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1、 南京理工大学硕士学位论文新型粉煤灰陶粒滤料的制备及其在曝气生物滤池中的应用姓名：王涛申请学位级别：硕士专业：水污染及控制工程指导教师：孙秀云201203 新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用要以粉煤灰为主要原料，制备新型粉煤灰陶粒滤料。以孔隙率为参数，优化了原料配比及制备工艺，并采用吸水率、气孔率、化学稳定性等指标表征了制备的陶粒性能。优化后的原料配比，粉煤灰、水泥、生石灰、石膏、氯化镁、污泥和水的添加量分别关键词：粉煤灰，陶粒滤料，生物滤池，生物膜 ，百笛瑃， 琧琧，、 ，鎓 甀 爱琍瑀甌戗 瑃瑃瑃 琧琤 新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用污水处理技术现状根据作用原理
2、不同，污水处理技术可分为物理化学法、氧化还原法、电化学法和生物处理法等。其中，生物法以能耗少、处理效率高、二次污染少等优点，成为近年来研究和应用的热点之一。活性污泥法自年由蚅开创至今，已经过年的发展与实践，在供氧方式、运转条件、反应器形式等方面不断得到革新和改进。总体而言，活性污泥法在排放之前将固体物质从废水中去除，能以相对合理的费用得到优良的出水水质；其主要缺点是可控制性差，不易实现自动化，且要达到期望的出水水质，往往需要复杂的操作；针对不同的污水需要提高微生物对环境和水质变化的适应能力。 硕士论文，简称法是一种具有占地面积小、其自动化程度高，抗冲击能力强且能耗低。明时，从开始挂膜到挂膜粘土
3、陶粒粘土陶粒就是用粘土或者亚粘土等为主要原料，经过加工制粒和烧胀而成。刘属形轻质陶粒滤料，并用这种陶粒滤料处理焦化废水，实验结果表明制备的多孔球形轻质陶粒滤料比表面积大、孔隙率大、强度高且具有很高的化学稳定性。与聚丙烯、玻璃钢、涤纶等滤料相比，具有水流阻力小、生物附着性强、截污能力强、挂膜性能好河底泥陶粒 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用泥陶粒滤料产品进行评价，得到了较好的结果。煤矸石陶粒煤矸石是采煤过程中排出的含碳量较少的黑色废石，是我国排放量最大的固体废弃物，其排放与堆积不仅浪费了大量的耕地资源，同时对地表、大气造成了严重的污染。煤矸石的化学成分与粘土比较相似，可经焙
4、烧制备煤矸石陶粒，但是煤矸石含有较高的碳及硫，烧失量较大。王萍等把煤矸石作为主要原料，制备曝气生物滤池陶粒滤料，并且探讨了曝气生物滤池用这种滤料对污水中氨氮和有机物去除效果。生物污泥陶粒污水处理厂处理完污水后会产生大量的生物污泥，造成二次环境污染。目前，很硅藻土陶粒粉煤灰陶粒以粉煤灰代替部分粘土烧制而成，成本低，同时为粉煤灰的处理提供了一个有效沸石生物滤料 悬浮型滤料粉煤灰的污染及利用现状 新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用硕士论文况以及收集方式等有关，主要含、等，密度，粉煤灰的元素组成柿糠质如表所示。表粉煤灰的元素组成 硕士论文生成水化硅酸钙和水化铝 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备
5、及其在曝气生物滤池中的应用占总产量的，近年来，我国的陶粒生产也得到了快速发展。粉煤灰颗粒细微，由于表面张力的作用，大部分呈球形，表面疏松多孔，比表面能优良的陶粒滤料，这不仅解决了轻质陶粒滤料存在的问题还为粉煤灰变废为宝奠定粒滤料。薛金凤【鲫、曾天敏【竞屠詈樾隆等人陆续对用部分粉煤灰替代粘土烧制陶粒滤料的条件和用量等进行了系统考察，为其推广提供了技术基础。粉煤灰陶粒与粘土陶粒相比，不仅具有粘土陶粒的所有优点，而且还避免了使用粘土而造成的生态系统的破坏，更令人看好的是它使用粉煤灰替代粘土，不但降低了产品的生产成本，还解决了粉煤灰再利用问题。随着对粉煤灰陶粒研究的不断深入，无论是从制备工艺还是改性方
