越好。4.5污染物浓度影响炉渣处理合重金属离子的工业废水，对于低浓度的工业废水，处理效果较好。如含Cr3+和？1)2+的废水，在P(Cr3+)<10mg/L，P(Pb2+)<50mg/L时，经炉渣吸附能使废水很快达到排放标准，而对于较高浓度的Cr:iPb2废水需加大炉渣量或采用絮凝沉淀法后再用炉渣吸附工艺处理。5结语炉渣是一种良好的吸附介质，对工业废水中的有机物，重金属离子、悬浮物(SS)、酸性物、色度有良好的吸附和中和能力，可用于工业废水的前处理和深度处理，并可在一定程度上代替活性炭,因而可降低工业废水处理费用，吸附饱和后的炉渣可进焚烧炉焚烧，以消除二次污染。n论城市污水资源化的开发利用及其对策水是重要的自然资源之一。北京地区水资源的特点是淡水资源不足。北京地处华北平原的东北部，年降雨量不足六百毫米，但降雨不均匀，多集中在夏季，而年季的变化又相当大，据实际资料记载，最大年降水量是最小年降水量的四倍之多。据有关部门估计，全市水资源人均占有量仅为全国人均占有量的六分之一，为世界人均占有景的二十五分之一，在世界一百二十个国家和地区的首都或主要城市中居百位之后。北京市年需水总量约四十二亿立米，而可供开采的水量只有32〜35亿立米，亏水达七〜十亿立米，遇到枯水年份，水就更加紧张了。其次是水资源分布不平衡。北京地区地面径流分布的特点是东部地区水量较多，西部地区较少，而地下水分布的特点，亦是东部平原地区及近郊中心区为富水区，西南部地区为贫水区。水资源在国民经济发展中起着举足轻重的作用，无论是工农业，还是人们的口常生活都离不幵水，水是宝中之宝，常言道：人可以一天不吃饭，但不能一天不喝水！可见水之重要。但是人们对取之则來，随手可得的所谓“自來水”，并不重视，总是错误地把水看成是“取之不尽，用之不竭”，便随意加以浪费。随着人U的不断增长，人民生活水平的提高，城市建设和工农业生产的发展，今后北京地区的需水量将会成倍增加。需水量增加与水源的不足将成为今后首都发展的主要矛盾，因此，水资源n的开发和利用问题，如何开源节流，寻找水资源及合理利用，是北京的首要任务，应该引起有关部门和领导的重视，必须当作一件大事列入重要议事日程。1城市污水资源化（污水回用）是解决北京水资源紧缺的有效途径北京市领导为解决北京水资源紧缺的严重问题，曾多次召幵会议听取有关专家、学者的意见，并且还有个说法；“如果北京缺水的问题解决不了，要考虑首都迁址的问题”，问题到了如此严重的地步。解决水资源不足的途径不外乎开源（引新水源）与节流（使用与管理）。在开源上人们往往只想到寻找新水源，从很远的地方去引水，如北京梦想了多年的“南水北调工程”，把长江之水调入北京，谈何容易！这要花费多么大的投资和人力物力呵！人们盼望等了多年，但实现还十分渺茫，真是“远水解不了近渴”。而城市污水是一种水资源，往往被人们遗忘，和自来水景几乎相等的城市污水每年约存8亿立米左右，这部分水中只存0.1%污染物质（比海水3.5%少得多），其余的绝大部分是以水源的形式存在，成为城市的第二种水源，如能回用，将大大节省自来水的供应量，还能减轻排入河湖水体的污染，既解决了供水紧张，又改善了环境，真是一举两得的大好事。拿北京最大的污水处理厂一一高碑店污水处理厂来说，国家花了十儿个亿的投资建成了一座每天能处理100万m3/d的大型污水处理厂，其二级出水的污染物质只存0.001%，与河水对比相差无几，对这样的水稍加处理再花少量的钱，就可以满足某些工业用水的要求，回用于那些对水质要求不高的而n且用量又大的工业、冷却、冲洗以及市政绿化等。