余姚陶粒厂家供应宁波杭州湾北仑生物过滤陶粒
摘 要 近年来 ， 水体砷污染现象越来越严重 ， 诱发了各类疾病 ; 开发研制 新 型 高 效 、 低 廉 的 除 砷 技 术 以 解 决 水 体 砷 污 染 问 题 尤为重要 。 以工业废料赤泥为主要原料 ， 分别掺和给水厂污泥 、 污水厂污泥 ， 研 制 了 一 种 新 型 赤 泥 基 陶 粒 ， 在 陶 粒 不 会 造 成 二 次污染的前提下 ， 进行大量试验验证其除砷效果 。 结果表明 : 陶 粒 中 赤 泥 比 例 为 80% 、 污 泥 掺 量 为 8% 、 烧 结 温 度 为 1 000 ℃ 时 ， 所制得陶粒对砷离子的去除率可达到 90% 以上 ; 掺和污水厂污泥的陶粒除 砷 效 果 更 好 ; 在 100 mL 1 mg / L 的 砷 溶 液 中 ， 陶 粒投加量为 0. 6 g 时 ， 除砷效果佳 ， 且经济性好 。
关键词 砷离子 赤泥 污泥 陶粒 吸附 中图法分类号 X703 ; 文献标志码 B
饮用水中往往 含 有 一 定 浓 度 的 砷 ， 一 般 来 说 其 含量并不大 ， 故 很 少 危 及 到 居 民 的 健 康 。 世 界 卫 生
组织及中国 将 饮 用 水 砷 的 控 制 标 准 定 为 0. 01 mg /
L ［ 1 ， 2 ］ 。 近数十 年 来 ， 由 于 产 业 的 发 展 ， 饮 用 水 水 源 受到了不同程度的砷污染 。 水体砷污染已经严重影 响到人们的身体健 康 ， 由 砷 污 染 导 致 的 地 方 性 砷 中 毒已发生在亚洲列 国 和 其 他 许 多 地 区 ， 砷 污 染 已 成
［ 3 ］
一城市存在饮用水砷中毒事件 ， 主要分布在新疆 、 吉 林 、 内 蒙 等 城 市 ， 以 及 河 南 的 开 封 、 焦 作 、 商 丘 、 安 阳 等地 ［ 4 ］ 。 砷中毒主要 是 通 过 接 触 、 呼 吸 及 饮 食 进 入 人体 。 砷中毒会导致多发性神经炎 、 脊髓炎 、 肝硬化 等 ， 严重者甚 至 导 致 癌 症 ， 世 界 卫 生 组 织 在 1968 年 颁布的环境污染 报 告 中 把 砷 排 在 首 位 ［ 5 ］ 。 因 此 ， 除 砷技术的研究对人类健康至关重要 。
1 中国除砷技术的发展
目 前 ， 饮 用 水 除 砷 技 术 常 用 的 是 吸 附 法 和 混 凝沉淀法 。 吸附法 采 用 较 高 比 表 面 积 、 不 溶 性 的 固 体材料作吸附剂 ， 通过物理 、 化学等吸附作用将水中 的砷污染物吸附在 自 身 的 表 面 上 ， 从 而 达 到 除 砷 的 目的 。 一般适合于 处 理 量 大 、 浓 度 较 低 的 水 处 理 体
［ 6 ］
2018 年 9 月 25 日收到
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凝剂 ， 通过压缩双电层 、 吸附架桥以及网捕作用等将 砷吸附 ， 进而转化成沉淀物 ， 后采用过滤法滤除生
［ 7 ］
于需要大量的混凝剂 ， 产生大量含砷废弃物 ， 处理困 难 ， 易 导 致 二 次 污 染 ， 导 致 此 方 法 目 前 的 应 用
［ 8 ］
陶粒是一种多孔轻质材料 ， 具有比表面积大 、 孔 隙率高 、 表面粗糙 、 吸 附 能 力 强 、 化 学 稳 定 性 好 和 较
［ 9 ］
经在水处理填料方面得到广泛的应用 。
本 文 利 用 工 业 废 渣 赤 泥 、 平 煤 集 团 供 水 一 分 厂 污泥 、 新城区污水 厂 污 泥 等 材 料 制 作 多 孔 陶 粒 吸 附 去除水中砷离子 ， 变废为宝 ， 能够更好地对资源进行 利用 。
2 陶粒的制备及性能检验
2. 1 原材料的组成
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废
渣 。 一般含氧化铁量大 ， 因其颜色为红色 ， 且跟一般 泥土很像 ， 所以称为赤泥 。 大多数生 产 厂 每 生 产 1 t 氧化铝同时产出 0. 8 ～ 1. 5 t 赤泥 。 目前累积堆存的
8
能依靠大面积的堆场堆放 ， 不仅占用了大量土地 ， 也 对环境造成了严重污染 。 赤泥中含有很多可利用的 金属元素 ， 造成了资源的浪费 ; 赤泥含有大量的碱性
［ 10 ］
制备陶粒主要原材料的化学成分如表 1 所示 。
成的泥渣 。 其优 点 是 工 艺 简 单 ， 投 资 低 。 缺 点 在
