天然纤维复合PVFM悬浮填料的制备及其在污水处理中的应用

【摘要】：随着我国城市化进程的加速,水污染问题越来越严重,提高水资源的再生利用率、改善我国水资源短缺等问题已迫在眉睫。近几年,改进悬浮填料性能成为生物膜法水处理领域的研究热点之一,研制开发出价格低廉、易挂膜、污水处理效果好的新型填料,使其广泛地应用到污水处理中具有很大的现实意义。 本文以聚乙烯醇缩甲醛(PVFM)泡沫材料为骨架结构,加入天然洋槐纤维,结合机械打泡法和化学发泡法制备了一种新型废水处理生物载体——天然纤维复合PVFM悬浮填料(NF-PVFM)。以NF-PVFM泡沫塑料的表观密度、吸水倍率、孔隙率、湿态拉伸强度、表面粗糙程度等理化性能为指标,通过单因素实验探究出了较佳的工艺合成条件：在200mL10%的聚乙烯醇溶液中,60℃下加入用15wt%NaOH溶液浸泡48h后的粒径为200～250μm洋槐纤维2.0g、表面活性剂十二烷基磺酸钠1.0g、硫酸溶液(1：1)30mL、甲醛溶液15mL、发泡剂碳酸氢钠0.3g。在上述基础上继续考察了功能性水处理材料粉煤灰的用量对NF-PVFM性能的影响,确定添加量为4.0g时,合成的天然纤维/粉煤灰复合PVFM泡沫材料(NF/FA-PVFM)的理化性能较好。 在生物流化床反应器内,采用快速排泥挂膜法对制备的PVFM悬浮填料的挂膜性能及污水处理效果进行了研究,探索了悬浮填料的理化性能与挂膜性能的关系。实验结果表明,加入洋槐纤维和粉煤灰能改善PVFM悬浮填料的理化性能和生化性能,缩短挂膜启动时间；悬浮填料挂膜性能的优劣与污水处理效果的优劣保持了一致。其中,NF/FA-PVFM的挂膜速度最快,挂膜3天即出现厚度为0.5～1mm的浅黄褐色生物膜,14天后生物膜基本成熟,21天后挂膜量达176.23mg/g; NF-PVFM的挂膜速度接近于NF/FA-PVFM,21天后挂膜量为174.33mg/g;纯PVFM的挂膜速度较慢,21天后挂膜量为165.01mg/g。挂膜后三种填料的CODcr去除率基本稳定在90%以上,其中,NF-PVFM的CODcr平均去除率最高,达到93.82%；NF-PVFM、NF/FA-PVFM和纯PVFM对TN的去除率分别稳定在64%、65%和60%左右：三种悬浮填料的TP去除率稳定在69～72%之间,NF-PVFM和NF/FA-PVFM对TP的平均去除率稍高于纯PVFM。 考察了悬浮填料在反应器内的运行稳定情况及对污水处理的效果,检验了新型填料的性能优劣。实验结果表明,NF-PVFM在反应器内的运行稳定性最好,其在反应器内流化态良好,满足悬浮填料的技术要求,而NF/FA-PVFM的流化状态较差,需要增加曝气量改善流化程度。NF-PVFM和NF/FA-PVFM对污水中CODcr-TN、TP的去除率均好于纯PVFM。其中,NF-PVFM对CODcr的去除效果最好,平均去除率达94.05%；NF-PVFM和NF/FA-PVFM对TN的平均去除率为63.30%和65.61%,TP的平均去除率分别为70.93%和71.32%。 NF-PVFM悬浮填料具有良好的耐磨性,经过近两个月的挂膜和污水处理实验,填料没有出现磨耗及破损现象,也未发现由微生物浸蚀而造成的老化现象。 【关键词】：天然纤维 聚乙烯醇缩甲醛 悬浮填料 挂膜 污水处理
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 前言12-27
• 1.1 悬浮填料的分类及技术要求12-17
• 1.1.1 悬浮填料的分类及特点13-15
• 1.1.2 悬浮填料的技术要求15-17
• 1.2 聚乙烯醇缩甲醛的特点及应用17-20
• 1.2.1 PVFM泡沫塑料的物理化学性能17
• 1.2.2 PVFM泡沫塑料的合成工艺17-18
• 1.2.3 PVFM悬浮填料的特点和优势18-19
• 1.2.4 PVFM悬浮填料在污水处理中的应用19-20
• 1.3 天然纤维简介及表面改性方法20-25
• 1.3.1 天然纤维的组成和结构20-22
