钢渣—粉煤灰复合PRB介质修复地表水中典型污染物的研究

发布时间：2017-05-10 00:10

  本文关键词：钢渣—粉煤灰复合PRB介质修复地表水中典型污染物的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可渗透反应墙(Pemeable Reactive Barrier,PRB)是一项在发达国家广泛研究并有商业化应用的地下水原位修复技术。随着研究的深入,国外有将PRB用于污染地表水修复的报道,其介质材料主要是活性炭、硅铝酸盐和有机碳等天然吸附剂,或矿渣、火山渣等固体废弃物。而国内在这方面的相关研究还较少。本文根据我国地表水污染情况,选择COD、NH4+-N、PO4.P、Pb2+和Cd2+典型污染物作为检测指标,利用具有一定吸附能力的钢渣和粉煤灰,借鉴地质聚合物的高抗压强度和耐久性等优良性能,通过系统的理论分析和实验研究,制备出高性能的改性钢渣、改性粉煤灰和钢渣粉煤灰基多孔地聚物材料作为复合活性反应介质,构建PRB系统模拟修复污染地表水。1、以钢渣为原料,优选出添加Al(OH)3煅烧法对其进行改性,最佳工艺条件为：煅烧温度700℃,钢渣:Al(OH)3=5:1(m/m)。利用SEM.XRD.FITR对改性钢渣进行检测分析可知,表面结构被破坏,变得粗糙、多孔,RO相增多,C3S减少,无定型物质增加。系统研究了改性钢渣在单元体系和多元体系中对典型污染物的吸附性能,实验结果表明在COD-NH4+-N-PO4-P三元体系中对P04-P有很好的选择性,去除率达93%,在Pb2+-Cd2+二元体系中对Pb2+和Cd2+均有较好的吸附效果,去除率分别达97%和94%；并通过等温吸附和吸附动力学研究获得相应体系下的吸附参数、动力学反应级数和吸附速率的主控步骤,揭示出改性钢渣对典型污染物的吸附过程受污染物特性和溶液pH的影响很大,有不同的作用机理。2、以粉煤灰为原料,选出NaOH为改性剂,对其进行水热改性,最佳工艺条件为：粉煤灰：氢氧化钠=4：1(m/m)、铝粉CTMAB溶液浓度2%(m/m),反应温度和时间分别为100℃和6h。利用SEM.XRD和FITR对改性粉煤灰进行检测分析可知,表面被完全破坏,变得粗糙、多孔,有类沸石物质生成。系统研究了改性粉煤灰在单元体系和多元体系中对典型污染物的吸附性能,实验结果表明在COD-NH4+-N-P04-P三元体系中对COD和NH4+-N有很好的选择性,去除率分别达88%和84%,在Pb2+-Cd2+二元体系中对Pb2+和Cd2+均有较好的吸附效果,去除率分别达91%和89%;并通过等温吸附和吸附动力学研究获得相应体系下的吸附参数、动力学反应级数和吸附速率的主控步骤,揭示出改性粉煤灰对典型污染物的吸附过程受污染物特性和溶液pH的影响很大,有不同的作用机理。3、将粉煤灰和钢渣作原料,以抗压强度、体积密度和透水系数为检测指标,结合其对COD、MH4+-N、PO4-P、Pb2+和Cd2+的吸附效果,通过系统的实验,综合分析得到钢渣粉煤灰基多孔地质聚合物材料的最佳制备条件：粉煤灰：钢渣=1：1(m/m),由钠水玻璃和NaOH配置成模数为1.5的液体碱,在液体碱的激发下,添加1%的铝粉作为发泡剂和1%的CTMAB。利用SEM、XRD和FITR对样品进行检测分析表明有地质聚合物生成,且有少量类沸石物质。制得的样品具有良好的抗压强度和透水系数,分别为2.9MPa、和0.35mm/s,并且对COD、NH4+-N、PO4-P22+和Cd2+有较好的吸附性能,去除率分别为78%、74%、82%、95%和91%。4、将改性钢渣、改性粉煤灰作为PRB系统中间部分的反应介质填料,将钢渣粉煤灰多孔地聚物基材料作为PRB系统两侧的的墙体反应介质,构建了PRB模拟系统。以模拟污染汾河水样为处理对象,对构建的PRB模拟系统进行性能考察,耐受性和稳定性良好,当V改性钢渣：V改性粉煤灰=1：1时,COD、NH4+-N、PO4-P、Pb2+和Cd2+的去除率在第8天达到最高,分别为77%、82%、93%、96%和92%,第32天相应的去除率降为68%、69%、83%、84%和81%。另外,研究表明水力负荷、改性粉煤灰添加比例对水样的处理效果及系统稳定性均有有影响。总体而言,该系统效果明显、经济可行,不仅拓展了PRB用于污染地表水处理的途径,同时实现“以废治废”。
【关键词】：PRB(可渗透反应墙) 粉煤灰 钢渣 吸附 地质聚合物 污染地表水
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;X705
【目录】：

