矿物基多孔生物载体材料的制备及其水处理应用

发布时间：2020-09-09 17:16

　　本文以廉价易得的天然凹凸棒石粘土、针铁矿为主要原料,以锯末为成孔剂,水玻璃为粘结剂,在空气气氛下煅烧,分别制备出具有高生物负载量和对磷具有强烈亲和性和高吸附容量的复合填料-铁氧化物多孔陶粒(IPC)和凹凸棒石基多孔陶粒(PC),利用多孔陶粒的抗压强度作为评价多孔陶粒质量的指标,通过单因素实验来确定各因素的变化范围为:锯末加入量20%-40%,凹凸棒石加入量50%-70%,煅烧时间1-3h,煅烧温度500-700℃,并通过正交实验优化出多孔陶粒的煅烧工艺和物料配比。结果表明:凹凸棒石粘土加入量为50 wt%GT、锯末加入量为20wt%GT、锻烧温度为700℃、煅烧时间为3h。凹凸棒石粘土加入量为70 wt %、锯末加入量为20 wt %、水玻璃12 wt %,煅烧温度为700℃、锻烧时间为3h。所获得的IPC和PC项目指标均符合或者高于《人工陶粒的国家标准》。并通过扫描电子显微镜(SEM),偏光显微镜(PM),和Miro-CT等技术来表征多孔陶粒孔结构特征及其特性。结果表明:IPC材料的孔连通性好,大孔孔径10-20μm,抗压强度达到51-78N,比表面积为79 m2/g,是一种以开放空隙为主的多孔生物陶粒。由于其发达的多孔结构,微生物可以通过IPC开放性孔隙深入IPC内部附着生长,提高微生物生物膜层的可渗透能力,提高污染物的去除率。在相同尺寸的曝气生物滤池(BAF)中,分别装入自制的IPC、PC和市售陶粒(CAC)三种不同的填料处理模拟生活污水,进行了对比研究,并通过调整不同工艺运行参数,摸索B AF运行水力停留时间(HRT)和气水比(A/W)等关键的工艺运行参数对污染物去除效果的影响,指出在HRT为7小时,A/W3:1的条件下,对氮磷的处理效果优于CACBAF和PCBAF。IPCBAF能够同时完成硝化和反硝化,并且实现了高效的同步脱氮除磷。优化了 IPCBAF工程运行参数,构建了 IPCBAF运行系统,通过实验获得IPCBAF设计必须的技术参数。实现了从材料制备方法、废水深度处理工艺,到过程控制,设备构筑物设计的系统化集成。微生物在BAF运行中起到关键的作用,其活性和功能直接影响BAF的处理效果,本论文研究了 BAF沿程高度的生物负载量,同时研究了微生物的种群特征,而且还分析了BAF微生物群落多样性。阐明了不同类型微生物存在于BAF中,为BAF的设计和高效稳定的运行提供微生物方面的信息。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ424;X799.3
【部分图文】：

凹凸棒石,晶体结构

在晶体化学式中：Ｅ２＋代表可交换阳离子；Ｒ３邋＋代表Ｆｅ３＋和Ａｌ３＋；邋□代表八面逡逑体空位。逡逑凹凸棒石的晶体结构特点如图１－１所示。凹凸棒石的晶体结构是通过八面逡逑体连接在凹凸棒石的晶体结构中，沿ｃ轴方向形成一个宽约０．３７ｘ0．６３ｎｍ的通逡逑道，其中被＆０分子和Ｎａ＋、Ｃａ２＋等离子填充。凹凸棒石的晶体结构表现为指逡逑向翻转的Ｓｉ０４四面体，晶体与链平行的ｃ轴方向，四重链之间通过Ｓｉ－０－Ｓｉ连逡逑接，指向相背的硅氧四面体之间形成延ｃ方向的孔道，指向相对的硅氧四面体逡逑之间［３３＿４（）］。逡逑逦逦0？？0■逦＾００１！逡逑0邋ＨＺ0逡逑！００＾§§￥＾００ｉ邋００逡逑？邋Ｍｇ，Ａｌ逡逑ｏ邋Ｓｉ逡逑…逦逦逡逑图１－１凹凸棒石晶体结构００１方向投影图逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｎ邋００１邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑凹凸棒石中存在三种类型的水：一种水是沸石水，当凹凸棒石晶体结构中逡逑的沸石水失去后，晶体结构不被破坏，可以从外界吸附ｈ２ｏ；第二种是凹凸棒逡逑石晶体结构中八面体中的阳离子与孔道内壁上成配位关系的结晶水0Ｈ２；第

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图２－４邋ＩＰＣ实物图逡逑Ｆｉｇ．邋２－４邋Ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＩＰＣ邋（ａ－ＣＡＣ；邋ｂ－ＩＰＣ）逡逑

【参考文献】