炉渣在农村生活污水净化中的应用试验

张文丽，马鹏真，张雨辰

(三峡大学生物与制药学院，湖北 宜昌 443002)

0 引言

农村生活污水是指农村居民在生活过程中产生的污水，主要由厕所、洗浴及厨房等产生，一般具有产生量大、范围广、氮磷排放负荷高等特点[1]。最新研究表明，我国农村生活污水中COD 排放量约占生活源排放总量的50.8%，NH3-N、TN和TP 排放量分别占生活源排放总量的35.0%、30.5%和38.7%[2]。目前，我国农村生活污水治理的技术效率仅为8.6%，80%以上的农村生活污水直接排入河道和农田，对农村的环境造成严重污染。《全国农村环境综合整治“十三五”规划》提出，到2020 年我国农村污水处理率要达到30%以上[3]。因此寻求低投入、低运行成本且高效的污水处理技术迫在眉睫。

吸附法是有效的净水途径，操作简单且处理效果较好。但如何选择吸附材料是处理的关键[4]。一般常用的吸附材料多数存在成本高、使用周期短等弊端。炉渣是各种工业以及民用锅炉、炉窑燃烧煤炭后排放的固体废弃物，产量大，利用率较低[5]。研究表明，炉渣表面多孔，成分中有活性物质，吸附能力较高[6]。本文设计了多种处理，通过对总氮、氨氮、总磷、COD和pH值等水质指标的测定，探讨炉渣净化农村生活污水的条件和效果。

1 材料与方法

1.1 实验用水

实验用水为人工配制的模拟生活污水，取浓度为1mol/L的邻苯二甲酸氢钾，NH4Cl，NaNO3和NaH2PO4溶液各18mL于18L的蒸馏水中，用玻璃棒充分混匀。人工配水中平均全氮(TN)为29.48mg/L，全磷(TP)为4.28mg/L，氨氮(NH3-N)为10.38mg/L，化学需氧量(COD)为525.8mg/L，pH值为5.5。

1.2 炉渣

炉渣为民用炉窑燃烧煤炭后排放的同一批固体废弃物。

1.3 实验方法

试验设置不添加炉渣和添加炉渣，同时设置静滞处理和摇动处理。静滞处理采用恒温培养箱，物理摇动处理采用可控温摇床，转速设置为200r/min。恒温培养箱和可控温摇床均分别设置不同温度(15℃、25℃和35℃)。总共12个处理，每个处理4个重复。

处理经过24h吸附净化后，进行水样的收集与检测。检测指标为TN、NH3-N、TP、COD和pH值。各指标检测方法分别为：过硫酸钾氧化-紫外分光光度法、纳氏试剂光度法、过硫酸钾法、5B-3F型COD快速测定仪和pH计。

2 结果与分析

2.1 TN的去除效果

炉渣对污水中的氮有一定的去除效果，见图1。原水中TN平均含量为29.48mg/L，在不同温度下，静滞处理对水中TN的含量影响不大；而一定频率的物理摇动反而增加了水中TN的含量，在15℃、25℃和35℃下分别增加了8.7%、7.7%和6.5%，增加的量随温度升高而降低。静滞加炉渣处理降低了水中TN的含量，且在不同温度下，氮的去除率不一样。具体表现为：在15℃下，污水TN含量为28.67mg/L，去除率为2.7%。在25℃下，污水TN含量为28.34mg/L，去除率为3.9%。在35℃下，污水TN含量为28.04mg/L，去除率为4.9%。可见温度越高，炉渣去除氮的作用越大。相反，在污水中加炉渣，并以一定的频率物理摇动时，水中TN的含量在不同的温度下均有一定程度的增加。

