【摘要】：給水廠鋁污泥是城市自來水廠的副產(chǎn)物,本研究通過響應面法優(yōu)化制備條件將其顆�；�,并通過對其進行有機改性提高對氮、磷污染物的吸附性能,由此研發(fā)出一種新型鋁污泥基質(zhì)填料應用于構建模擬潮汐流人工濕地,通過改變進水規(guī)律創(chuàng)造好氧/缺氧循環(huán)的微觀環(huán)境提高微生物活性,并探究其在不同水力停留時間條件下對農(nóng)田排水中氮、磷污染物的截留能力。本研究首先使用氯代十六烷基吡啶(CPC)對鋁污泥粉末進行改性,通過SEM、XRD和EDS等表征技術對制備的鋁污泥基質(zhì)表面特征和組成結構進行研究和分析。SEM表征結果發(fā)現(xiàn)鋁污泥改性后表面呈現(xiàn)凹凸不平和疏松多孔,比表面積增大;XRD分析出鋁污泥成分較復雜,含有多種金屬化合物,其中含有大量的SiO_2和較少量的AlPO_4;EDS分析表明鋁污泥主要由C、O、Al和Si構成,此外還含有少量的Fe、Mg、K等元素。繼而用鋁污泥粉末造粒得到新型顆粒狀鋁污泥基質(zhì)(GASM),通過SEM表征可以看到其外表面粗糙、溝壑較多,內(nèi)部孔隙發(fā)達且大多互相連通;XRD分析出GASM中Al元素主要是以非晶態(tài)形式AlPO_4存在的,因此對陰離子具有較強的吸附能力;EDS表征結果發(fā)現(xiàn)由于添加劑硅酸鈉的加入使得GASM中的Al、C元素含量有所降低,Si元素的含量有所提高,表明基質(zhì)中SiO_2的含量增加。為探討鋁污泥改性后對氮、磷污染物的吸附效果,對CPC改性鋁污泥粉末進行靜態(tài)吸附實驗,并通過正交試驗考察投加量、初始溶液濃度和初始pH值變化對實驗影響的顯著性,隨后進行吸附動力學和吸附等溫線實驗驗證其吸附機理,最后通過解吸實驗考察可重復利用性。實驗結果表明:經(jīng)過改性,鋁污泥粉末對磷的吸附效果提升明顯,但對硝酸鹽氮的吸附效果提升有限,在酸性條件下對磷酸鹽和硝酸鹽氮的吸附效果明顯優(yōu)于堿性條件;正交實驗可知吸附的影響因素按影響大小順序為:pH投加量磷的初始濃度反應時間,方差分析可知pH值是實驗顯著影響因素;動力學實驗表明CPC改性鋁污泥粉末對磷的吸附過程是有利吸附,主要機制是靜電吸引和離子交換;在對硝酸鹽氮的吸附過程中化學吸附和顆粒內(nèi)擴散起到了主導作用;吸附等溫線實驗擬合得到其對磷的最大單位吸附量為5.3mg/g;解吸實驗結果表明其具有可重復利用性�；陧憫娣▋�(yōu)化鋁污泥基質(zhì)造粒試驗可知,煅燒溫度、原料配比和添加劑比例三個因素對GASM綜合指標的影響是交互進行的。添加劑比例為中心值時,鋁污泥比例和煅燒溫度的交互影響最顯著,優(yōu)化得到GASM最優(yōu)的制備條件為:煅燒溫度約1010℃,鋁污泥與粉煤灰比例73:27,添加劑比例11%。以最優(yōu)制備條件得到GASM,并對其進行改性,將基于CPC改性的GASM應用于模擬構建的潮汐流人工濕地實驗裝置,實驗結果表明:隨著水力停留時間的增加,總氮和總磷的去除率呈先增后減的趨勢,最佳水力停留時間為12h,對模擬農(nóng)田排水中總氮和總磷的最大去除率分別達到54.58%、72.91%,表現(xiàn)出較好的去除效果。由于時間及實驗條件限制,本研究還存在一些不足有待后續(xù)補充研究,比如本研究中CPC改性鋁污泥粉末對硝酸鹽氮的吸附效果與預期差異較大;本研究所模擬構建的潮汐流人工濕地也應進一步進行中試實驗,其中可以添加挺水植物,以便發(fā)揮植物吸收作用使農(nóng)田排水中的氮、磷污染物截留效果更好。
【圖文】：