受限 。
为一个 世 界 性 的 环 境 地 质 问 题 。 中 国 有 三 分 之
高的机械强度等 优 点 。 陶 粒 作 为 一 种 吸 附 剂 ， 已
系 。 混凝沉 淀 法 是 利 用 具 有 强 大 吸 附 能 力 的 混
赤泥超过 4 × 10 t 。 大量的赤泥得不 到 有 效 利 用 ， 只
物质 ， 造成严重的环境污染和安全隐患 。
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4 期 陈新年 ， 等 : 赤泥基陶粒的研制及含砷饮用水的处理应用
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表 1 主要原材料的化学成分
Table 1 Chemical composition of main raw materials
原材料 化学成分 / %
SiO 2 CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Na 2 O MgO CaCO 3
赤泥 32. 14 29. 95 8. 67 13. 68 3. 23
表 2 材料配比
Table 2 Material ratio
序号 配比 / %
1 80 8 5 5 2 1∶ 1
供水一
分厂污泥 31. 70
7. 01 8. 32 24. 46
2 80 8 7. 5 2. 5 2 1. 5 ∶ 0. 5 3 80 8 10 0 2 2∶ 0
新城区
5. 43 9. 18 10. 78 1. 14 1. 89
粉煤灰 56. 96 3. 75 16. 31 3. 45 4. 63
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除了上 述 材 料 ， 还 有 水 泥 ( 普 通 水 泥 ) 、 碳 酸 氢
铵 ( NH 4 HCO 3 ) 、 去离子水 。
2. 2 试验仪器及材料
2. 4 陶粒检测
按 照 2. 3. 2 节 物 料 配 比 制 作 试 验 陶 粒 ， 根 据 GB / T 17431. 1 — 1998 《 轻 集 料 及 其 试 验 方 法 》 测 定 堆积密度 、 筒 压 强 度 及 吸 水 率 ， 并 用 BET 法 测 得 比 表面积 。 见表 3 。
试验仪 器 : QHQM — 5 型 新 型 球 磨 机 、 8411 型 电 动振筛机 、 纪 铭 牌 JM 型 数 字 式 电 子 天 平 、 101 — 2 型 电热鼓 风 干 燥 箱 、 SX2 — 12 — 10 箱 式 电 阻 炉 、 CHA-S 数显气浴恒温振荡器 、 AF — 610A 原子荧光光谱仪 、 移
表 3 陶粒基本性能
Table 3 Basic properties of ceramsite
筒压强度 / 吸水率 /
( kg · m － 3 ) MPa %
比表面积 /
( m 2 · g － 1 )
液枪 。
试验材料 : 滤膜 ( 孔 径 0. 22 μ m 、 直 径 25 mm ) 、 医用针 管 ( 规 格 5 mL ) 、 称 量 纸 、 烧 杯 、 容 量 瓶 、 比 色管 。
加入给水厂
污泥的陶粒 634
加入污水厂
污泥的陶粒 583
4. 3 6. 4 5. 2
3. 2 8. 7 5. 7
2. 3 陶粒配比及制备 2. 3. 1 陶粒制作步骤
将 收 集 的 赤 泥 和 污 泥 经 自 然 风 干 ， 经 球 磨 机 分 别粉碎 ， 电动振筛机筛分赤泥和污泥过 80 目并分 别 收集于聚乙烯 封 口 袋 中 。 准 备 适 量 普 通 水 泥 、 粉 煤 灰 、 碳酸氢铵 ， 按试 验 原 料 配 比 混 合 ， 加 入 适 量 去 离 子水搅拌 ， 手 工 制 成 直 径 约 5 mm 的 陶 粒 样 品 。 将 样品自然 风 干 后 ， 放 入 温 度 为 105 ℃ 烘 箱 干 燥 6 h ， 烘干结束 ， 立即将其从烘箱中取出后放入马弗炉 ， 马 弗炉初始温度设置为 500 ℃ ， 当温度达到 500 ℃ 后 ， 保温 5 ～ 10 min ， 使陶粒中的结晶水完全挥发 。 再将 温度 调 至 1 000 ℃ ， 当 温 度 达 到 1 000 ℃ 后 ， 保 温 20 min 。 煅烧结 束 ， 使 陶 粒 在 炉 内 自 然 冷 却 。 待 冷 却至室温后 ， 将陶粒取出 。
2. 3. 2 陶粒配比
