陶粒基人工湿地处理生活污水及新型陶粒的开发研究

发布时间：2016-11-25 14:02

  本文关键词：陶粒基人工湿地处理生活污水及新型陶粒的开发研究，由笔耕文化传播整理发布。

《山东大学》 2015年

陶粒基人工湿地处理生活污水及新型陶粒的开发研究

孟盼盼  

【摘要】：水资源短缺和水环境污染是我国水环境面临的两大重要问题,尤其是对于经济实力薄弱、基础设施建设差的农村,大量没有经过处理的生活污水直接排入各种水体,严重污染水生态环境,污水的治理迫在眉睫。人工湿地具有投资少、运行管理简单、美化环境等优点,在我国经济实力薄弱的农村具有广阔的应用前景。基质作为人工湿地的骨架,其粒径分布、孔隙率、化学组成等是影响湿地净化效果和使用寿命的一个很主要的因素,研究开发新型基质,研究基质的性能及去污机理对湿地系统的发展及水环境的生态保护具有重要意义。本论文以陶粒为人工湿地的基质处理生活污水,研究了运行期间湿地对污水的净化效果,考察了长期运行后固体物质累积量、基质水力渗透系数等的变化,以及湿地根际微生物的生长情况,探索陶粒作为湿地基质,对维护人工湿地运行稳定及延缓湿地堵塞的作用,为陶粒用作人工湿地基质的推广应用提供依据。同时,本论文考察了水厂污泥的理化特性及吸附特性,探讨了污泥制备陶粒的可行性,为新型陶粒的开发提供理论依据和技术支撑。此外,本论文还对污泥陶粒进行了性能测试及磷吸附特性研究,探讨了污泥陶粒做人工湿地基质的可行性。主要研究结论如下：(1)对利用陶粒为基质构建的人工湿地中试系统,进行净化效果的长期监测,结果表明,运行期间,三个湿地系统对污水的净化效果比较稳定,湿地对TP, COD, TN的去除率分别是31～44%,55～75%和42～59%。湿地夏秋季节比冬季净化效果好。湿地运行两年后,对湿地基质积累的有机物进行定性和定量分析,发现湿地两年期间积累有机物质共计4.19～4.61 kg/m2,年平均积累速度5.3～6.0 kg/m2a。湿地基质的渗透系数变化很小,相对于运行前,只降低了6.8～13.6%,说明湿地没有发生明显堵塞。湿地前端的有机物的积累量高于湿地后端,说明湿地的前端更容易发生湿地的堵塞。(2)本文对济南的三个水厂,泰安的一个水厂进行了污泥取样及成分分析,发现给水污泥中Al,Fe或Ca的含量比较高,对磷具有较强的吸附能力,玉清(606 mg P/kg),雪山(395 mg P/kg),鹊华(307 mg P/kg)和三合(206 mg P/kg),对于控制水体富营养化中具有较大的应用前景,因此可将给水污泥用作低廉、高效、新型的人工湿地除磷材料。从给水厂污泥成分分析来看,给水厂污泥主要无机成分以分以SiO2、A12O3和Fe2O3为主,类似粘土成分,主要是来自于水源水带来的一些泥沙以及水厂投加的絮凝剂所致,因此具有制备陶粒的潜力。(3)原料、温度、保温时间、污泥成分、升温曲线是影响污泥制备陶粒的主要因素,本文制轩的陶粒,以济南市玉清自来水厂的净水污泥为主要原料,粘土为辅料掺量为50%,1150℃焙烧而成,焙烧时间为10分钟。干燥条件为105℃,2小时。预热条件为：400℃,20分钟。通过对污泥陶粒进行理化分析,测得平均粒径4～6mm,比表面积4.55～4.85 m2/g,密度1.28～1.37g/cm3,其重金属含量没有超过国标GB5085.3-2007中规定的标准,说明净水污泥制备的陶粒用于水处理是安全可行的。(4)陶粒表面粗糙,并且有丰富的微孔结构,微孔间隙较大(1-5μm),具有较强的物理吸附能力。陶粒的机械强度高(筒压强度4.5Mpa),孔隙率高(47%),比表面积大,这些特点符合作为人工湿地基质的要求。陶粒对磷有很强的吸附能力,等温吸附特征符合Langmuir方程,最大磷吸附量为319 mg/kg。能谱分析及成分分析结果显示,陶粒中主要金属元素有Al、Fe、Ca和Mg,而Al、Fe、 Ca等元素的含量是影响基质对磷吸附的关键因素。(5)利用水厂污泥生产陶粒,并且用做人工湿地的基质处理生活污水,实现了水厂污泥的无害化、资源化和产业化处理,它有利于保护土地资源和水资源,降低了建设投资、运行费用等,在经济社会和环境等方面都拥有很高的使用价值。符合人类与自然谐调发展的客观要求,有利于促进良性生态环境的建设,有显著的社会、环境和经济效益,是一种技术和经济可行的污泥处理措施。这种方式尤其适合在中小城市和农村等缺少具有一定操作管理和技术水平的人员的条件下使用,具有极其广阔的应用前景。

【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X799.3
【目录】：

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