高效绿色生物絮凝剂的微波合成及其在废水处理中的应用

论文摘要

生物絮凝剂是一种安全无毒、结构多样、可生物降解的绿色净水剂，然而制备成本过高、产品未能系列化严重制约着其在废水处理中的应用与推广。针对此种现状，本论文立足于廉价生物资源的利用及低能耗技术的使用，开展了系列高效绿色生物絮凝剂的微波合成及其在废水处理中的应用研究工作。本论文主要研究内容与结论如下：生物絮凝剂合成的前期准备：首先通过对各种原材料的比较，选择以木粉作为生物絮凝剂的合成原料。其次比较了水浴加热与微波加热两种加热方式对合成过程的影响，发现微波加热可使反应时间缩短2h，而合成所得生物絮凝剂的极限粘度增大约30%，从而确定采用微波加热方式进行生物絮凝剂的合成研究工作。最后制定了阳离子生物絮凝剂CGBF、阴离子生物絮凝剂AGBF与两性生物絮凝剂AMGBF的具体合成工艺。生物絮凝剂的微波合成：以极限粘度作为絮凝剂质量评价指标，采用单因素实验方法分别考察了分散剂、催化剂、催化时间、醚化剂、微波功率以及微波时间对生物絮凝剂性能的影响，然后采用正交试验法优化了生物絮凝剂的制备条件并分析了各因素对所合成生物絮凝剂性能影响的主次顺序。最后在优化制备条件下得到最大极限粘度分别为0.6803dL/g、0.4121dL/g和0.7229dL/g的CGBF、AGBF与AMGBF，并采用红外光谱分析对其结构进行了分析与验证。生物絮凝剂在废水处理中的应用研究：开展了生物絮凝剂CGBF、AGBF、AMGBF分别与无机絮凝剂复配处理洗煤废水、高岭土废水、食品工业废水、印染废水等废水的应用研究工作。结果发现：①较单纯使用生物絮凝剂和无机絮凝剂沉降洗煤废水，使用复配药剂可加快沉降速度，沉降时间缩短90%以上；②通过调节高岭土废水的pH，得出复配药剂的pH适用范围各不相同，但浊度去除率均可稳定在90%以上；③复配药剂对食品工业废水中SS及印染废水色度的去除效果显著，达到90%以上；④处理氨氮废水与硫酸盐废水过程中发现，阳离子复配药剂对硫酸根离子的去处效果较好，可达42%，阴离子复配药剂对氨氮的去除效果较好，可达到49%；⑤采用絮凝沉淀（PAC+Ba（OH）2+AGBF）-厌氧-好氧法联用处理难降解的实际印染废水，较单纯生物处理系统COD去除率提升10%以上，最终出水可稳定达到150mg/L，水质明显得到改善。由于污泥中所含生物絮凝剂具有可生物降解特性，故为污泥的资源化利用创造了有利条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 生物絮凝剂的研究现状
• 1.2.1 淀粉类生物絮凝剂
• 1.2.2 纤维素类生物絮凝剂
• 1.2.3 甲壳素类生物絮凝剂
• 1.2.4 植物胶类生物絮凝剂
• 1.2.5 蛋白质类生物絮凝剂
• 1.2.6 微生物絮凝剂
• 1.3 微波技术在生物絮凝剂制备中的应用
• 1.4 生物絮凝剂的作用机理
• 1.4.1 胶体粒子的性质
• 1.4.2 混凝过程模型
• 1.5 研究目的、意义及内容
• 1.5.1 研究目的及意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 生物絮凝剂合成技术与工艺
• 2.1 生物絮凝剂合成原料的选择
• 2.2 生物絮凝剂合成条件的选择
• 2.3 生物絮凝剂的合成工艺
• 2.3.1 阳离子生物絮凝剂的制备工艺
• 2.3.2 阴离子生物絮凝剂的制备工艺
• 2.3.3 两性生物絮凝剂的制备工艺
• 2.4 本章小结
• 第三章 生物絮凝剂的合成过程
• 3.1 实验仪器及药品
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验药品
• 3.2 絮凝剂性能指标检测方法
• 3.3 生物絮凝剂的合成机理
• 3.4 预处理条件对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.4.1 乙醇投加量对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.4.2 NaOH 投加量对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.4.3 碱化时间对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.5 制备条件对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.5.1 醚化剂投加量对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.5.2 反应时间对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.5.3 微波功率对生物絮凝剂极限粘度的影响
• 3.6 生物絮凝剂制备过程的优化
• 3.6.1 CGBF 的制备优化方案
• 3.6.2 AGBF 制备的优化方案
• 3.6.3 AMGBF 制备的优化方案
• 3.7 生物絮凝剂的红外表征分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 生物絮凝剂在处理废水中的应用
• 4.1 实验方法、仪器及药品
• 4.1.1 实验方法
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验药品
• 4.2 生物絮凝剂处理废水
• 4.2.1 生物絮凝剂处理洗煤废水
• 4.2.2 生物絮凝剂处理高岭土废水
• 4.2.3 生物絮凝剂处理硫酸盐废水
• 4.2.4 生物絮凝剂处理食品工业废水
• 4.2.5 生物絮凝剂处理氨氮废水
• 4.2.6 生物絮凝剂处理印染废水
• 4.3 混凝沉淀+厌氧+好氧法联用处理实际印染废水
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表文章
• 致谢