由 于 赤 泥 所 占 比 例 较 大 ， 所 以 首 先 确 定 赤 泥 的 比例 。 依次将赤泥 比 例 定 为 40% 、 50% 、 60% 、 70% 和 80% 进 行 试 验 。 发 现 赤 泥 比 例 为 40% 和 50% 的 陶粒全部被粉 碎 ， 赤 泥 比 例 为 60% 、 70% 和 80% 的 陶粒粉碎 率 依 次 下 降 。 其 中 赤 泥 所 占 比 例 为 80% 的陶粒没有粉碎现 象 ， 且 硬 度 相 比 较 其 他 比 例 的 未 粉碎的陶粒较 大 。 赤 泥 比 例 为 60% 和 70% 的 陶 粒 硬度较小 ， 易碎 。 因此 ， 此次试验选出赤泥的佳比 例为 80% 。
通过大量的试验研究终确定各材料佳配比
如表 2 所示 。
陶粒重金属 浸 出 测 定 如 下 : 污 水 厂 在 处 理 过 程
中 ， 重金属会富集 在 污 泥 中 ， 阻 碍 污 泥 资 源 化 利 用 。 通过高温烧结能使 重 金 属 稳 定 和 固 化 于 陶 粒 中 ， 为 保证陶粒能够安全 使 用 ， 对 加 入 污 水 厂 污 泥 的 陶 粒 进行重金 属 检 测 。 参 照 GB 5085. 3 — 2007 《 危 险 废 物鉴别标准 》 中 浸 出 毒 性 鉴 别 标 准 ， 对 加 入 污 水 厂 污泥的陶粒进行重 金 属 浸 出 试 验 ， 浸 出 液 中 重 金 属 浓度测定结果见表 4 。
表 4 加入污水厂污泥的陶粒浸出液重金属含量测量结果
Table 4 Measurement results of heavy metal content in
ceramsite leaching solution added to sewage sludge
重金属 浓度测量值 / ( mg · L － 1 ) 标准值 / ( mg · L － 1 )
Cd 0. 003 ≤ 1. 00 Cr 0. 017 ≤ 15 As 0. 004 ≤ 5 Hg 未检出 ≤ 0. 1 Cu 0. 128 ≤ 100 Zn 0. 072 ≤ 100 Pb 0. 054 ≤ 5
由表 4 可见 ， 加 入 污 水 厂 污 泥 的 陶 粒 浸 出 液 中 重金属 含 量 远 远 低 于 标 准 值 。 通 过 对 测 定 结 果 分 析 ， 高温烧结的陶 粒 能 够 稳 定 和 固 定 污 泥 中 重 金 属 的特性非常明显 ， 符合环保无危害的要求 ， 不会对环 境造成二次污染 。
在 以 上 成 分 分 析 的 基 础 上 ， 对 陶 粒 除 砷 效 果 进
行进一步研究 。
赤泥 污泥 J / W 水泥 C 粉煤灰 F 碳酸氢铵 C : F
污水厂污泥 24. 82
测试项目 堆积密度 /
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3 陶粒除砷效果试验
3. 1 试验方案
3. 1. 1 模拟含砷饮用水的配制
科 学 技 术 与 工 程 19 卷
( 2 ) 当选用污水厂 污 泥 时 ， 实 验 数 据 显 示 : 粉 煤 灰与水泥比例为 1 ∶ 1 ， 陶粒 对 砷 的 吸 附 效 果 好 ， 去
［ 11 ］
附剂使砷的去除率达到 99% ， 但 是 这 种 吸 附 剂 成 本
含砷 溶 液 采 用 1 000 mg / L 的 Na 3 AsO 4 溶 液
2. 2 mL ， 溶于蒸馏水中 ， 加入 2 000 mL 蒸馏水 稀 释 ， 配成 1 mg / L 的砷溶液 。
3. 1. 2 试验步骤
采用空白对 照 ， 每 一 组 都 做 3 个 平 行 试 验 。 分 别取 100 mL 原溶液加入每组玻璃瓶中 ， 分别取不同 成 分及配比的陶粒投入 100 mL 的 1 mg / L 的砷溶液 中 ， 放 入 27 ℃ 气 浴 恒 温 振 荡 器 中 160 r / min 振 荡 12 h ， 取出水样 。
3. 1. 3 检测方法
取水样的上清液 ， 用滤膜过滤 5 mL 水样上清液 于比色管中 ， 分 别 加 入 2 mL 盐 酸 ( 5% ) 和 2 mL 硫 脲 - 抗坏血酸溶液 ， 稀释至 10 mL 。 室温放置 30 min ， 用原子荧光光谱仪测定砷的含量 。 3. 2 试验结果分析
3. 2. 1 陶粒成分不同对除砷效果的影响
图 1 所示为陶粒成分不同对除砷效果的影响 。