6、面，粉煤灰陶 硕士论文粉煤灰的火山灰活性。因此，影响粉煤灰活性的重要因素是细度，粉煤灰越细，其火山灰活性活性就越高。机械激发正是基于这一原理，通过提高粉煤灰的细度来增加粉煤灰的活性。 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用本课题以减少水泥用量为目标，兼顾粉煤灰资源利用的环境效益，采用上述各种手段最大限度激发粉煤灰的活性，从而实现水泥用量的最小化，最终达到控制陶粒成本的目的。整个反应涉及到的因素很多，反应也极其复杂。由于粉煤灰经过高温熔融，结构也非常致密，因此它的水化速度比水泥慢。在实验的几种配料下，首先固体激发剂杆偎庑纬蒀而溶于水，与此同时，水泥也优先进行水化，生成一隒反应生成
7、具有胶凝性的水化硅酸钙、水化铝酸钙。铝酸盐也迅速水度的主要原因。主要的几个反应如下所示!R籆。网状聚合物；在碱性条件下，另有少量硅酸溶胶与粉煤灰玻璃体发生进一步反应。 硕士论文原材料的预处理主要是将氧化钙等破碎球磨成一定尺寸的颗粒状物体，并过筛。匀，而且在物料混匀器的机械力的作用下可促进粉煤灰的反应活性。粒的早期强度。 下可，随着有机物的燃尽，坯体内部形 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用效地提高陶粒的耐久性、耐水性和力学强度【蚓。同时，水泥还具有粘结剂的作用，胨从缮珻遇水消解产生大量的热量，这有液相介质的浓度变小，进而降低碱性介质对粉煤灰网络四面体的破解能力，最终本课题所
8、用的外加剂为氯化镁。 硕士论文选题科学意义和研究内容主要内容包括：灰陶粒滤料；生存特征及适应性研究； 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制各及其在曝气生物滤池中的应用新型粉煤灰陶粒滤料的制备，包括预处理、配料、造粒、养护、高温焙烧等多个环节，涉及粉煤灰、水泥、水、污泥等多个成分的用量，任何一个环节或一个成分比例的差异都会直接影响陶粒滤料的性能。本章通过对制备工艺的研究，以孔隙率和抗压强度为参数，讨论了各工艺及成分对陶粒性能的影响，获取或验证了部分参数对陶粒性能的影响规律，对进一步完善陶粒的制备工艺提供有力的数据参考。实验部分 硕士论文表粉煤灰化学成分分析表粉煤灰的基本性能 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制各及
9、其在曝气生物滤池中的应用污泥中含有重金属，其重金属的含量对烧制出的陶粒的重金属浸出浓度由直接的影响，采用全量消解的方法制取的污泥液样测定其中重金属含量，具体方法如下：称取畂晌勰啵糜烧杯中，加入浓盐酸和浓硝酸，盖上表面皿，表脱水污泥中各重金属元素含量由表可见，重金属的含量均较高，所以在陶粒烧制的过程中，需要采用合理的烧制工艺，将污泥含有的重金属固化在陶粒中，降低浸出浓度，是该新型陶粒能否用于水处理中的重要条件之一。 将主要原材料粉煤灰、污泥、水泥等置于电热恒温鼓风干燥箱，干燥，表基础实验配比参考国家标准陶瓷砖试验方法，拟定了一种孔隙率的测 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用体
10、积密度是指试样的干燥重量与试样总体积之比。根据阿基米德原理，采用静丝酸、碱腐蚀性能测定。 式中：一酸蚣腐蚀强度损失率；跻桓辞笆匝闹亓；凰或碱春笫匝闹亓。参照国家标准加气混凝土力学性能试验方法疶测定方法，将增加到保樟目紫堵视觯疛，当继续增加粉煤灰的用量，则陶粒的孔隙率增加不大。粉煤灰在形成过程中，由于表面张力的作用，粉煤灰大部分成 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用、，釜图粉煤灰用量对陶粒孔隙率的影响煤灰的含量变大，其他原料用量一定的情况下，水泥的百分含量减小，水泥主要决定曼图粉煤灰用量对陶粒抗压强度的影响 硕士论文粉煤灰水泥生石灰石膏氯化镁孔隙率砧竹由图可知，当水泥用量由黾
