| 题名 | 新型铝污泥基质截留农田氮磷污染实验研究 |
| 作者 | 郭志鹏 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 于涛 ; 魏东洋 |
| 关键词 | 铝污泥 氯代十六烷基吡啶 脱氮 除磷 潮汐流人工湿地 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 给水厂铝污泥是城市自来水厂的副产物,本研究通过响应面法优化制备条件将其颗粒化,并通过对其进行有机改性提高对氮、磷污染物的吸附性能,由此研发出一种新型铝污泥基质填料应用于构建模拟潮汐流人工湿地,通过改变进水规律创造好氧/缺氧循环的微观环境提高微生物活性,并探究其在不同水力停留时间条件下对农田排水中氮、磷污染物的截留能力。本研究首先使用氯代十六烷基吡啶（CPC）对铝污泥粉末进行改性,通过SEM、XRD和EDS等表征技术对制备的铝污泥基质表面特征和组成结构进行研究和分析。SEM表征结果发现铝污泥改性后表面呈现凹凸不平和疏松多孔,比表面积增大;XRD分析出铝污泥成分较复杂,含有多种金属化合物,其中含有大量的SiO2和较少量的AlPO4;EDS分析表明铝污泥主要由C、O、Al和Si构成,此外还含有少量的Fe、Mg、K等元素。继而用铝污泥粉末造粒得到新型颗粒状铝污泥基质（GASM）,通过SEM表征可以看到其外表面粗糙、沟壑较多,内部孔隙发达且大多互相连通;XRD分析出GASM中Al元素主要是以非晶态形式AlPO4存在的,因此对阴离子具有较强的吸附能力;EDS表征结果发现由于添加剂硅酸钠的加入使得GASM中的Al、C元素含量有所降低,Si元素的含量有所提高,表明基质中SiO2的含量增加。为探讨铝污泥改性后对氮、磷污染物的吸附效果,对CPC改性铝污泥粉末进行静态吸附实验,并通过正交试验考察投加量、初始溶液浓度和初始pH值变化对实验影响的显著性,随后进行吸附动力学和吸附等温线实验验证其吸附机理,最后通过解吸实验考察可重复利用性。实验结果表明:经过改性,铝污泥粉末对磷的吸附效果提升明显,但对硝酸盐氮的吸附效果提升有限,在酸性条件下对磷酸盐和硝酸盐氮的吸附效果明显优于碱性条件;正交实验可知吸附的影响因素按影响大小顺序为:pH>投加量>磷的初始浓度>反应时间,方差分析可知pH值是实验显著影响因素;动力学实验表明CPC改性铝污泥粉末对磷的吸附过程是有利吸附,主要机制是静电吸引和离子交换;在对硝酸盐氮的吸附过程中化学吸附和颗粒内扩散起到了主导作用;吸附等温线实验拟合得到其对磷的最大单位吸附量为5.3mg/g;解吸实验结果表明其具有可重复利用性。基于响应面法优化铝污泥基质造粒试验可知,煅烧温度、原料配比和添加剂比例三个因素对GASM综合指标的影响是交互进行的。添加剂比例为中心值时,铝污泥比例和煅烧温度的交互影响最显著,优化得到GASM最优的制备条件为:煅烧温度约1010℃,铝污泥与粉煤灰比例73:27,添加剂比例11%。以最优制备条件得到GASM,并对其进行改性,将基于CPC改性的GASM应用于模拟构建的潮汐流人工湿地实验装置,实验结果表明:随着水力停留时间的增加,总氮和总磷的去除率呈先增后减的趋势,最佳水力停留时间为12h,对模拟农田排水中总氮和总磷的最大去除率分别达到54.58%、72.91%,表现出较好的去除效果。由于时间及实验条件限制,本研究还存在一些不足有待后续补充研究,比如本研究中CPC改性铝污泥粉末对硝酸盐氮的吸附效果与预期差异较大;本研究所模拟构建的潮汐流人工湿地也应进一步进行中试实验,其中可以添加挺水植物,以便发挥植物吸收作用使农田排水中的氮、磷污染物截留效果更好。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 75 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95312]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭志鹏. 新型铝污泥基质截留农田氮磷污染实验研究[D]. 2019. |
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