如果每天有50〜100万立米的水回用，这就意味着每天可以减少50〜100万立米的自来水（相当于一座大型水源厂），将大大减轻城市供水的负担，让出好水供居民生活饮用，那么北京水资源紧张的局面即可望得到改善。此外城市污水就近可得，不受枯水旱季的影响，经二级处理的城市污水，再稍加深度处理，即可回用，基建投资和处理成本相对比自来水低得多，比“南水北调”不知要低多少倍。如果经处理的二级出水不加利用，让其白白流走，岂不弃之可惜！也是对资源的一种极大浪费！城市污水回用于工业，在国外己有很长时间，规模也很大，并收到了相当的经济效益和社会效益。据资料调查，美国有300多个城市实现了污水处理后再利用，丼中用于农业占58.3%,回用景为3.0亿m:7a;回用于工业占40.5%,回用量为2.0亿m3/a。城市污水处理后用于工业和冷却用水，LA经存20多年的历史。前苏联水资源虽然比较丰富，但他们的污水回用也有相当的规模，莫斯科市东南地区设有专用的工业水系统，有将近40家工厂使用处理后的污水，每天回用量达55.5万m3。著名的库里扬诺夫污水厂出水36.5万m3/d，回用于工厂企业，获年利润超过300万卢布，并颁布了利用经处理的城市污水做工业用水的规程及污水处理后应达到的卫生化学指标。口本早在60年代就幵始利用城市污水作为工业冷却用水的实践，建立中水系统，用于公共建筑的冲厕及洗涤用水。建立系统供给工业区的工业水厂有：东京都江东地区水道，即是利用三河岛处理厂的二级出水经补充处理后供n工业用水，水量为16.7万m3/ck川崎市工业水道，水量为18.8万m3/d,名古屋市工业水道，水景为3万m3/d。三菱化成黑崎工厂引城市1万m3/d，用作工业用水。此外，在南部非洲的纳米比亚，利用城市污水经处理后用于给水系统的补充水源。我国的城市污水回用于工业起步较晚，从80年代以来进展较快。从中央领导到专家学者一再强调水资源的开发和综合利用的重要性U万里同志曾指出：“水资源保护利用，在当代我们这个地球上很重要，在我们国家，也是个秉大的国策。水资源是我国考虑问题的出发点之一，无论做计划、办工业，搞其他事业，办什么事情都要考虑这个问题。”建设部将城市污水回用列为“六五”和“七五”科研攻关课题，受到了足够重视。中国建筑技术发展中心和中国土木学会给排水专业委员会多次召开污水回用技术专题交流会，把污水资源化提到了议事日程。近儿年全国各大城市开展了污水回用课题的试验研究，取得了一定的成果。例如，由东北给排水院与大连市建委合作进行的大连市春柳河污水处理厂出水回用于工业的示范工程，解决了深度处理流程、水质标准、腐蚀性试验，微生物结垢等一系列技术难题，建立Y供化工厂冷却用水系统，水景为4万m3/d。武汉建材学院与青岛市政工程局，完成了污水回用于洗涤海带、市政、建筑工地用水等，收到了一定的经济效益。北京市政设计研究院从80年代以来，对污水回用开展了从小试到中试，到示范工程，取得了一定的进展。首先是对首都机场的污水处理，进行了回用水的处理试验，水质指标达到了日本杂用水的中水水质标准。在方庄污水处理厂工程中，设计建造了4万m3/d规模的回用水系统（提供电厂回用水3.5万nm3/d、住宅小区用于冲厕、绿化0.5万m3/d）。从90年代以后在全国最大的北京高碑店污水处理厂工程设计中，建造了一座处理规模1万m3/d的回用水处理系统，为厂区提供污泥脱水机冲洗滤布、检修、喷洒、浇洒绿地、洗车用水水源。