11、又时，陶粒孔隙率由减少至褥釜图水泥用量对陶粒孔隙率的影响过养护后的粉煤灰陶粒的抗压强度主要来源于陶粒中水泥。当水泥用量增加时，陶粒 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用的抗压强度自然增加，因此为了增大陶粒的抗压强度应尽量提高水泥用量。图水泥用量对陶粒抗压强度的影响在制备陶粒的过程中，水用量也是非常重要的一个因素，实验考察了从 硕士论文餐王巴水的用董图水的用量对陶粒孔隙率的影响体积，当失去水分后，料球中产生空隙，造成此时陶粒的孔隙率较高。同时也正是因为陶粒内部存在水分挥发后的空隙，使得陶粒的抗压强度也有所降低。因此，水的用量为时，可获得较为适宜的孔隙率和抗压强度。由图可知，陶粒
12、的孔隙率随着脱水污泥用量的增加而增加，而抗压强度则随 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用巴可以顺利脱模，但脱模后易粘在一起几乎可以完全脱模，脱模后还有一定可塑性，可使其滚动变的更规整，不易粘结几乎可以完全脱模，脱模后无可塑性，不粘结由表煽闯觯樟谘 硕士论文会产生裂痕，这可能是因为预养护时间过短，不能提供足够强度来抵抗高温焙烧出现的膨胀作用。预养护的作用是提供一定的强度，如果养护的时间过长会严重影响生产效率，故适宜的养护时间也是此工艺不可忽视的一部分。干燥温度图污泥干燥温度曲线焙烧温度范围的测定陶粒的制备原料中的脱水污泥的发气成分主要包含碳酸盐类、含硫化合物、氧化铁和有机物等
13、，这些成分在高温条件下能够产生气体，是导致滤料膨胀并产生微孔的关键因素。在料球的软化温度范围内，料球出现液相，并且具有一定的粘度；在此阶段，有机物、碳酸盐、氧化铁及硫化物等不断发生化学反应，生成了、等气体，部分气体逸出，冷却后在陶粒表面和内部形成了发育良好的微孔。 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用图焙烧温度对陶粒烧失率和孔隙率的影响焙烧时间对陶粒产品的孔隙率有一定的影响，所以，要通过实验来确定焙烧时间。选择四个点作为焙烧的实验点，分别是、 时间增加到用扫描电镜苑勖夯颐馍仗樟形劢峁构鄄欤。忻娣糯秙图忻娣糯禨图 新型粉煤次陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用中孔和微孔较少；且
14、自制陶粒滤料内部孔隙发达，多为大孔，中孔和微孔也较多。唐诽樟忻娣糯禨图图唐诽樟谋砻嬗肭忻鍿照片糙，表面和内部均有很多相互连通的微孔，孔隙结构也更加发达。这可能是因为陶粒中的污泥成分含有较多的有机物，在烧结过程中内部产生的气体较多，继而从表面逸出，因此致使污泥陶粒表面粗糙不平，孔隙较多。较大的表面粗糙度使陶粒对水流具有更强的重分布能力，使生物滤池中水流对生物膜的剪切力减小，同时也为微生物与基质之间的混合和接触创造了有利的内环境，促进了生物膜在滤料表面的积累。了污泥陶粒浸出液中几种主要重金属的浓度。由上表可见，几种重金属的浓度均低于国家标准危险废物鉴别标准一浸出毒性 涯 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制
15、备及其在曝气生物滤池中的应用通过使用桐油、对陶粒滤料进行表面改性，并设立空白样，比较改性效果。桐油表面改性：将桐油和乙醇壤旌舷停湃胩樟肆希用纱布沥干滤料，铺平放入烘箱内烘干露任 。表面有机物含量的测定能谱分析测得吸水率的测定生物亲和性的测定值哪夥纤，倒入锥形瓶中，分别将等量桐油、改性过的陶粒载体螅长下分别测定其吸光度。 卅约拔吭K豐， ，以及，。填料高度，反应器底设有曝气头和进水管，反应器顶部溢流出水。水浴温度蠕葫辜图反应器示意图 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用容量瓶中定容，密塞摇匀，静置处测吸光度。比表面积：型比表面积测定仪测定。结果与讨论值目嗝了崮夥纤夥纤衅鹗枷妇扔