農(nóng)業(yè)面源污染是我國目前較突出的環(huán)境問題之一，近年來，由于我國部分地區(qū)的農(nóng)田大量施用氮、磷化肥以提升單位面積糧食產(chǎn)量，導致化肥的利用效率越來越低，氮、磷流失的風險越來越大[1]，農(nóng)田中的化肥（特別是氮肥和磷肥）在大氣降水或農(nóng)田灌溉過程中，通過農(nóng)田地表徑流及地下水遷移被帶進水體而造成農(nóng)業(yè)面源污染，對農(nóng)田附近水體造成的負荷不斷增加[2]。農(nóng)田氮、磷污染導致農(nóng)田附近水體水質(zhì)逐漸惡化，致使水體嚴重富營養(yǎng)化，同時也引起了地下水水質(zhì)超標。有文獻顯示，，某地區(qū)施用的化肥，有效利用率僅有 30~40%左右[3]，大部分氮肥和磷肥的徑流損失和淋溶損失使得地表水和地下水氮、磷含量很高[4]；另有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示我國的富營養(yǎng)化水體約占總數(shù)的 63.6%，太湖、巢湖和滇池等部分農(nóng)業(yè)高產(chǎn)地區(qū)總氮和總磷的濃度是 20 世紀 80 年代初的 10 倍以上，超過 50%的氮、磷污染負荷是來自農(nóng)業(yè)面源污染[5-7]，其中硝態(tài)氮是農(nóng)田地表徑流無機氮流失的主要成分，由于硝酸鹽在水體中具有較高的穩(wěn)定性，水體中含量過高的的硝酸鹽對環(huán)境和人體健康都會造成不良影響，同時水體中較高濃度的磷酸鹽（含量大于 0.01~0.02ppm）會造成水體富營養(yǎng)化，使水質(zhì)惡化，水體較難自凈和恢復到正常狀態(tài)[8]，因此如何控制農(nóng)田面源污染，經(jīng)濟高效的阻控氮、磷元素由農(nóng)田向其附近水體轉移成為一個急需解決的環(huán)境問題。

冷卻至室溫后保存?zhèn)溆谩?.2.3 CPC 改性 GASM 制備將 GASM 成品使用一定濃度的 CPC 進行改性，具體改性方法：稱取適量 GASM置于 150mL 錐形瓶，加入配置好的一定濃度的 CPC 溶液，將錐形瓶密封后置于 30℃恒溫水浴振蕩器中以 120r/min 的頻率振蕩，振蕩 24h 后取出固體顆粒并用超純水反復沖洗以徹底洗凈，洗凈的標志為清洗上清液使用 AgNO3檢測沒有乳白色沉淀產(chǎn)生[18]，隨后將 CPC 改性 GASM 置于 50℃烘箱烘干備用。2.3 改性鋁污泥粉末表征2.3.1 掃描電鏡（SEM）分析鋁污泥改性前后的電鏡掃描結果如下圖所示，圖(a)為原始態(tài)鋁污泥，圖(b)為 CP改性鋁污泥，放大倍數(shù)為 5000 倍。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X712

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2 ;日本大阪利用新技術使污泥“變廢為寶”[J];中國建材資訊;2015年06期

3 肖瓊;;從韓國經(jīng)驗透視中國污泥政策障礙[J];給水排水動態(tài);2017年04期

4 廖永芳;;新型污泥處理裝置的工程評價[J];煉油設計;1982年01期

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本文編號：2691884