并进一步将处理后的二级出水，提供附近电厂的冷却补充用水,每天将达到8万m3/d。目前，我院正将在进行50万m3/d的中水回用于工业和城市绿化的设计，不久将付诸实现。这将是一个不小的节水数字。另外，据了解天津纪庄子污水厂和东郊污水厂亦幵展了工业回用水的试验与研究，为天津工业区提供冷却用水和洗涤用水。总之，国内近几年在城市污水资源化方面，己形成一股趋势，但目前多处于试验研宄阶段，发展缓慢，真正用于工程实践尚存一定距离，但是在我国北方地区和沿海城市严秉缺水的形势下，如何促进回用工程的尽早实现，克服认识上、管理上和物质条件上的种种阻力，是有关领导机关和科技工作者的责任。下面就我在多年工作中的体会，谈谈对当前存在的问题以及解决对策的个人见解,作为一个给排水工作者对北京缺水的焦虑和对节水的特别关注，提请右关部门重视，把污水资源化的问题提到议事日程上来，尽快落实到工程实践中去，保证首都城市建设的可持续发展。2城市污水资源化的对策2.1在水资源的开发利用上应该建立一个统一规划管理的机构目前北京对水资源的开发和利用上缺乏统一规划管理，地面水主要由水利部门來管理，为农业灌溉和城市工业生产服务，但水利部门又不Yn解工业和城市发展要求，而城市、工业的发展，却很少考虑开辟水源工程的投资，并不考虑生产负荷量增加对原有供水设备的可能性。一些部门的建设和扩建，往往是在水源不太落实的情况下进行的，容易发生工农业用水之争，顾此失彼。地下水资源也缺乏统一规划管理。现状是规划局管，节水办管，水文地质部门管,水利部门也管，形成“多龙治水”的局面，结果可想而知，谁也没存管好。至于城市污水的回收利用更没存专门的机构去进行统一的规划管理和监督实施。我个人认为应当建立一个象英国泰晤士河水务管理局那样的机构一一“全市水资源委员会”“一龙治水”，在水资源的开发利用及城市污水的处理与回用等方面统一规划，统一管理，从组织上来保证协调各种水资源的合理分配和利用。2.2要确立污水回用在水资源中的地位过去人们在寻找水源时，总是优先选择地下水，次之是地面水，就近没地面水，就长距离引水。但一般都不把污水回用和这几种水资源平等对待，在规划水资源时，往往把污水不看作是资源，是废水。我认为客观评价水资源的顺序，应是地下水、地面水、城市回用污水，最后才是长距离引水。建议规划部门今后在规划评价工程建设的同时，对水资源部分应加上城市污水回用的可能性，否则是不完善的。对像北京市最大的华能热电厂的建设地点，就考虑了其污水回用的因素，在高碑店污水处理厂附近，这样高碑店处理厂就有可能考虑每天向电厂源源不断地提供约10万立米的循环冷却补充水，否则将要花去向阳闸长距离引水的巨额投资。如遇枯水年份，将无水可供。2.3加强污水n处理与回用的科研与技术交流污水回用是个复杂的技术课题，包括城市污水处理及各种工业污水处理涉及技术问题也十分复杂，对设备腐蚀问题、微生物结垢问题……，为了减少技术事故的发生，维护回用水的声誉，必须深入开展回用水技术课题的试验研究，建立全国性的学术组织污水回用协会，在有关学会专业委员会领导之下，进行学术交流，技术经济政策分析，参与各大城市的水资源规划，协调科研设计任务，搞好国内外技术情报交流，为领导决策提供参考。2.4关于污水回用的运营费用和收费政策一般城市污水二级处理的费用，按照传统的活性污泥法计算，处理成本为：0.33元/0?水（不计折旧）。如作为工业冷却水的水源，尚需再作补充处理，按照一般的常规处理，混凝沉淀（石灰法）、过滤、消毒，处理成本为0.13元/m3水（不计折旧）。