16、肙，表示，为。闷曝通过测定苦味酸降解中间产物亚硝酸根离子含量来考察降解效果。蠕动泵打回到装原水的进水槽中，实现循环进出水。小时后，使用蠕动泵正常进水。通过测定苦味酸降解中间产物亚硝酸根离子含量来考察降解效果。图为反应器出水亚硝酸盐含量随时间的变化情况。苦味酸浓度的测定需要使用液相色谱，测定过程较为复杂。而课题组的前期研究表明，苦味酸的降解与亚硝酸根离子的生成是线形相关的。测定废水中亚硝酸根离子的生成量即可表征苦味酸的降解情况，该测定过程简单快捷。故本文反应器对苦昧酸的处理效果菌用亚硝酸根离子的生成量来表征。 硕士论文图反应器出水亚硝酸盐含量载体上生物膜的形成不是悬浮态微生物的粘附而形成的，而是
17、载体上附着微生物 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用狿改性载体桐油改性载体狿改性载体分别将桐油、砻娓男缘奶樟盍虾涂瞻籽咳原水。吸附的水分，以此表征改性滤料的吸水率。眦空白样 硕士论文治J杷晕铮矢叩脑靥灞砻娓欣谑迪諶值哪夥纤螅长下分别测兰、一图改性填料吸附后细菌溶液的吸光度妇奈叫阅艽笮承蛭#和透男栽靥疉改性载体改率。并以苦味酸的降解情况来间接表征生物活性。 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用图各反应器出水亚硝酸盐含量高的生物活性。在保证进水水质和流速相同的条件下，对分别装填桐油改性载体、珹改性载体、改性载体和空白载体的反应器进行连续运行实验。定时测定出水的
18、亚硝酸盐含量，以表征苦味酸降解效果，以此来衡量反应器的运行情况。图各反应器出水亚硝酸盐含量变化 硕士论文本章小结本章的研究通过生物载体制备和表面改性、挂膜方式的比较，以达到快速挂膜的目的，确保污水处理能力。微生物的吸附量也有所不同。摇床实验表明，桐油改性填料吸附细菌能力最佳。生物亲和性和活性实验表明，桐油改性载体上微生物活性最高。桐油改性提高了载体的生物亲和性，有利于细菌附着，加速载体挂膜速度。连续运行阶段的实验结果表明，桐油改性填料的废水处理能力为最佳，其次为男蕴盍稀汀改性可显著提高苦味酸特效降解菌曝气生物滤池的启动速度和处理效果。 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用辔端
19、，趸椒模拟废水微量元素一槌扇缦拢篫疞琧疞琋及疞琈微量元素由疞珽疞臀吭K豷 疞琄疞琒 硕士论文实验方法夥纤含取一定体积的含有微生物载体的混合液放入坩埚中，用少量清水将混合液冲 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用将载体用蒸馏水清洗单位重量载体附着生物膜量为痺稍靥】假设每颗陶粒颗粒含有觯渖仙锬豰，则，测定一定数量陶粒颗粒的平均粒径和重量，通过公式计算出生物膜厚嘲。曝气生物滤池的挂膜启动在曝气生物滤池挂膜实验中，挠跋熳饔米畲蟆韭畚奶教至瞬煌琀阿对膜厚和附着生物量的影响。滤料上的膜厚和附着生物量的的计算和测定是在滤料表面讧夷舳奔 硕士论文挂膜启动需笥遥坏盚阿为保夷舳奔湮；继续增大丁至
20、夷舳炊涞没郝蟾判枰馐怯捎诘盚阿过短时，进水流量比较大，水对滤料表面的冲刷力比较大，微生物还没有来的及与滤料充分接触就被冲刷洗出，微生物与滤料的接触时间少于微生物被吸附到滤料表面是所需要的时这主要是因为反应器内微生物生长所需要的营养物质达不到微生物生长所需要的量，保窈透阶派锪恳彩窍人孀臜阿的增加而增加，而怨夷舳奔洹窈透阶派锪康挠跋欤狈从鞯腍盯处于时，微生物较易附着在填料表面，而且繁殖较快，有利于挂膜。 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用本节主要探讨了在奶跫拢从髌舳讨蠺、，和同样进水水质继续运行，出水基本稳定，故运行第保蠺含量提。的活性不是很高，降解效果有限，前期良好的处理效果
