城镇污水处理厂出水中氮磷高效吸附填料的筛选

【摘要】：目前我国城镇污水处理厂中二级处理能削减来水中的大部分污染物,但二级出水的排放量大,氮、磷含量远高出地表水V类水的标准,影响受纳水体(河流与湖泊)的自净能力,造成富营养化。如采取经济可行的方法加以深度净化,可缓解对受纳水体的污染,且可为城市提供质量更优的回用水,缓解部分城市缺水问题,促进水资源的循环利用。为改善受纳水体的水环境质量,促进水资源循环利用,二级出水需深度处理。目前,采用高级氧化法、膜过滤等方法来净化每天数万方的城镇污水处理厂出水,其投资和能耗均很大,在很多城市难以实现。而人工湿地水质净化技术具有基建费用少、运行管理简单、出水水质好等特色,是处理城镇污水处理厂出水的优先选择。对城市污水处理厂出水而言,填料对磷的吸附与化学沉淀是湿地中磷主要的去除途径,因而筛选性能良好的填料对保证人工湿地净化城镇污水处理厂出水的效果尤为重要。人工湿地中氮的去除主要通过微生物硝化反硝化作用,包括一系列发生在基质内部的物理、化学、生物反应。填料能为微生物提供挂膜场所,支撑植物生长。此外,人工湿地构建过程中,常采用填料组合的方式强化湿地对多种污染物的去除效率,增强湿地过水能力和截留悬浮物的能力。本研究从常用湿地基质中筛选性能良好的填料,为湿地填料的配置提供依据,依据填料特性,选择材料改性,强化湿地填料对磷和氨氮的吸附容量与稳定性。并人工模拟城镇污水处理厂出水,将填料两两组合,探讨净化效果较好的组合形式。通过研究得到以下主要结果：1.研究了29种人工湿地填料的基本特性,得出瓷砂陶粒、鸡蛋壳、黏土陶粒、水泥砖等材料的孔隙率与渗透系数均较好;2.对磷的理论饱和吸附量较大的10种填料依次为：钢渣1.052mg/g大理黏土0.999mg/g高岭土0.8936mg/g火山岩0.8731mg/g无烟煤(1-2mm)0.7586mg/g水泥砖0.755mg/g麦饭石0.7238mg/g生物炭0.7146mg/g鸡蛋壳0.6977mg/g瓷砂陶粒0.6661mg/g；对氨氮的理论饱和吸附量较大的10种填料依次为：火山岩1.7000mg/g瓷砂陶粒1.6200mg/g生物炭1.353mg/g沸石1.3500mg/g石榴石1.1900mg/g焦炭1.11mg/g大理黏土0.9570mg/g麦饭石(1-2mm)0.92 92mg/g无烟煤(2-4mm)0.7826mg/g锯末0.7562mg/g。3.通过吸附解吸研究得出,高岭土的磷吸附效果很好,氨氮吸附效果较差,用理化方法处理高岭土,得出：用0.5mol/L盐酸和3min微波加热改性后,高岭土对氨氮的饱和吸附量为1.09mg/g,是未改性高岭土的8.96倍,吸附饱和的高岭土对氨氮的解吸率降低了17.1%。而高岭土对磷的吸附解吸性能变化不大。说明适当改性能提高填料的吸附容量和稳定性,增加填料的经济性和实用性。4.选择吸附磷和氨氮性能较好的填料进行组合实验,得出：城镇污水处理厂一级B出水,采用火山岩和无烟煤(2：1)、火山岩和大理黏土(3：1)、大理黏土、锰砂和活性炭(1：3)组合,对污水处理效果较好；城镇污水处理厂二级出水,采用无烟煤和火山岩(1：3)、无烟煤和活性炭(1：40)、无烟煤和锰砂(1：5)、无烟煤和沸石(1：4)组合处理效果较好。 【关键词】：城镇污水处理厂出水 磷 氨氮 改性 组合
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 我国城镇污水处理厂的水处理现状11
• 1.2 城镇污水处理厂出水处理的方法11-12
• 1.3 城镇污水处理厂出水的特点12-13
• 1.4 人工湿地研究概述13-19
• 1.4.1 人工湿地的发展13
• 1.4.2 人工湿地的定义与分类13-15
• 1.4.3 人工湿地除磷机理15-16
• 1.4.4 人工湿地除氨氮机理16-17
• 1.4.5 人工湿地对城镇污水处理厂出水的处理17
• 1.4.6 人工湿地填料的改性17-18
• 1.4.7 人工湿地填料的组合18-19
• 1.5 存在问题19-20
• 1.6 研究内容与技术路线20-22
• 1.6.1 研究内容20
• 1.6.2 技术路线20-22
• 2 人工湿地填料性能研究22-41
• 2.1 前言22
• 2.2 材料与方法22-25
• 2.2.1 材料22-24
• 2.2.2 实验方法24-25
• 2.2.3 分析测试方法25
• 2.3 结果与讨论25-39
• 2.3.1 湿地填料的理化性质25-27
• 2.3.2 湿地填料对磷的等温吸附特性27-32
• 2.3.3 填料对磷的等温解吸特性32-34
• 2.3.4 填料对氨氮的等温吸附特性34-38
• 2.3.5 填料对氨氮的等温解吸特性38-39
• 2.3.6 填料除氨氮的主要途径39
• 2.4 小结39-41
• 3 高岭土改性强化除氨氮的效果41-47
• 3.1 前言41-42
• 3.2 材料和方法42
• 3.2.1 材料42
• 3.2.2 实验方法42
• 3.2.3 数据分析42
• 3.3 结果与讨论42-46
• 3.4 小结46-47
• 4 填料组合优化除磷和氨氮的效果47-53
• 4.1 实验方法47
• 4.2 结果与讨论47-52
• 4.3 小结52-53
• 5 结果与展望53-55
• 5.1 结论53
• 5.2 展望53-55
• 参考文献55-63
• 致谢63-64
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果64

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