發(fā)布時(shí)間：2017-07-16 12:05

  本文關(guān)鍵詞：改性硅酸鈣的制備及其在養(yǎng)殖廢水厭氧除磷工藝中的應(yīng)用研究

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【摘要】：養(yǎng)殖廢水中的氮、磷帶來了嚴(yán)重的富營養(yǎng)化問題。其中,磷對藻類的生長影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氮,因此,去除養(yǎng)殖廢水中的磷,已成為處理養(yǎng)殖廢水的首要問題。目前,養(yǎng)殖廢水除磷工藝的方法有很多,然而單一的化學(xué)或者生物除磷工藝并不能達(dá)到理想的除磷效果。本研究結(jié)合化學(xué)吸附劑和生物厭氧工藝,通過將化學(xué)吸附劑投加到厭氧除磷裝置中,最終達(dá)到將養(yǎng)殖廢水中的限制性因素—磷高效去除的目的。主要研究內(nèi)容包括:化學(xué)沉淀+分散劑法制備改性硅酸鈣(modified calcium silicate,MCS)吸附劑、優(yōu)化MCS的制備工藝、MCS吸附性能和機(jī)制、MCS對污泥特性的影響等方面。旨在為生物除磷和化學(xué)除磷的結(jié)合提供參考和實(shí)踐基礎(chǔ)。首先,以傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法為基礎(chǔ),選取分散劑量、反應(yīng)溫度、鈣硅比、攪拌強(qiáng)度四種實(shí)驗(yàn)點(diǎn),通過響應(yīng)面優(yōu)化法考察影響磷吸附效果的重要因素,確定最佳的制備條件,實(shí)現(xiàn)最大的磷吸附效果。數(shù)據(jù)表明,單因素中攪拌強(qiáng)度對MCS磷吸附量的影響最大,其次是分散劑量、溫度,鈣硅比;在交互項(xiàng)中,溫度和攪拌強(qiáng)度對MCS磷吸附量的影響最大,其他的次之。MCS最佳制備條件為:溫度為50℃、攪拌強(qiáng)度為170 r·min-1、鈣硅比為1.53、分散劑量為鈣質(zhì)量的3.54%。然后,實(shí)驗(yàn)采用FT-IR、XRD、SEM對MCS進(jìn)行表征與分析。通過化學(xué)沉淀+分散劑法制備的MCS:表面呈蜂窩狀的結(jié)構(gòu)、平均粒徑為200 nm、純度較高、基本無雜質(zhì)殘留、為半結(jié)晶低有序度的硅酸鈣單相,說明MCS屬水合硅酸鈣的一種。與普通硅酸鈣相比,MCS的蜂窩狀結(jié)構(gòu)更有利于其對磷的吸附。其次,實(shí)驗(yàn)通過繪制吸附等溫曲線和吸附動(dòng)力曲線,擬合MCS的磷吸附反應(yīng)過程。結(jié)果表明,Langmiur吸附等溫模型和偽二級動(dòng)力學(xué)模型均能夠更好的對MCS磷吸附進(jìn)行描述,其吸附過程是介于單層和多層吸附之間,而且吸附表面較為均勻,主要的吸附過程包括顆粒外擴(kuò)散、顆粒表面吸附和離子交換過程。另外,實(shí)驗(yàn)還應(yīng)用沉淀-溶解原理,從理論上分析MCS與磷發(fā)生離子交換的特性機(jī)理,硅酸鈣與陰離子發(fā)生反應(yīng)優(yōu)先順序?yàn)镻O43-F-CO32-C2O42-SO42-CrO42-。結(jié)果表明,MCS與磷酸根的結(jié)合能力最強(qiáng),即MCS與磷的吸附沉淀反應(yīng)并不會(huì)受到其他離子的干擾,因此可使得MCS的除磷效率達(dá)到最大化,MCS具有特殊的磷吸附(離子交換)能力。最后,MCS投加到厭氧反應(yīng)裝置中,反應(yīng)器的平均出水COD和TP逐漸從702.4mg·L-1和22.7 mg·L-1降低到585.7 mg·L-1和0.4 mg·L-1;而平均COD和TP的去除率逐漸從91.1%和75.3%提高到92.6%和99.6%。說明MCS的投加大大提升了UASB的同步脫碳除磷的能力。同時(shí),投加MCS后,污泥中相關(guān)微生物在MCS黏附作用下,相互粘結(jié)在一起呈網(wǎng)狀團(tuán)聚體,使污泥顆粒的平均粒徑和D80的累計(jì)粒徑明顯增加,分別比反應(yīng)運(yùn)行初期增大了27.18%和32.16%。本研究還測定了污泥的EPS、產(chǎn)甲烷量和脫氫酶活性,并運(yùn)用Zeta電位法分析污泥特性變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn),反應(yīng)器U-2運(yùn)行20天內(nèi),污泥的Zeta電位絕對值變化很大,從開始的19.8 mV迅速降到了10.8 mV,比同階段的U-1中污泥Zeta電位降低了近3.5 mV;相比于U-1污泥,U-2污泥EPS、產(chǎn)甲烷量和脫氫酶活性分別提高了11%、23%和3.5%。結(jié)果表明,MCS不僅增強(qiáng)了污泥的活性,增加了反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷量,而且MCS表面帶有正的Zeta電位值,中和了污泥表面負(fù)的Zeta電位值,其吸附污泥而結(jié)合在一起,進(jìn)一步促進(jìn)了厭氧顆粒污泥的形成和生長,加強(qiáng)了污泥完全成粒的進(jìn)程。
