生物填料的研制及应用研究

论文摘要

在实际有机废水厌氧处理中,许多有机废水由于缺乏微量金属元素而使厌氧微生物活性降低,影响生物处理效果。本实验的主要目的是将微量金属元素负载到陶粒中,使其缓慢释放微量金属元素,从而增加微量金属元素的生物有效度,提高微生物的处理效率,降低过多投入微量金属元素所产生的人工及原料成本。实验以粉煤灰为主要原料,复合添加适量外加剂,采用蒸气养护法,以陶粒强度为主要指标,通过单因素试验和正交试验确定出了陶粒的最佳配方,粉煤灰、水泥、石灰、石膏、CaCl2、Na2SO4、NaCl的最佳配比分别为:73.4%、14.68%、7.34%、1.84%、0.46%、1.84%、0.46%。同时,考察了不同工艺条件对陶粒强度的影响,最终确定出烘干时间、烘干温度、蒸养时间、蒸养温度、含水率和拌料水温的最优工艺条件分别为0.5h、60℃、14h、100℃、29.2%、70℃。通过对木屑和蛭石进行吸附试验发现,它们对微量金属元素的吸附,在10h时达到相对平衡,陶粒对微量金属元素的释放从第4d开始,溶液浓度趋于平衡。在微生物反应器中添加微量金属元素试验可以确定,微生物生长所需的最优微量金属元素Ni2+、Fe2+、Co2+的浓度分别为0.4mg/L、7.2mg/L和0.1mg/L。对空白对照组、单种微量金属元素组、微量金属元素组合组、自制普通陶粒组、商品陶粒组和改性陶粒组六组反应器的对比试验中得出:这些反应器中微生物对COD的去除率分别为72.84%、74.95%、78.53%、80.63%、82.63%和91.79%,添加改性陶粒反应器的COD去除率最高,比空白对照组的高出18.95%。动力学分析发现,微生物降解有机物过程为一级反应,它们的反应速率常数分别为0.1129d-1、0.1228d-1、0.1356d-1、0.1671d-1、0.1720d-1和0.2302d-1,改性陶粒组的反应速率常数明显高于其它组,尤其是空白对照组,说明改性陶粒能显著增加反应器内活性污泥的活性,反映出改性陶粒具有比其它陶粒及直接添加微量金属元素更加优越处理性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机废水厌氧生物处理概况
• 1.2.1 厌氧生物处理简介
• 1.2.2 厌氧生物处理工艺的进展
• 1.2.3 厌氧生物处理的优势
• 1.2.4 微量金属元素对厌氧生物处理的影响
• 1.3 废水生物处理填料概述
• 1.3.1 废水生物处理填料简介
• 1.3.2 生物填料的发展历程
• 1.3.3 生物填料的分类
• 1.4 陶粒填料
• 1.4.1 陶粒简介
• 1.4.2 陶粒的分类
• 1.4.3 陶粒的生产工艺
• 1.4.4 陶粒的特点
• 1.5 课题的研究背景
• 1.6 课题的研究目的与意义
• 1.7 本实验内容及创新之处
• 1.7.1 本实验内容
• 1.7.2 本实验创新之处
• 第2章 免烧陶粒填料的制备实验
• 2.1 引言
• 2.2 实验原理及制备工艺
• 2.2.1 实验原理
• 2.2.2 陶粒制备工艺
• 2.3 实验设备及材料
• 2.3.1 实验仪器设备
• 2.3.2 实验材料
• 2.4 原料用量的确定
• 2.4.1 主体原料用量的确定
• 2.4.2 外加剂及其用量的确定
• 2.4.3 微量金属元素载体用量的确定
• 2.5 正交试验
• 2.5.1 主要原料的正交试验
• 2.5.2 激发剂的正交试验
• 2.6 养护因素对陶粒强度的影响分析
• 2.6.1 烘干时间对陶粒强度的影响
• 2.6.2 烘干温度对陶粒强度的影响
• 2.6.3 蒸养时间对陶粒强度的影响
• 2.6.4 蒸养温度对陶粒强度的影响
• 2.6.5 含水率对陶粒强度的影响
• 2.6.6 拌料水温对陶粒强度的影响
• 2.7 陶粒最佳配方的验证
• 2.8 陶粒的性能测试及微观形态分析
• 2.9 本章小结
• 第3章 填料中微量金属元素吸附及释放的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 载体吸附实验方法
• 3.2.2 不同载体陶粒释放实验方法
• 3.2.3 不同浓度条件下陶粒释放实验方法
• 3.2.4 不同温度条件下陶粒释放实验方法
• 3.3 实验仪器及材料
• 3.3.1 实验药品
• 3.3.2 实验仪器
• 3.3.3 试剂配制
• 2+ 的释放研究'>3.4 填料对Ni²⁺的释放研究
• 2+的标准曲线'>3.4.1 Ni²⁺的标准曲线
• 2+的吸附规律'>3.4.2 不同载体对Ni²⁺的吸附规律
• 2+的释放试验'>3.4.3 不同载体陶粒对Ni²⁺的释放试验
• 2+的释放试验'>3.4.4 负载不同浓度镍离子陶粒对Ni²⁺的释放试验
• 2+的释放试验'>3.4.5 不同温度条件下陶粒对Ni²⁺的释放试验
• 2+ 的释放研究'>3.5 陶粒对Co²⁺的释放研究
• 2+的标准曲线'>3.5.1 Co²⁺的标准曲线
• 2+的吸附规律'>3.5.2 不同载体对Co²⁺的吸附规律
• 2+的释放试验'>3.5.3 不同载体陶粒对Co²⁺的释放试验
• 2+的释放试验'>3.5.4 负载不同浓度钴离子陶粒对Co²⁺的释放试验
• 2+的释放试验'>3.5.5 不同温度条件下陶粒对Co²⁺的释放试验
• 2+ 的释放研究'>3.6 陶粒对Fe²⁺的释放研究
• 2+的标准曲线'>3.6.1 Fe²⁺的标准曲线
• 2+的吸附规律'>3.6.2 不同载体对Fe²⁺的吸附规律
• 2+的释放试验'>3.6.3 不同载体陶粒对Fe²⁺的释放试验
• 2+的释放试验'>3.6.4 负载不同浓度铁离子陶粒对Fe²⁺的释放试验
• 2+的释放试验'>3.6.5 不同温度条件下陶粒对Fe²⁺的释放试验
• 3.7 本章小结
• 第4章 生物陶粒的应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验药品及仪器
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 消解剂的配制与COD 校正曲线
• 4.3 实验及分析方法
• 4.3.1 微生物实验方法
• 4.3.2 COD 测试方法
• 4.3.3 产气量的计算方法
• 4.3.4 基质降解动力学研究方法
• 4.4 厌氧污泥静态培养实验
• 4.4.1 单一微量金属元素对微生物活性的影响
• 4.4.2 微量金属元素组合对微生物活性的影响
• 4.4.3 生物陶粒对厌氧生物活性的影响
• 4.4.4 不同陶粒对微生物活性的研究
• 4.4.5 不同培养条件下微生物活性的研究
• 4.5 反应器中基质降解动力学研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 生物陶粒的效益及应用前景分析
• 5.1 引言
• 5.2 生物陶粒的效益分析
• 5.2.1 环境效益分析
• 5.2.2 经济效益分析
• 5.3 改性生物陶粒的应用前景分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