J 为 给 水 厂 污 泥 ; W 为 污 水 厂 污 泥 ; C ∶ F 为 水 泥 与 粉 煤 灰 比 例
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图 1 赤泥为 80% 时 ， 不同种类污泥与
陶粒成分对砷的吸附效果
Fig. 1 Adsorption effect of different types of sludge and
ceramisite composition on arsenic in
the case of 80% red mud
( 1 ) 当水 泥 与 粉 煤 灰 配 比 相 同 时 ， 污 泥 来 源 不 同 ， 陶粒对砷的吸附效果也不同 ， 加入给水厂污泥的 陶粒 对 砷 的 去 除 率 分 别 是 95. 4% 、 93. 2% 、 95. 2% ;
加入污水厂污泥的陶粒对砷的去除率分别是
97. 8% 、 97. 2% 、 94. 6% 。 对比显示加 入 污 水 厂 污 泥 制作的陶粒对砷的吸附效果更好 。 与之前用粉煤灰 制作的陶粒除砷效 果 相 比 ， 加 入 同 量 粉 煤 灰 陶 粒 去 除率只有 50% 左 右 ， 而 赤 泥 陶 粒 去 除 率 高 出 很 多 ， 吸附率能够达到 97. 8% 。
很高 ， 回收困难 。 而 本 文 使 用 的 赤 泥 陶 粒 去 除 率 达 95% 以上 ， 且廉 价 、 环 保 、 易 回 收 。 而 所 针 对 水 体 砷 污染地区为偏远地区 ， 且较为分散 ， 吸附剂成本问题 得到很好的解决 。
3. 2. 2 陶粒投加量对除砷效果的影响
为 更 好 地 测 定 陶 粒 投 加 量 对 除 砷 效 果 的 影 响 ， 采用污水厂污泥和粉煤灰与 水 泥 比 例 为 1 ∶ 1 时 制 成 的陶粒 ， 将不同量的 陶 粒 投 加 至 1 mg / L 砷 溶 液 中 ， 按照试验方案检测除砷效果 ， 结果如图 2 所示 。
图 2 当原材料采用污泥 、 粉煤灰水泥比例为
1 ∶ 1 时投加量对除砷效果影响
Fig. 2 Influence of dosage on the effect of arsenic removal when
the raw material adopts sludge ， the ratio of
fly ash and cement is 1 ∶ 1
由图 2 可得 ， 在 100 mL 1 mg / L 的砷溶 液 中 ， 随
着陶粒投加量的增多 ， 对砷的去除效果也越来越好 。 当 陶 粒 投 加 量 为 0. 6 g 时 ， 砷 的 去 除 率 达 到 99. 94% ， 溶液 经 吸 附 后 出 水 浓 度 为 0. 006 mg / L ， 满 足 《 生活饮用水卫生标准 》 的要求 0. 01 mg / L 。
4 结论
陶 粒 对 砷 的 去 除 受 到 赤 泥 含 量 、 污 泥 种 类 以 及
配料的配比的影响 ， 研究得到以下结论 。
( 1 ) 对于 100 mL 1 mg / L 的砷溶液 ， 当陶粒其他 成分配比相同时 ， 加 入 新 城 区 污 水 厂 污 泥 的 陶 粒 对 砷的吸附效果较好 。
( 2 ) 在赤 泥 和 污 泥 确 定 成 分 比 例 后 ， 配 料 粉 煤 灰和 水 泥 的 比 例 为 1 ∶ 1 时 ， 陶 粒 对 砷 的 吸 附 效 果 更好 。
( 3 ) 陶粒为佳成分配比 时 ， 在 100 mL 1 mg / L 的砷 溶 液 中 ， 投 加 量 为 0. 6 g 时 ， 砷 的 去 除 率 达 到 99. 94% ， 吸附后溶液砷浓度低于 0. 01 mg / L 。
研究为赤泥陶粒的吸附作用机理及其发展提供
除 率 达 到 97. 8% 。 胡 文 涛 用 纳 米 二 氧 化 钛 做 吸
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4 期 陈新年 ， 等 : 赤泥基陶粒的研制及含砷饮用水的处理应用
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了条件 ， 为赤泥陶 粒 除 砷 效 率 的 提 高 提 供 了 可 行 性 方法 ， 为 赤 泥 陶 粒 在 水 处 理 中 的 应 用 作 了 进 一 步 验证 。
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