改性硅酸钙的制备及其在养殖废水厌氧除磷工艺中的应用研究

发布时间：2017-07-16 12:05

  本文关键词：改性硅酸钙的制备及其在养殖废水厌氧除磷工艺中的应用研究

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【摘要】：养殖废水中的氮、磷带来了严重的富营养化问题。其中,磷对藻类的生长影响要远远大于氮,因此,去除养殖废水中的磷,已成为处理养殖废水的首要问题。目前,养殖废水除磷工艺的方法有很多,然而单一的化学或者生物除磷工艺并不能达到理想的除磷效果。本研究结合化学吸附剂和生物厌氧工艺,通过将化学吸附剂投加到厌氧除磷装置中,最终达到将养殖废水中的限制性因素—磷高效去除的目的。主要研究内容包括:化学沉淀+分散剂法制备改性硅酸钙(modified calcium silicate,MCS)吸附剂、优化MCS的制备工艺、MCS吸附性能和机制、MCS对污泥特性的影响等方面。旨在为生物除磷和化学除磷的结合提供参考和实践基础。首先,以传统的化学沉淀法为基础,选取分散剂量、反应温度、钙硅比、搅拌强度四种实验点,通过响应面优化法考察影响磷吸附效果的重要因素,确定最佳的制备条件,实现最大的磷吸附效果。数据表明,单因素中搅拌强度对MCS磷吸附量的影响最大,其次是分散剂量、温度,钙硅比;在交互项中,温度和搅拌强度对MCS磷吸附量的影响最大,其他的次之。MCS最佳制备条件为:温度为50℃、搅拌强度为170 r·min-1、钙硅比为1.53、分散剂量为钙质量的3.54%。然后,实验采用FT-IR、XRD、SEM对MCS进行表征与分析。通过化学沉淀+分散剂法制备的MCS:表面呈蜂窝状的结构、平均粒径为200 nm、纯度较高、基本无杂质残留、为半结晶低有序度的硅酸钙单相,说明MCS属水合硅酸钙的一种。与普通硅酸钙相比,MCS的蜂窝状结构更有利于其对磷的吸附。其次,实验通过绘制吸附等温曲线和吸附动力曲线,拟合MCS的磷吸附反应过程。结果表明,Langmiur吸附等温模型和伪二级动力学模型均能够更好的对MCS磷吸附进行描述,其吸附过程是介于单层和多层吸附之间,而且吸附表面较为均匀,主要的吸附过程包括颗粒外扩散、颗粒表面吸附和离子交换过程。另外,实验还应用沉淀-溶解原理,从理论上分析MCS与磷发生离子交换的特性机理,硅酸钙与阴离子发生反应优先顺序为PO43-F-CO32-C2O42-SO42-CrO42-。结果表明,MCS与磷酸根的结合能力最强,即MCS与磷的吸附沉淀反应并不会受到其他离子的干扰,因此可使得MCS的除磷效率达到最大化,MCS具有特殊的磷吸附(离子交换)能力。最后,MCS投加到厌氧反应装置中,反应器的平均出水COD和TP逐渐从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的去除率逐渐从91.1%和75.3%提高到92.6%和99.6%。说明MCS的投加大大提升了UASB的同步脱碳除磷的能力。同时,投加MCS后,污泥中相关微生物在MCS黏附作用下,相互粘结在一起呈网状团聚体,使污泥颗粒的平均粒径和D80的累计粒径明显增加,分别比反应运行初期增大了27.18%和32.16%。本研究还测定了污泥的EPS、产甲烷量和脱氢酶活性,并运用Zeta电位法分析污泥特性变化规律,发现,反应器U-2运行20天内,污泥的Zeta电位绝对值变化很大,从开始的19.8 mV迅速降到了10.8 mV,比同阶段的U-1中污泥Zeta电位降低了近3.5 mV;相比于U-1污泥,U-2污泥EPS、产甲烷量和脱氢酶活性分别提高了11%、23%和3.5%。结果表明,MCS不仅增强了污泥的活性,增加了反应器的产甲烷量,而且MCS表面带有正的Zeta电位值,中和了污泥表面负的Zeta电位值,其吸附污泥而结合在一起,进一步促进了厌氧颗粒污泥的形成和生长,加强了污泥完全成粒的进程。
【关键词】：改性硅酸钙 制备 养殖废水 厌氧除磷 污泥活性
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X713
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 养殖废水中磷的来源和特点9-10
• 1.2 除磷技术的研究概况10-16
• 1.2.1 生物法10-13
• 1.2.2 化学法13-16
• 1.3 硅酸钙材料的研究状况16-19
• 1.3.1 优良性质16
• 1.3.2 制备研究16-17
• 1.3.3 应用研究17-19
• 1.4 课题的选题依据19-20
• 1.4.1 存在问题19
• 1.4.2 课题意义19-20
• 1.5 拟展开的主要工作20-21
• 第二章 MCS的制备及其表征21-31
• 2.1 实验部分21-23
• 2.1.1 MCS的制备21-22
• 2.1.2 单因素实验22
• 2.1.3 响应面优化实验22
• 2.1.4 分析方法与表征22-23
• 2.2 结果与讨论23-30
• 2.2.1 单因素实验点的选择及影响23-24
• 2.2.2 响应面模型的建立24-26
• 2.2.3 单因素及交互项的分析26-27
• 2.2.4 响应面优化的最佳制备条件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 本章小结30-31
• 第三章 MCS磷吸附性能的研究31-39
• 3.1 实验部分31-34
• 3.1.1 MCS的制备31
• 3.1.2 吸附等温实验31-32
• 3.1.3 吸附动力学实验32
• 3.1.4 分析方法32-34
• 3.2 结果与讨论34-38
• 3.2.1 温度对MCS吸附效果的影响34-35
• 3.2.2 磷的初始浓度对吸附效果的影响35
• 3.2.3 吸附动力学研究35-37
• 3.2.4 沉淀-溶解平衡分析37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 MCS在养殖废水厌氧除磷过程中污泥特性的影响研究39-48
• 4.1 实验部分39-42
• 4.1.1 MCS的制备39-40
• 4.1.2 反应器的启动和运行40
• 4.1.3 分析检测方法40-42
• 4.2 结果与讨论42-46
• 4.2.1 MCS对UASB去除COD、TP效果的影响42
• 4.2.2 反应器运行过程中污泥颗粒化过程分析42-43
• 4.2.3 污泥颗粒的SEM观察和分析43-44
• 4.2.4 污泥特性变化分析44-45
• 4.2.5 Zeta电位法分析MCS对污泥变化的机理45-46
• 4.3 本章小结46-48
• 主要结论与展望48-50
• 主要结论48-49
• 展望49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-56
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 万祥辉,常程康,毛大立;化学沉淀法制备纳米硅酸钙及其在模拟体液中的活性行为[J];材料科学与工程学报;2005年02期

2 邹伟国,张善发,张辰,陆嘉z，

本文编号：548558