• 中文摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 文献综述14-36
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 PRB污染修复技术研究概述15-20
• 1.2.1 PRB技术简介15
• 1.2.2 PRB技术的反应介质材料及修复原理15-18
• 1.2.3 PRB技术研究进展18-20
• 1.3 钢渣和粉煤灰在水处理应用中的研究进展20-26
• 1.3.1 钢渣和粉煤灰的来源及特性20-22
• 1.3.2 钢渣和粉煤灰用于水处理技术的研究进展22-26
• 1.4 地质聚合物材料的研究进展26-33
• 1.4.1 地质聚合物的结构及合成机理26-30
• 1.4.2 地质聚合物的性能及应用30-31
• 1.4.3 地质聚合物合成的影响因素31-33
• 1.4.4 多孔地质聚合物材料33
• 1.5 研究意义及内容33-36
• 第二章 钢渣的改性及其处理地表水中典型污染物的研究36-70
• 2.1 实验材料和方法36-41
• 2.1.1 实验材料36-37
• 2.1.2 主要试剂和仪器37-38
• 2.1.3 实验方法38-41
• 2.2 结果与讨论41-68
• 2.2.1 改性钢渣的制备及表征41-48
• 2.2.2 改性钢渣对COD、NH_4~+-N和PO_4-P的吸附性能及机理研究48-59
• 2.2.3 改性钢渣对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能及机理研究59-68
• 2.3 本章小结68-70
• 第三章 粉煤灰的改性及其处理地表水中典型污染物的研究70-96
• 3.1 实验材料和方法70-72
• 3.1.1 实验材料70-71
• 3.1.2 主要试剂和仪器71
• 3.1.3 实验方法71-72
• 3.2 结果与讨论72-94
• 3.2.1 改性粉煤灰的制备及表征72-78
• 3.2.2 改性粉煤灰对COD、NH_4~+-N和PO_4-P的吸附性能及机理研究78-86
• 3.2.3 改性粉煤灰对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能及机理研究86-94
• 3.3 本章小结94-96
• 第四章 钢渣粉煤灰基多孔地聚物的研究96-116
• 4.1 实验材料和方法96-99
• 4.1.1 实验材料96
• 4.1.2 主要试剂和仪器96-97
• 4.1.3 实验方法97-99
• 4.2 结果与讨论99-114
• 4.2.1 发泡剂种类及其添加量对材料性能的影响99-102
• 4.2.2 钢渣和粉煤灰的质量比对材料性能的影响102-104
• 4.2.3 CTMAB添加量对材料性能的影响104-107
• 4.2.4 液体碱激发剂的模数对材料性能的影响107-109
• 4.2.5 水加入量对材料性能的影响109-111
• 4.2.6 钢渣粉煤灰基多孔地聚物材料的表征111-114
• 4.3 本章小结114-116
• 第五章 钢渣粉煤灰复合介质PRB模拟应用研究116-120
• 5.1 实验材料和方法116-117
• 5.1.1 实验材料116
• 5.1.2 系统构建及实验方法116-117
• 5.2 结论与讨论117-119
• 5.3 本章小结119-120
• 第六章 结论与建议120-124
• 6.1 结论120-121
• 6.2 创新点121-122
• 6.3 建议122-124
• 参考文献124-143
• 攻读学位期间取得的研究成果143-144
• 致谢144-145
• 个人简况及联系方式145-146
• 承诺书146-147

  本文关键词：钢渣—粉煤灰复合PRB介质修复地表水中典型污染物的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：353587