【關(guān)鍵詞】：改性硅酸鈣 制備 養(yǎng)殖廢水 厭氧除磷 污泥活性
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X713
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 養(yǎng)殖廢水中磷的來源和特點(diǎn)9-10
• 1.2 除磷技術(shù)的研究概況10-16
• 1.2.1 生物法10-13
• 1.2.2 化學(xué)法13-16
• 1.3 硅酸鈣材料的研究狀況16-19
• 1.3.1 優(yōu)良性質(zhì)16
• 1.3.2 制備研究16-17
• 1.3.3 應(yīng)用研究17-19
• 1.4 課題的選題依據(jù)19-20
• 1.4.1 存在問題19
• 1.4.2 課題意義19-20
• 1.5 擬展開的主要工作20-21
• 第二章 MCS的制備及其表征21-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分21-23
• 2.1.1 MCS的制備21-22
• 2.1.2 單因素實(shí)驗(yàn)22
• 2.1.3 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)22
• 2.1.4 分析方法與表征22-23
• 2.2 結(jié)果與討論23-30
• 2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的選擇及影響23-24
• 2.2.2 響應(yīng)面模型的建立24-26
• 2.2.3 單因素及交互項(xiàng)的分析26-27
• 2.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化的最佳制備條件27-28
• 2.2.5 MCS的XRD表征28
• 2.2.6 MCS的FT-IR表征28-29
• 2.2.7 MCS的SEM表征29-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第三章 MCS磷吸附性能的研究31-39
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分31-34
• 3.1.1 MCS的制備31
• 3.1.2 吸附等溫實(shí)驗(yàn)31-32
• 3.1.3 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)32
• 3.1.4 分析方法32-34
• 3.2 結(jié)果與討論34-38
• 3.2.1 溫度對MCS吸附效果的影響34-35
• 3.2.2 磷的初始濃度對吸附效果的影響35
• 3.2.3 吸附動(dòng)力學(xué)研究35-37
• 3.2.4 沉淀-溶解平衡分析37-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第四章 MCS在養(yǎng)殖廢水厭氧除磷過程中污泥特性的影響研究39-48
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分39-42
• 4.1.1 MCS的制備39-40
• 4.1.2 反應(yīng)器的啟動(dòng)和運(yùn)行40
• 4.1.3 分析檢測方法40-42
• 4.2 結(jié)果與討論42-46
• 4.2.1 MCS對UASB去除COD、TP效果的影響42
• 4.2.2 反應(yīng)器運(yùn)行過程中污泥顆粒化過程分析42-43
• 4.2.3 污泥顆粒的SEM觀察和分析43-44
• 4.2.4 污泥特性變化分析44-45
• 4.2.5 Zeta電位法分析MCS對污泥變化的機(jī)理45-46
• 4.3 本章小結(jié)46-48
• 主要結(jié)論與展望48-50
• 主要結(jié)論48-49
• 展望49-50
• 致謝50-51
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文56

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 萬祥輝,常程康,毛大立;化學(xué)沉淀法制備納米硅酸鈣及其在模擬體液中的活性行為[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2005年02期

2 鄒偉國,張善發(fā),張辰,陸嘉z，

本文編號：548558