图1 不同处理方式水样中全氮的量

2.2 NH3-N的去除效果

炉渣对污水中的NH3-N有明显的去除效果，见图2。原水中NH3-N平均含量为10.38mg/L，在不同温度下，静滞和物理摇动处理都不能有效地降低污水中NH3-N的含量。静滞加炉渣处理对污水中NH3-N的去除效果明显，且在不同温度下，NH3-N的去除率不一样。具体表现为：在15℃下，污水中NH3-N含量降为6.65mg/L，去除率为36.0%。在25℃下，污水中NH3-N含量降为4.88mg/L，去除率为53.0%。在35℃下，污水中NH3-N含量降为3.82mg/L，去除率为63.2%。可见温度越高，炉渣去除NH3-N的作用越大。不仅如此，在污水中加炉渣，并以一定的频率物理摇动时，能有效地提高炉渣对污水中NH3-N的去除率，且温度越高，去除率就越高。具体表现为：在15℃下摇动，污水中炉渣对NH3-N的去除率为43.3%；在25℃下摇动，污水对NH3-N的去除率为62.8%；在35℃下摇动，污水对NH3-N的去除率达到了90.0%。

图2 不同处理方式水样中氨氮的量

2.3 TP的去除效果

炉渣对污水中的TP有明显的去除效果，见图3。原水中TP平均含量为4.28mg/L，在不同温度下，静滞和物理摇动处理都不能有效地降低污水中TP的含量。但静滞加炉渣处理对污水中TP的去除效果明显，且在不同温度下，TP的去除率不一样。具体表现为：在15℃下，污水中TP含量降为0.76mg/L，去除率为82.2%。在25℃下，污水中TP含量均降为0.23mg/L，去除率达94.5%。在35℃下，污水中TP去除率跟25℃一样。可见温度升高有利于炉渣对污水中TP的高效去除，但超过25℃后去除效果不再增加。当在污水中加炉渣，并以一定的频率物理摇动时，水中TP 的含量在不同的温度下均有一定程度的增加，去除率明显降低。

图3 不同处理方式水样中全磷的量

2.4 COD的去除效果

炉渣对污水中的COD有明显的去除效果，见图4。原水中COD平均含量为525.8mg/L，在不同温度下，静滞能降低污水中COD的含量：在15℃下，COD去除率为58.4%；在25℃下，COD去除率为57.5%；在35℃下，COD去除率为63.8%。以一定频率物理摇动并不能有效提高COD的去除率，甚至在高温下物理摇动还降低了COD的去除率。静滞加炉渣处理对污水中COD的去除效果明显，且在不同温度下，COD的去除率不一样。具体表现为：在15℃下COD去除率为61.6%，在25℃下COD去除率为63.2%，在35℃下COD去除率为64.7%。当在污水中加炉渣并以一定的频率物理摇动时，水中COD 的含量在不同的温度下均有一定程度的增加，跟只加炉渣的处理相比，去除率明显降低。

图4 不同处理方式水样中化学需氧量的量

图5 不同处理方式水样中化学需氧量的量

2.5 水样的pH值

在污水中加炉渣并以一定的频率物理摇动时能中和污水中pH值。原水中pH值为5.5，在不同温度下，静滞和物理摇动都不能有效地改变污水pH值的含量。静滞加炉渣处理增大了水中pH值，使污水趋于碱性，且温度越高，pH值越大。摇动加炉渣处理对中和污水pH值有一定效果，且在25℃下，使污水能达到中性。

3 结论

农村生活污水经过炉渣静滞吸附后，污水中的TN、NH3-N、TP以及COD都有一定的降低，且随温度的升高，炉渣去除污水中TN、NH3-N、TP以及COD的作用就越大，在35℃下去除率分别达到了4.9%、63.2%、94.5%和64.7%。其中对NH3-N和TP的去除均达到了2020年7月1日起湖北省实施的《DB 42/1537-2019农村生活污水处理设施污水污染物排放标准》(简称“标准”)中规定的一级标准(NH3-N低于8mg/L、TP低于1mg/L)[7]。尤其在高温条件下，炉渣对磷的去除率达到95%左右。众所周知，磷是重要的植物营养元素，也是造成地表水富营养化的一个重要因素。炉渣对磷的高效去除，对缓解水体富营养化具有一定的实际应用价值。

试验进一步表明，如果加炉渣的生活污水再以一定的频率摇动时，能有效地提高炉渣对污水中NH3-N的去除，去除率达到了90.0%；污水的pH值也趋于“标准”中规定的一级、二级标准(pH为6～9)[7]。但对TN、TP以及COD的去除率却有所下降。