本文關(guān)鍵詞：鐵優(yōu)化給水污泥降解水中磷行為特性及機(jī)理探討

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【摘要】：水體中的磷是有機(jī)磷及無機(jī)磷原生及水體擾動沉積物次生而來,因此來源廣泛且含量濃度高致使磷成為我國河流湖泊水體主要污染問題之一。富含磷的水體易出現(xiàn)水華現(xiàn)象,從而降低水中溶解氧含量,威脅水生生物生存,因此除磷研究多年來早已成為國內(nèi)外熱點。研究發(fā)現(xiàn)除磷方法有生物、物理、化學(xué)等多種方法,生物法周期長、見效慢,且初期投資昂貴,并伴隨長期運(yùn)行費(fèi)用;而物理化學(xué)法最為簡便實用,同時可用于應(yīng)急污染使用,主要為通過吸附劑在范德華力及化學(xué)作用下完成除磷過程,但吸附劑長時間使用導(dǎo)致需求量大、投資高,使得研究者趨向于研發(fā)超低成本、高效率的吸附劑。給水污泥是城市供水廠沉淀池沉降廢物,主要以鐵和鋁為主。然而原態(tài)給水污泥吸附磷飽和量非常有限,要滿足磷污染現(xiàn)狀控制,需要相當(dāng)數(shù)量給水污泥,因而大量增加了其他成本,不利于給水污泥資源化利用。因此需要以給水污泥為對象改性給水污泥,并進(jìn)行改性給水污泥粉末配合石灰、粉煤灰造粒,研究除磷效果及探究機(jī)理,以增強(qiáng)給水污泥資源化及在水體處理方面的推廣性。原態(tài)給水污泥粉末除磷效果及機(jī)理探究實驗研究結(jié)論:隨著吸附劑投加量的增加去除率曲線逐漸上升,磷吸附量曲線逐漸下降。隨著磷初始濃度的逐漸增加,磷去除率曲線趨勢逐漸降低,磷吸附量曲線趨勢逐漸上升。隨著pH的逐漸增加,磷去除率與磷吸附量曲線趨勢逐漸降低。磷初始濃度、pH、時間為顯著影響因素,投加量為非顯著影響因素。離子運(yùn)動至粉末表面過程中固液界面擴(kuò)散過程起主導(dǎo)作用。吸附磷過程容易進(jìn)行,化學(xué)吸附起主導(dǎo)作用,給水污泥粉末對磷的最大平衡吸附量為4.172 mg/g。結(jié)合表征,可判斷出磷吸附過程為離子交換。改性給水污泥粉末除磷效果及機(jī)理探究實驗研究結(jié)論:隨著改性粉末投加量增大,磷去除率增加,磷吸附量逐漸降低。不同初始濃度影響實驗結(jié)果表明,隨著磷溶液初始濃度增加,去除率逐漸減小,磷吸附量逐漸增大;當(dāng)pH為3時磷去除效果最好。pH為顯著影響因素,其他3種均為非顯著影響因素。離子運(yùn)動至粉末表面過程中固液界面擴(kuò)散過程起主導(dǎo)作用;后期反應(yīng)過程為化學(xué)吸附。溫度在改性給水污泥除磷過程中不是決定性因素;據(jù)分離因子判斷,改性給水污泥除磷為有利吸附。改性給水污泥顆粒除磷效果及機(jī)理探究實驗結(jié)論:改性給水污泥粉末:粉煤灰:生石灰=8:4:3條件下除磷效果最好,與原態(tài)給水污泥粉末0.25g的去除率24.77%、改性粉末給水污泥0.25g的去除率97.73%相比,改性顆粒0.25g的去除率為61.08%。改性給水污泥顆粒顆粒表面出疏松多孔、凹凸不平、分散不均、表面積大等特點。隨著顆粒投加量的增加,溶液磷去除率曲線呈現(xiàn)逐漸上升趨勢。隨著磷初始濃度的增加,磷去除率逐漸下降,磷吸附量逐漸增加。隨著pH的變化,磷去除率、吸附量曲線呈現(xiàn)山形。實驗運(yùn)行因素影響順序為:磷初始濃度給泥顆粒投加量吸附時間pH,各因素最佳組合處理水平為:A3B1C3D4,即初始濃度為10mg/L,pH為3,投加量為1.0g/L,吸附時間4h,去除率為93.14%。:離子運(yùn)動至粉末表面過程中顆粒內(nèi)擴(kuò)散過程起主導(dǎo)作用;在整個流程中化學(xué)吸附起主導(dǎo)作用。等溫吸附實驗表明:吸附磷過程容易進(jìn)行,化學(xué)吸附起主導(dǎo)作用。鹽酸溶液對磷的解析率最高,氫氧化鈉溶液對磷的解析率次之,純水條件下磷解析率最低。實際污水處理試驗結(jié)論:對于低磷濃度水體而言,通過改性給水污泥顆粒降解,當(dāng)投加量為5粒(0.5cm)時,廣州增城內(nèi)河磷去除率為93%,新塘污水處理廠二沉池磷去除率為63%,海倫堡花園池塘磷去除率為59%。對于中高濃度含磷水體通過改性給水污泥顆粒降解,當(dāng)投加量為5粒(0.5cm)時,潼湖流域某農(nóng)戶家分散生活污水原液磷去除率為86%,潼湖流域分散生活污水濕地出水磷去除率為85%,新塘污水處理廠初沉池出水磷去除率為87%。給水污泥從原態(tài)粉末到改性,再到制造顆粒,是一個蛻變的過程。原態(tài)給水污泥的磷吸附效果小于改性后效果,同時也小于改性后給水污泥顆粒的吸附效果;然而,改性給水污泥粉末去除磷的效果優(yōu)于顆粒吸附效果,原因我們分析為粉末的表面積大。在顆粒吸附磷實驗過程中,不管是單因素還是正交實驗,或者動力學(xué)實驗,實驗過程中,誤差還是較大的,這是因為顆粒的制造過程是依靠手工完成,顆粒的大小不是很一致,最后導(dǎo)致實驗結(jié)果的誤差,但是在多次實驗以后還是可以找出相應(yīng)規(guī)律;總而言之,給水污泥顆粒的制造還是成功的,顆粒堅硬,吸附能力強(qiáng),造價低廉,是給水污泥資源化再利用的有效參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：鐵優(yōu)化 給水污泥 吸附 改性 顆粒 實際污水
