爐渣在農(nóng)村生活污水凈化中的應(yīng)用試驗

張文麗，馬鵬真，張雨辰

(三峽大學(xué)生物與制藥學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

0 引言

農(nóng)村生活污水是指農(nóng)村居民在生活過程中產(chǎn)生的污水，主要由廁所、洗浴及廚房等產(chǎn)生，一般具有產(chǎn)生量大、范圍廣、氮磷排放負荷高等特點[1]。最新研究表明，我國農(nóng)村生活污水中COD 排放量約占生活源排放總量的50.8%，NH3-N、TN和TP 排放量分別占生活源排放總量的35.0%、30.5%和38.7%[2]。目前，我國農(nóng)村生活污水治理的技術(shù)效率僅為8.6%，80%以上的農(nóng)村生活污水直接排入河道和農(nóng)田，對農(nóng)村的環(huán)境造成嚴重污染。《全國農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》提出，到2020 年我國農(nóng)村污水處理率要達到30%以上[3]。因此尋求低投入、低運行成本且高效的污水處理技術(shù)迫在眉睫。

吸附法是有效的凈水途徑，操作簡單且處理效果較好。但如何選擇吸附材料是處理的關(guān)鍵[4]。一般常用的吸附材料多數(shù)存在成本高、使用周期短等弊端。爐渣是各種工業(yè)以及民用鍋爐、爐窯燃燒煤炭后排放的固體廢棄物，產(chǎn)量大，利用率較低[5]。研究表明，爐渣表面多孔，成分中有活性物質(zhì)，吸附能力較高[6]。本文設(shè)計了多種處理，通過對總氮、氨氮、總磷、COD和pH值等水質(zhì)指標的測定，探討爐渣凈化農(nóng)村生活污水的條件和效果。

1 材料與方法

1.1 實驗用水

實驗用水為人工配制的模擬生活污水，取濃度為1mol/L的鄰苯二甲酸氫鉀，NH4Cl，NaNO3和NaH2PO4溶液各18mL于18L的蒸餾水中，用玻璃棒充分混勻。人工配水中平均全氮(TN)為29.48mg/L，全磷(TP)為4.28mg/L，氨氮(NH3-N)為10.38mg/L，化學(xué)需氧量(COD)為525.8mg/L，pH值為5.5。

1.2 爐渣

爐渣為民用爐窯燃燒煤炭后排放的同一批固體廢棄物。

1.3 實驗方法

試驗設(shè)置不添加爐渣和添加爐渣，同時設(shè)置靜滯處理和搖動處理。靜滯處理采用恒溫培養(yǎng)箱，物理搖動處理采用可控溫搖床，轉(zhuǎn)速設(shè)置為200r/min。恒溫培養(yǎng)箱和可控溫搖床均分別設(shè)置不同溫度(15℃、25℃和35℃)。總共12個處理，每個處理4個重復(fù)。

處理經(jīng)過24h吸附凈化后，進行水樣的收集與檢測。檢測指標為TN、NH3-N、TP、COD和pH值。各指標檢測方法分別為：過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法、納氏試劑光度法、過硫酸鉀法、5B-3F型COD快速測定儀和pH計。

2 結(jié)果與分析

2.1 TN的去除效果

爐渣對污水中的氮有一定的去除效果，見圖1。原水中TN平均含量為29.48mg/L，在不同溫度下，靜滯處理對水中TN的含量影響不大；而一定頻率的物理搖動反而增加了水中TN的含量，在15℃、25℃和35℃下分別增加了8.7%、7.7%和6.5%，增加的量隨溫度升高而降低。靜滯加爐渣處理降低了水中TN的含量，且在不同溫度下，氮的去除率不一樣。具體表現(xiàn)為：在15℃下，污水TN含量為28.67mg/L，去除率為2.7%。在25℃下，污水TN含量為28.34mg/L，去除率為3.9%。在35℃下，污水TN含量為28.04mg/L，去除率為4.9%。可見溫度越高，爐渣去除氮的作用越大。相反，在污水中加爐渣，并以一定的頻率物理搖動時，水中TN的含量在不同的溫度下均有一定程度的增加。

