改性凹凸棒土填料处理富营养化水体及底泥覆盖效果研究

发布时间：2020-06-15 00:52

【摘要】：近年来,随着经济发飞速发展,工农业的快速发展,使得大量的氮磷等植物生长营养元素排入到河流、湖泊等地表水体,引发了严重的水体富营养化。随着排污治理力度不断加大,进入水体的外源性污染物有所减少,但底泥向上覆水体持续释放的污染物给水质带来巨大影响。凹凸棒土是一种含水镁铝硅酸盐天然粘土矿物,其特殊的内部孔道结构使其具有较强的吸附性能,常被用做吸附材料。本文以凹凸棒土为研究对象,目的是筛选出一种经济有效的凹凸棒土改性方法,研制出一种既可以用于生物反应器中的填料吸附除磷的吸附剂,又用于底泥覆盖材料控制底泥中污染物质向上覆水体释放。首先对沸石、粉煤灰和凹凸棒土进行了热改性、酸改性、碱改性、盐改性和稀土改性,筛选并明确凹凸棒土为最佳吸附材料。在比对传统改性方法的基础上,研制了一种球形镧改性凹凸棒土填料,试验了不同条件制备下对于填料去除总磷效果的影响;然后设计一种装填球形镧改性凹凸棒土填料的生物反应器,开展低中高浓度含磷废水动态吸附实验,并加入聚磷菌进行比对吸附效果;最后用镧改性凹凸棒土和天然粘土矿物以及组合覆盖的方式,研究不同覆盖材料对底泥中氮磷释放的抑制效果。研究结果表明:沸石通过酸、碱、盐、稀土和热改性后对于总磷几乎没有去除效果,不适合作为除磷吸附剂;经过NaOH改性的粉煤灰具有良好的除磷效果,2mol/LNaOH改性后的粉煤灰对于模拟废水中总磷的去除率高达95%;但是粉煤灰含有大量重金属等污染物,在实际应用中可能会造成二次污染;天然凹凸棒土对于总磷有一定的吸附效果,经过热改性、酸改性、碱改性、盐改性、稀土改性后凹凸棒土的除磷效果有明显的提高,其中稀土镧改性效果最佳。球形镧改性凹凸棒土填料最佳制备条件为:焙烧温度在500-600℃之间,焙烧时间为3h,粒径大小10-12mm,凹凸棒土:核桃砂颗粒:硅酸钠:氯化镧比例为5:2:2:1。根据Langmuir理论,理论计算凹凸棒土填料最大吸附量为1.733mg/g,在实际实验中测得对于100mL,10mg/L模拟含磷废水最大去除率可达95%最大吸附量为2.316mg/g。球形镧改性凹凸棒土进行反应器模拟动态吸附实验,镧改性凹凸棒土填料对低中高含磷废水都有较好的去除效果,对0.5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到97%,对5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到77%,对50mg/L的含磷废水运行5天去除率达到42.2%。同时加入聚磷菌联合处理后在相同条件下磷的去除效果能明显提高,对0.5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到98%,对5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到87%,对50mg/L的含磷废水运行5天去除率达到51.5%。沸石、方解石、凹凸棒土和镧改性凹凸棒土等覆盖底泥材料对底泥中总磷的抑制效果从高到低顺序为:镧改性凹凸棒土凹凸棒土沸石方解石,镧改性凹凸棒土对抑制底泥总磷效果最好;抑制底泥总氮释放从高到低顺序为:沸石镧改性凹凸棒土方解石凹凸棒土,沸石对抑制底泥总氮效果最好;抑制底泥氨氮释放从高到低顺序为:沸石方解石凹凸棒土镧改性凹凸棒土,沸石对抑制底泥氨氮效果最好。镧改性凹凸棒土以及联合天然粘土覆盖底泥时,当镧改性凹凸棒土覆盖越多,试验中除磷效果越佳,当镧改性凹凸棒土覆盖量为50g时,上覆水体的磷含量为0.177mg/L;当镧改性凹凸棒土覆盖量为100g时,上覆水体的磷含量为0.066mg/L;当镧改性凹凸棒土覆盖量为150g时,上覆水体的磷含量为0.051mg/L。镧改性凹凸棒土对于总氮和氨氮处理效果不明显。因此,将镧改性凹凸棒土与沸石制成联合覆盖材料,可以提高底泥释放抑制效果。
【学位授予单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X52
【图文】：

凹凸棒土,富营养化水体,凹凸棒石,理论化学

Bradley提出了凹凸棒土的晶体结构模型如图1.1，并得到其理论化学式Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O(Bradley,1940)，其理论化学成分质量分布为：SiO2为56.96%;MgO为23.83%;H2O为19.21%。

效果图,除磷,改性粉煤灰,效果

）粉煤灰的热改性粉煤灰具有较大孔隙率，但是未改性的粉煤灰的孔隙中通常含有自由水，从而会影响粉煤灰的吸附能力。不同温度热改性粉煤灰对磷的吸附去除率如图2.1所示。热改性结果表明，在300℃、400℃和500℃煅烧条件下，改性粉煤灰的除磷能力有一定的提高，但是跟原样相比并不显著。在400℃下改性的粉煤灰除磷效果相对较好，超过400℃后其除磷效果降低。类似研究如苗文凭(2008)将粉煤灰在200-800℃下进行热改性，在300℃下除磷效果最好，超过300℃后除磷效果

【参考文献】