21、主要是填料的吸附截留起的作用。当反应器运行至第时，我们发现出水水质明显变差，这是因为填料已经基本客蝗唤抵，并且在接下来的几天内未发现出水水质的恶化。这说明葡萄糖的水质。由图可知，当运行至第保鏊蠳的浓度为并未达到理论的 ，得鞴夷系腞此时才真正的，咸烟堑乃剩梢越，腡几乎完全降解。此时可以采用提高进水中的浚佣岣吣系腞，侠砺奂扑阒怠苯型耆蠺暑 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用基图反应器启动运行过程中进水和出水中浓度的变化曝气生物滤池的运行曝气生物滤池降解有机物主要是由附着在滤料表面的微生物来完成的，而这些微生物的生长环境直接影响其处理效果。通过研究影响曝气生物滤池反应器运行的因素
22、，给反应器内微生物提供一个适宜的生长环境，从而提高反应器的高效运行。在各种影响因素中，比较重要的影响因素包括水力停留时间、气水比和等。 硕士论文羰奔涠訲去除效果的影响通过调节迸水流量来控制反应器的刺教植煌腍情况下，对滤料去除水中挠跋臁诓煌乃跫拢饬科仄锫顺囟訲去除率的影响。，考察曝图訲去除效果的影响如图可以看出，娜仕孀臜的增大而变大。实验结果表明，延鲋保琓的去 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用琓的去除率虽然有所增榷訲去除效果的影响为保证曝气生物滤池中微生物呼吸作用的正常进行，需要提供充足的溶解氧，从而使微生物降解水中的污染物，因此，曝气供氧是曝气生物滤池处理过程中最为重要的
23、前提条件。实验中，曝气生物滤池一般采用充气泵的形式供气，曝气量用气水流量比来表示。曝气不仅提供水中的溶解氧，为好氧微生物的生长代谢提供有利的条件，还可以改变滤料表面的水力条件，促进生物膜的脱落和更新。因此，曝气对曝气生物滤池的处理效能有很重要的影响。本节主要研究了向上曝气生物滤池反应器中气水比为、：、：的处理效果。番在曝气生物滤池反应器中，主要是依靠微生物在滤料表面形成的生物膜来降解水 硕士论文作用，对微生物产生间接影响。微生物细胞的细胞酶只有在最适宜的值时才能发挥最大的活性，不适宜的值会使酶的活性降低，影响微生物细胞的一系列生化作用。通过实验说明，反应器中的微生物在中性的环境中生长的最好且活
24、性最高，因此确定反应器的最佳值为。图在新型粉煤灰陶粒滤料应用于模拟废水处理中，具有较好的应用效果，具体体现泡剂同时使用粉煤灰，减少了粘土的用量，降低了制作成本。 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用谀釨反应器中，反应器的运行参数对挂膜有一定的影响，试验发现奶跫拢舛从髌舳讨蠺、蚇。员鹕锫顺亟辛笛椋彼羰奔湮 论文具体得到的有价值的重要结论汇总如下：泥和水最佳工艺条件为：水浴养护、水浴脱模养护，焙烧温度荷帐奔。云仄锫顺亟辛笛椋彼羰奔湮 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用谢值此论文完稿之际，回首过去奋斗的两年，众多感慨涌上心头。 参考文献硕士论文瓸【縎甆【，【】谢
25、曙光，张晓健，王占生曝气生物滤池的低温挂膜研究【川中国给水排水，【】王萍，李国昌用煤矸石制各生物滤池滤料的正交试验研究【川非金属矿， 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用咳蛘窦祝窝蘧樟涤眉际酢綧】北京：化学工业出版社，环境科学学报，【甆瓸瓸，罚【 ：【饨妫涔饣裕琶骼祝龋肂法赤泥制备的多孔陶瓷滤料的结构与性【】张国伟，杨波，奚旦立河道底泥制备陶粒滤料的研究【川环保科技，【】杨晓光，张学亮，潘慧等粉煤灰超轻陶粒的研制【川粉煤灰综合利用， 硕士论文【】薛金凤，马彦涛，余兴林，等粉煤灰滤料的制备与应用研究【川给水排水，【烀簦罨福梅勖夯疑罩铺樟氖匝檠芯俊聚酰隹橛肫隹榻昌大学。【钥卢小丽，骆颖，商华。等粉煤灰资源化及其管理研究【川中国资源综合利琹 硕士论文新型粉煤灰陶粒的制备及其在曝气生物滤池中的应用 ，琣，【疃瘢乱婷瘢蚪趿郑龋疃苑勖夯业幕罨臀劢峁沟挠跋臁緙材料科学【沃呛粞勖夯一炷寥舾晌侍庋芯俊綝】湖南：中南大学，【】王智，钱觉时。卢浩石灰对粉煤灰活性激发作用的研究进展【川粉煤灰综合利【戮眨勖夯曳惺虻闹票讣捌涠燥胱拥奈窖芯俊綝】南京：南京理工大学，筑大学学报：【瓺甁