圖1 不同處理方式水樣中全氮的量

2.2 NH3-N的去除效果

爐渣對污水中的NH3-N有明顯的去除效果，見圖2。原水中NH3-N平均含量為10.38mg/L，在不同溫度下，靜滯和物理搖動處理都不能有效地降低污水中NH3-N的含量。靜滯加爐渣處理對污水中NH3-N的去除效果明顯，且在不同溫度下，NH3-N的去除率不一樣。具體表現(xiàn)為：在15℃下，污水中NH3-N含量降為6.65mg/L，去除率為36.0%。在25℃下，污水中NH3-N含量降為4.88mg/L，去除率為53.0%。在35℃下，污水中NH3-N含量降為3.82mg/L，去除率為63.2%。可見溫度越高，爐渣去除NH3-N的作用越大。不僅如此，在污水中加爐渣，并以一定的頻率物理搖動時，能有效地提高爐渣對污水中NH3-N的去除率，且溫度越高，去除率就越高。具體表現(xiàn)為：在15℃下?lián)u動，污水中爐渣對NH3-N的去除率為43.3%；在25℃下?lián)u動，污水對NH3-N的去除率為62.8%；在35℃下?lián)u動，污水對NH3-N的去除率達到了90.0%。

圖2 不同處理方式水樣中氨氮的量

2.3 TP的去除效果

爐渣對污水中的TP有明顯的去除效果，見圖3。原水中TP平均含量為4.28mg/L，在不同溫度下，靜滯和物理搖動處理都不能有效地降低污水中TP的含量。但靜滯加爐渣處理對污水中TP的去除效果明顯，且在不同溫度下，TP的去除率不一樣。具體表現(xiàn)為：在15℃下，污水中TP含量降為0.76mg/L，去除率為82.2%。在25℃下，污水中TP含量均降為0.23mg/L，去除率達94.5%。在35℃下，污水中TP去除率跟25℃一樣。可見溫度升高有利于爐渣對污水中TP的高效去除，但超過25℃后去除效果不再增加。當在污水中加爐渣，并以一定的頻率物理搖動時，水中TP 的含量在不同的溫度下均有一定程度的增加，去除率明顯降低。

圖3 不同處理方式水樣中全磷的量

2.4 COD的去除效果

爐渣對污水中的COD有明顯的去除效果，見圖4。原水中COD平均含量為525.8mg/L，在不同溫度下，靜滯能降低污水中COD的含量：在15℃下，COD去除率為58.4%；在25℃下，COD去除率為57.5%；在35℃下，COD去除率為63.8%。以一定頻率物理搖動并不能有效提高COD的去除率，甚至在高溫下物理搖動還降低了COD的去除率。靜滯加爐渣處理對污水中COD的去除效果明顯，且在不同溫度下，COD的去除率不一樣。具體表現(xiàn)為：在15℃下COD去除率為61.6%，在25℃下COD去除率為63.2%，在35℃下COD去除率為64.7%。當在污水中加爐渣并以一定的頻率物理搖動時，水中COD 的含量在不同的溫度下均有一定程度的增加，跟只加爐渣的處理相比，去除率明顯降低。

圖4 不同處理方式水樣中化學(xué)需氧量的量

圖5 不同處理方式水樣中化學(xué)需氧量的量

2.5 水樣的pH值

在污水中加爐渣并以一定的頻率物理搖動時能中和污水中pH值。原水中pH值為5.5，在不同溫度下，靜滯和物理搖動都不能有效地改變污水pH值的含量。靜滯加爐渣處理增大了水中pH值，使污水趨于堿性，且溫度越高，pH值越大。搖動加爐渣處理對中和污水pH值有一定效果，且在25℃下，使污水能達到中性。

3 結(jié)論

農(nóng)村生活污水經(jīng)過爐渣靜滯吸附后，污水中的TN、NH3-N、TP以及COD都有一定的降低，且隨溫度的升高，爐渣去除污水中TN、NH3-N、TP以及COD的作用就越大，在35℃下去除率分別達到了4.9%、63.2%、94.5%和64.7%。其中對NH3-N和TP的去除均達到了2020年7月1日起湖北省實施的《DB 42/1537-2019農(nóng)村生活污水處理設(shè)施污水污染物排放標準》(簡稱“標準”)中規(guī)定的一級標準(NH3-N低于8mg/L、TP低于1mg/L)[7]。尤其在高溫條件下，爐渣對磷的去除率達到95%左右。眾所周知，磷是重要的植物營養(yǎng)元素，也是造成地表水富營養(yǎng)化的一個重要因素。爐渣對磷的高效去除，對緩解水體富營養(yǎng)化具有一定的實際應(yīng)用價值。

試驗進一步表明，如果加爐渣的生活污水再以一定的頻率搖動時，能有效地提高爐渣對污水中NH3-N的去除，去除率達到了90.0%；污水的pH值也趨于“標準”中規(guī)定的一級、二級標準(pH為6～9)[7]。但對TN、TP以及COD的去除率卻有所下降。