则最后1立方米回用水的总价为0.46元，比目前自来水售价1.5元/m3（居民用水，工业用水价格更高）低一些。但是还有一种计算方法，二级处理的费用0.33元/n?，不向工厂收取，只收后一段补充处理的费用，只有0.13元/m3,这对工厂有更大的吸引力，其价格政策起到了鼓励回用的作用，这就意味着对城市污水处理实行国家财政扶助政策。城市污水本来应该进行处理，这部分费用不应分担在回用的工厂身上，而应该实行排污收费的办法，H前各大城市都收取了排污费，但仍然偏低，只有0.3元/m3,根据价格的提高，如果对每排1立米污水的价格适当提高，此部分费用足以维持污水处理厂的运营费用。另外，对于用户（即使用污水厂出水的工厂）来说，为了n使用这部分新水源，厂内要建立双管路系统，甚至要改建、增建一些构筑物，这笔投资也不小，只有在水费明显有利的情况下，工厂才乐于接受。搞好污水回用发挥用户的积极性十分必要，单靠行政命令是办不成事的。0前我国的污水回用尚处于起步阶段，很多用户还顾虑重重，从充分开发利用水资源的大局出发，应该实行低水费制，不能一下子让污水厂过度到以卖水为盈利，这就要靠政府部门的政策，污水处理厂仍是公益事业，还是应该由政府部门进行财政补贴。相反的对那些确实能用回用水而不愿意用却用好水，指标超标的单位，要狠狠的罚，甚至到停止供应他们好水。2.5建立地方水资源法为了水资源的合理开发利用，保护水资源不受破坏和污染，当前迫切需要建立北京地区水资源管理统一法规（包括污水回用），制定各工业部门的用水消耗定额标准，出水排放指标，使各部门有法可依。2.6关于污水处理厂的名称改革问题污水处理厂，特别是将出水供工厂作水源的污水厂的名称有值得推敲的必要。污水一直被人们和社会所厌恶，甚至有的在污水厂工作的小青年连找对象都成问题，一听说在污水处理厂工作，人们心理上就接受不了。目前上海、深圳一些污水厂更名为“水质净化厂”，或“复新水厂”，“再生水厂”……，以改变职工的社会形象。希望这个问题，在全国应该存一个统一规定为好。名称问题，其实反映的是污水处理厂的方向问题。只有所有污水厂都明确地以污水回用为方向，“复新”、“再生”才能名符其实，实至名归。2.7工业回用与市政杂用水应用前景在北京市城市污水经二级处理后，再经适当处理回用于工业及市政绿化、公园景观、道路喷洒，其潜n力很大，前景是乐观的。根据右关部门的测算，工业回用约52万m3/d,市政杂用水约4.6万m3/d,总计为56万m3/d。目前高碑店污水处理厂日处理污水100万n?/d，完全可以将处理后的污水尽量作为水资源加以利用，这将大大缓解北京水资源紧缺的状况。3结论综上所述，我国的城市污水处理及回用，正方兴未艾，城市污水作为城市第二水资源，回用于工业及市政清扫、绿化，是解决水资源紧缺的一条有效途径，尚未被更多的人所接受，被社会所承认，这就需要领导机关和节水部门大力加强宣传，实行适当的政策倾斜,抓紧开发、利用，使之实施见到实效。污水在常规的污水处理基础上，只要再加较小投资，即可实现污水资源化。否则，污水白白排走，不但浪费，而且污染河湖水系。在这里我诚恳建议：在北京己花了巨额资金完成了高碑店那样大规模(1005m3/d)的二级处理厂，只要再稍加努力就有可能实现回用水供应量达(50万m3/d)，这是相当可观的经济效益和社会效益，这对城市节水是一个不小的数量级。相信经过我们努力，在不久的将来会出现更大规模的回用水厂，填平补齐我国在污水回用于工业和城市方面的空白。