浸没式水处理固废陶粒滤料制备技术研究综述

华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030

曝气生物滤池（Bi ological Aerated Filter,BAF）是一种污水处理新工艺，该工艺是在普通生物滤池的基础上，以微生物和载体结合的形式，将生物氧化工艺和给水过滤工艺结合在一起，广泛应用于污水处理领域。用于曝气生物滤池的滤料主要包括天然滤料和人工陶粒滤料，目前对后者的研究较多，尤其是利用固废制备的人工陶粒滤料逐渐成为重点研究课题。

文章主要介绍浸没式水处理固废陶粒滤料的制备技术研究进展。根据主要固废原料的不同，浸没式水处理固废陶粒滤料可分为三类：底泥陶粒滤料、粉煤灰陶粒滤料和污泥陶粒滤料。文章主要介绍上述三类陶粒滤料的制备技术研究进展。

1 底泥陶粒滤料

底泥陶粒滤料是以疏浚底泥为主要原料制备的一种陶粒滤料。底泥的化学成分主要是钙、硅、铝、铁等，类似黏土，可作为陶粒制备中黏土的替代矿物。底泥陶粒滤料多以焙烧为主，焙烧温度为1000～1200℃，底泥中含有的有机质在高温下分解产生气体，经过高温焙烧后可制备底泥陶粒滤料。

肖继波等[1]、杨欣妍等[2]、王建超等[3]通过研究不同的烧结工艺参数对底泥陶粒滤料性能的影响，制备了符合《水处理用人工陶粒滤料》（CJ/T 299—2008）中相关要求的陶粒滤料，磷去除率可达95%。底泥中的矿物组成比较复杂，还含有大量有机质，因此没有固定熔点。在高温焙烧的过程中，会发生一系列高温化学反应，底泥膨胀，底泥陶粒呈多孔结构，有机质分解产生的气体进一步提高了底泥陶粒中的空隙率，增加了比表面积，也进一步增加了溶液与底泥陶粒的接触面积，使溶液中的磷与陶粒中有效组分的接触概率得到提升，同时提高了对磷的削减率。在底泥陶粒改性方面，瞿倩[4]以ZnCl2为活化剂，在1080℃的烧结温度下，制备了ZnCl2改性底泥陶粒滤料，磷去除率达92.31%。在ZnCl2改性的过程中，改善了底泥陶粒的空间结构，提高了对磷的去除率。

此外，经过高温焙烧，底泥中的重金属经过一系列的转化和反应，固化在陶粒中，避免了释放到环境中而对环境产生二次污染[5]。因此，对以黏土为主要成分的疏浚底泥烧结制备陶粒进行推广应用，不仅可以解决污染底泥处置难题，还可以实现重污染底泥的资源化利用，对改善河道水质具有现实意义。

2 粉煤灰陶粒滤料

粉煤灰是从火力发电厂烟气中经除尘器收集的粉末，粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3等活性成分，成球后经过高温熔融、冷却等过程，可形成结构多孔，且具有较高吸附性能的烧结陶粒。此外，粉煤灰中含有的活性SiO2、Al2O3等成分还可与石灰等物质反应生成产生强度的凝胶类物质，成球后形成免烧陶粒。粉煤灰烧结陶粒和免烧陶粒均具有较高的吸附性能，可用于水处理[6]。

粉煤灰陶粒滤料主要包括烧结型和免烧型两种。烧结型粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料，掺入少量黏结剂后，经混合、成球，再经1000～1200℃高温烧制而成的填料。烧结型粉煤灰陶粒的堆积密度一般为650～750kg/m3。在粉煤灰烧结陶粒方面，左燕君等[7]以粉煤灰为主要原料，利用煅烧的方法制备了粉煤灰陶粒滤料，并取得了良好的挂膜效果。免烧型粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料，加入石灰、水玻璃等激发剂和黏结剂水泥后，经混合、成球、养护得到的一种填料。与烧结陶粒相比，免烧粉煤灰陶粒具有工艺过程简单、能耗低、环保且成本低等特点。王会平[8]、李倩炜等[9]采用免烧陶粒工艺，以粉煤灰为主要原料，制备了一种比表面积大、低密度的粉煤灰陶粒，对CODcr和氨氮的去除率达到80%以上。李猛[10]、李海晏[11]采用蒸汽养护的方式制备了粉煤灰免烧陶粒，在曝气生物滤池和养殖废水处理过程中，污染物去除效果显著。

粉煤灰免烧陶粒的制备过程中主要利用粉煤灰中含有的活性SiO2、Al2O3等成分与石灰、水泥等物质反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等凝胶类物质，该类物质是免烧陶粒产生强度的主要原因。通过加压、蒸养的方式还可进一步促进水化产物的形成，促进强度的提高。由此可见，通过免烧或者烧结的方式制备的粉煤灰陶粒滤料均具有良好的氮磷污染物去除和挂膜性能，在实际废水处理中的效果显著。由于免烧工艺兼具成本低、环保等特点，在以后的滤料生产工艺中，将是重点关注和研究的对象。

3 污泥陶粒滤料

污泥一般是指在市政污水处理厂经浓缩脱水后的泥饼或泥块，化学组成类似黏土，含有大量的有机物和氮、磷等元素，还含有重金属和病原菌等有害物质，若处置不当，容易造成环境污染。填埋、焚烧和农用等常见的污泥处置方式已无法满足日益严格的生态环境建设要求。近年来，在污泥制备活性炭、砌砖、有机复合肥和陶粒等方面的研究也取得了一些进展，为污泥的资源化、生态化利用开辟了新的途径[12]。

污泥陶粒是指以污泥为主要原料，采用烘干、磨细、成球和烧结工艺制成的颗粒状材料。利用污泥制备污泥陶粒，不仅可显著减少对黏土的消耗，还可有效利用污泥中高含量的有机质，制备出孔隙丰富、吸附性能优异的陶粒。通过高温煅烧过程固化污泥中的重金属，更有利于环境的保护。

在水处理用陶粒滤料的制备方面，陈洋[13]以某给水厂污泥为原料制备陶粒，给水厂污泥的掺加量为75%～80%，经1150℃焰烧后制成陶粒滤料，其具备较好的渗透性能和持水性能，在pH值为7时对溶液中磷的去除率可达92.8%。任新[14]指出污泥制备陶粒的最优焙烧温度为1050℃，实验发现净水厂污泥基吸附剂对水中Cr(VI)的吸附效果显著，能够应用于重金属废水处理，既实现了废物资源化利用，又减轻了净水厂污泥带来的经济与环境压力。

4 结束语

底泥陶粒滤料、粉煤灰陶粒滤料和污泥陶粒滤料都是以固废为主要原料制备而成的浸没式水处理滤料，底泥和污泥陶粒滤料需通过高温煅烧的方式焙烧而成，而粉煤灰陶粒滤料可通过焙烧或免烧的工艺制备。整体而言，利用底泥、粉煤灰和污泥制备的滤料均可用于水处理，且效果显著，不仅实现了固废资源化利用，同时也为水处理用滤料提供了多种选择，更加丰富了浸没式水处理用滤料的种类。