• 1.3.2 洋槐纤维22-23
• 1.3.3 天然纤维的表面改性方法23-25
• 1.4 课题研究内容及意义25-27
• 1.4.1 课题的研究目的及意义25-26
• 1.4.2 课题的研究内容26-27
• 2 NF-PVFM悬浮填料的合成工艺研究27-50
• 2.1 实验试剂与仪器27-28
• 2.1.1 实验试剂27
• 2.1.2 实验仪器27-28
• 2.2 实验原理及方法28-30
• 2.2.1 实验原理28-29
• 2.2.2 实验反应装置图29-30
• 2.2.3 合成NF-PVFM复合材料的实验步骤30
• 2.3 分析测试30-32
• 2.3.1 红外光谱分析30-31
• 2.3.2 显微分析31
• 2.3.3 表观密度的测定31
• 2.3.4 吸水倍率的测定31
• 2.3.5 孔隙率的测定31-32
• 2.3.6 拉伸强度的测定32
• 2.3.7 比表面积的测定32
• 2.4 PVFM的红外表征和显微分析32-34
• 2.4.1 PVF的红外光谱分析32-33
• 2.4.2 PVFM的显微分析33-34
• 2.5 洋槐纤维改性处理及其对NF-PVFM性能的影响34-40
• 2.5.1 洋槐纤维表面改性的实验步骤34
• 2.5.2 改性后洋槐纤维的显微分析和红外光谱分析34-36
• 2.5.3 碱溶液浓度对NF-PVFM性能的影响36-37
• 2.5.4 洋槐纤维粒径对NF-PVFM性能的影响37-38
• 2.5.5 洋槐纤维添加量对NF-PVFM性能的影响38-39
• 2.5.6 洋槐纤维表面改性前后NF-PVFM性能的比较39-40
• 2.6 单因素实验结果与讨论40-46
• 2.6.1 硫酸用量对NF-PVFM性能的影响40-41
• 2.6.2 甲醛用量对NF-PVFM性能的影响41-42
• 2.6.3 表面活性剂对NF-PVFM性能的影响42-44
• 2.6.4 反应温度对NF-PVFM性能的影响44
• 2.6.5 发泡剂用量对NF-PVFM性能的影响44-45
• 2.6.6 搅拌速度对NF-PVFM性能的影响45-46
• 2.7 粉煤灰用量对NF-PVFM性能的影响46-47
• 2.8 较佳合成工艺条件组合实验47-48
• 2.9 本章小结48-50
• 3 NF-PVFM悬浮填料的挂膜性能研究50-64
• 3.1 实验部分50-54
• 3.1.1 实验试剂与仪器50-51
• 3.1.2 实验装置及工艺流程51-52
• 3.1.3 实验填料52-54
• 3.1.4 实验水质54
• 3.2 测定项目及分析方法54-55
• 3.2.1 微生物镜检54
• 3.2.2 挂膜量54-55
• 3.2.3 水质检测项目及方法55
• 3.3 生物膜净化机理55-56
• 3.4 生物流化床反应器的启动研究56-63
• 3.4.1 PVFM悬浮填料挂膜方法57
• 3.4.2 三种不同PVFM悬浮填料的挂膜性能比较57-60
• 3.4.3 启动期三种不同PVFM悬浮填料的污水处理分析60-62
• 3.4.4 不同悬浮填料的流化状态比较62-63
• 3.5 本章小结63-64
• 4 悬浮填料在反应器内运行稳定性研究64-69
• 4.1 实验部分64-65
• 4.1.1 实验运行条件64
• 4.1.2 水质检测项目及方法64-65
• 4.2 实验结果65-68
• 4.2.1 对COD_(Cr)的去除效果分析65-66
• 4.2.2 对TN的去除效果分析66-67
• 4.2.3 对TP的去除效果分析67-68
• 4.3 运行前后悬浮填料的表观形态比较68
• 4.4 本章小结68-69
• 5 结论69-71
• 参考文献71-78
• 致谢78-79
• 个人简历、硕士期间发表的学术论文79

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