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 水體中磷污染來源及危害13-18
• 1.1.1 水體中磷污染來源13-16
• 1.1.2 水體中磷污染危害16-18
• 1.2 磷污染水處理方法18-23
• 1.2.1 物理除磷18-20
• 1.2.2 化學(xué)除磷20-21
• 1.2.3 生物除磷21-23
• 1.3 給水污泥研究進(jìn)展23-26
• 1.3.1 給水污泥來源23-24
• 1.3.2 給水污泥危害24
• 1.3.3 給水污泥綜合應(yīng)用24-26
• 1.4 研究目標(biāo)26
• 1.5 研究內(nèi)容26-29
• 2 試驗材料及方法29-35
• 2.1 試驗材料、試劑、儀器設(shè)備29-30
• 2.1.1 主要試驗材料29
• 2.1.2 主要試驗設(shè)備29
• 2.1.3 主要試驗試劑29-30
• 2.2 給水污泥制備及試劑配制30-31
• 2.2.1 原態(tài)給水污泥制備30
• 2.2.2 改性給水污泥制備30
• 2.2.3 改性給水污泥顆粒制備30-31
• 2.2.4 主要試劑配制31
• 2.3 主要分析方法31-34
• 2.3.1 試驗材料表征31
• 2.3.2 單因素實驗法31-32
• 2.3.3 正交實驗法32
• 2.3.4 動力學(xué)實驗法32
• 2.3.5 等溫吸附實驗法32-34
• 2.3.6 解析實驗34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 3 原態(tài)給水污泥粉末除磷效果及機(jī)理探討實驗35-49
• 3.1 單因素實驗35-37
• 3.1.1 投加量的影響35
• 3.1.2 初始濃度的影響35-36
• 3.1.3 pH的影響36-37
• 3.2 正交實驗37-39
• 3.2.1 正交試驗方法37
• 3.2.2 正交試驗結(jié)果37-39
• 3.3 動力學(xué)實驗39-42
• 3.4 等溫吸附實驗42-45
• 3.4.1 Langmuir等溫吸附模型擬合42
• 3.4.2 Freundlich等溫吸附模型擬合42-43
• 3.4.3 D-R等溫吸附模型擬合43-44
• 3.4.4 Generalized isotherm等溫吸附模型擬合44-45
• 3.5 吸附原態(tài)給水污泥表征45-47
• 3.5.1 SEM45-46
• 3.5.2 XRD46
• 3.5.3 吸附前后給水污泥表面EDS表征46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 4 改性給水污泥粉末除磷效果及機(jī)理探討實驗49-67
• 4.1 改性前后對比試驗49
• 4.2 單因素實驗49-53
• 4.2.1 投加量的影響49-51
• 4.2.2 初始濃度的影響51-52
• 4.2.3 pH的影響52-53
• 4.3 正交實驗53-55
• 4.3.1 正交試驗方法53-54
• 4.3.2 正交試驗結(jié)果54-55
• 4.4 動力學(xué)實驗55-57
• 4.5 等溫吸附實驗57-61
• 4.5.1 Langmuir等溫吸附模型擬合57-58
• 4.5.2 Freundlich吸附等溫線58-59
• 4.5.3 D-R等溫吸附模型擬合59
• 4.5.4 Generalized isotherm等溫吸附模型擬合59-61
• 4.6 吸附前后改性給水污泥表征61-64
• 4.6.1 SEM61-62
• 4.6.2 XRD62
• 4.6.3 EDS62-64
• 4.7 解析試驗64-65
• 4.8 本章小結(jié)65-67
• 5 改性給水污泥顆粒除磷效果及機(jī)理探討實驗67-85
• 5.1 改性給水污泥造粒實驗67-68
• 5.2 單因素實驗68-72
• 5.2.1 顆粒投加量的影響68-69
• 5.2.2 初始濃度的影響69-70
• 5.2.3 pH的影響70-72
• 5.3 正交實驗72-74
• 5.3.1 正交實驗方法72
• 5.3.2 正交試驗結(jié)果72-74
• 5.4 動力學(xué)實驗74-76
• 5.5 等溫吸附實驗76-79
• 5.5.1 郎格繆爾76-77
• 5.5.2 Freundlich吸附等溫線77
• 5.5.3 D-R等溫吸附模型擬合77-78
• 5.5.4 Generalized isotherm等溫吸附模型擬合78-79
• 5.6 吸附前后原態(tài)給水污泥表征79-82
• 5.6.1 SEM79-80
• 5.6.2 XRD80-81
• 5.6.3 EDS81-82
• 5.7 解析試驗82-83
• 5.8 本章小結(jié)83-85
• 6 實際污水處理試驗85-88
• 6.1 改性給水污泥顆粒吸附低濃度水體中磷的試驗85
• 6.2 改性給水污泥顆粒吸附中高濃度含磷水體85-86
• 6.3 本章小結(jié)86-88
• 7 結(jié)論與展望88-91
• 7.1 研究結(jié)論88-89
• 7.2 展望89-91
• 8 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果97

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：703850