污泥钢渣陶粒滤料的制备及其在生活污水处理中的应用研究

【摘要】：本研究以污泥和钢渣为主要原料，混合粘土和粉煤灰等添加剂，通过造粒、预热和烧结等工艺制备陶粒。以抗压强度、吸水率和表观密度作为性能指标对影响陶粒性能的烧结温度、原料配比、预热温度进行分析研究，并结合正交试验确定污泥陶粒的工艺条件。系统分析烧结温度、原料配比和钢渣掺量对污泥钢渣陶粒性能的影响，确定单因素试验制备陶粒的最佳工艺条件。将按最佳工艺条件制备的污泥钢渣陶粒作为填料用于曝气生物滤池，与商品陶粒对比考察污泥钢渣陶粒在生活污水处理中的应用性能。主要研究内容及结果如下： 1.在对污泥陶粒的探索试验研究中，首先对烧结工艺进行初步优化，然后分别对原料配比、烧结温度，预热温度进行系统研究。研究发现：烧结温度是影响陶粒性能最显著的因素，其次分别是原料配比和烧结时间。确定制备陶粒滤料的工艺条件为：初步确定陶粒烧结的适宜工艺条件为：烧结温度1100～1150℃，烧结时间10min，预热温度300℃，预热时间20min，原料配比污泥：粘土：粉煤灰=3:6:1～5:4:1。 2.本文对污泥制备优质陶粒滤料的相关技术参数进行全面分析，主要结论如下：分别考察影响陶粒性能最显著的两种因素：烧结温度和原料配比，确定陶粒的最佳烧结温度为1120℃，配比为污泥：粘土：粉煤灰为3.5:4:2.5。钢渣的掺量对陶粒滤料性能有显著的影响，钢渣掺量在5%～15%之间时，随着掺量的减少，陶粒的性能指标越来越好。根据配比的基本原则和利废的角度考虑，确定了钢渣的最佳掺量为10%。 3.污泥钢渣陶粒的重金属浸出浓度均低于lppm，对重金属的固化率均超过80%，对总Pb的固化率达到了99.3%。污泥中大部分重金属以类质同象置换的方式固定在了新矿物相中。在污水处理实验中，污泥钢渣陶粒对重金属的固定作用满足生态环境对于重金属的安全和稳定性要求。陶粒中的矿物相主要是硅酸盐及硅铝酸盐。污泥钢渣陶粒矿物成分中以SiO2饱和矿物居多。由于混合不均匀，会出现局部区域SiO2不饱和矿物；局部区域SiO2过饱和而析出石英晶体。 4.将按照最佳工艺条件制备的污泥钢渣陶粒应用于曝气生物滤池，对生活污水处理处理进行实验研究，反应器的启动采用接种挂膜的方法。启动时间为9天。在稳定运行阶段，反应器对各种污染物质的去除效果较好。当进水流量为1.0L/h时，出水COD为26.31～31.34mg/L，NH3-N浓度为1.44～1.92mg/L，SS低于10mg/L；当进水流量为1.5L/h时，出水COD为33.27～41.23mg/L，NH3-N浓度为2.72～3.24mg/L，SS低于10mg/L；当进水流量为2.0L/h时，出水COD为43.93～49.98mg/L，NH3-N浓度为3.87～5.14mg/L，SS低于10mg/L；当进水流量为2.5L/h时，出水COD为52.12～57.44mg/L，NH3-N浓度为6.12～8.45mg/L，SS低于10mg/L。当进水流量为3.0L/h时，出水COD为58.93～62.21mg/L，NH3-N浓度为8.56～10.08mg/L，SS低于20mg/L。COD和NH3-N浓度随滤料层高度增大不断减小，去除率逐步升高；在相同高度的滤料层，随着水力负荷增大，出水COD和NH3-N浓度越高，去除率越小。此外，滤料层对NH3-N的去除效果及其硝化性能受有机物浓度的影响。与商品陶粒的对比表明，污泥钢渣陶粒也具有较好的物理性能和污染物质去除性能。 【关键词】：污泥 钢渣 陶粒 曝气生物滤池 生活污水
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-32
• 1.1 城巿污泥和钢渣的产生及处理现状12-26
• 1.1.1 城市生活污泥和钢渣的来源与分类13-17
• 1.1.2 国内外污泥处理处置现状17-20
• 1.1.3 国内外主要钢渣处理方法20-21
• 1.1.4 我国污泥处理处置方式21-23
• 1.1.5 钢渣的利用23-26
• 1.2 污泥烧结陶粒的发展现状及技术研究现状26-29
• 1.2.1 污泥陶粒的发展现状26-27
• 1.2.2 烧结陶粒的技术研究现状27-29
• 1.3 研究内容及意义29-32
• 1.3.1 研究路线29-31
• 1.3.2 研究内容31
• 1.3.3 研究意义31-32
• 2 实验材料及方法32-39
• 2.1 实验材料、药剂及设备32-34
• 2.1.1 实验材料32-33
• 2.1.2 实验药剂33
• 2.1.3 实验仪器设备33-34
• 2.2 污泥陶粒制备流程及工艺条件34-38
• 2.2.1 陶粒制备流程34-35
• 2.2.2 工艺条件35-38
• 2.3 陶粒性能指标及测定方法38-39
• 2.3.1 探索试验陶粒性能指标及测定方法38
• 2.3.2 烧结试验陶粒性能指标及测定方法38-39
• 3 污泥烧结制备陶粒探索试验研究39-49
• 3.1 烧结工艺的正交优化探索试验39-41
• 3.2 烧结温度对陶粒性能的影响及其机理分析41-45
• 3.2.1 烧结温度对陶粒性能的影响41-43
• 3.2.2 陶粒产气控制方法分析43-45
• 3.3 物料配比对陶粒性能的影响45-47
• 3.3.1 原料配比对陶粒抗压强度的影响45-46
• 3.3.2 原料配比对吸水率的影响46
• 3.3.3 原料配比对表观密度的影响46-47
• 3.4 预热温度对陶粒性能影响47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 污泥烧结制备陶粒滤料的研究49-58
• 4.1 配比和温度对陶粒滤料主要性能的影响49-51
• 4.2 钢渣掺量对陶粒滤料性能的影响51-52
• 4.3 污泥钢渣陶粒对重金属的固化机理探讨52-54
• 4.3.1 污泥钢渣陶粒重金属浸出率52-53
• 4.3.2 污泥钢渣陶粒重金属固化机理分析53-54
• 4.4 污泥钢渣陶粒矿物相分析54-58
• 4.5 本章小结58
• 5 污泥钢渣陶粒在废水生物处理中的应用研究58-74
• 5.1 实验材料与方法59-61
• 5.1.1 实验装置59-60
• 5.1.2 实验方法60-61
• 5.2 启动阶段运行效果分析61-63
• 5.2.1 COD去除效果分析61-62
• 5.2.2 NH_3-N去除效果分析62-63
• 5.3 稳定运行阶段效果分析63-71
• 5.3.1 COD去除效果分析63-65
• 5.3.2 NH_3-N去除效果分析65-67
• 5.3.3 SS去除效果分析67-69
• 5.3.4 滤料层工作性能分析69-71
• 5.4 污泥钢渣陶粒与商品陶粒的性能比较71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6 结论与建议74-77
• 6.1 结论74-76
• 6.2 建议76-77
• 参考文献77-86
• 在学研究成果86
• 致谢86

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