牡蛎壳生物载体的制备及在生物滤器工艺中的应用

摘要

随着海洋养殖产业的快速发展和人们对健康关注度的提高,牡蛎的需求量也越来越大,随之而来的牡蛎壳堆积问题也日益严重。本文采用海水养殖废物牡蛎壳作为主要原料,制备牡蛎壳生物载体(Oyster Powder Ceramsite,OPC),研究原料配比和煅烧温度对于牡蛎壳生物载体性能的影响。通过抗压强度、吸水率等表征,确定生物载体的最佳制备条件。设计曝气生物滤器( Biological Aerated Filter,BAF),以 OPC、陶粒(bioliteTM,BO)和混合填料(OPC和BO混合,MP)作为填料,用于处理海水养殖废水和印染废水。此外,本文还对牡蛎壳生物载体的磷吸附性能进行了研究。
　　设计了曝气生物滤器,采用牡蛎壳作为填料,当进水氨氮浓度在14-45 mg L-1范围内,出水氨氮浓度约为1 mg L-1,牡蛎壳填料曝气生物滤器对于氨氮的去除效果很好,对CODMn的去除率约为90％。在运行过程中牡蛎壳填料会有一定的损失,损失量与氨氮去除量呈线性关系。
　　原料配比和煅烧温度对OPC的性能具有重要的影响。牡蛎壳生物载体的最佳制备条件为:牡蛎壳、粘土和硅酸钠三种原料的质量比为4:2:1,煅烧温度为450℃,OPC的抗压强度为2.73 MPa、比表面积为4.97 m2 g-1、空隙率为41.32%、含泥量为0.71%、破碎率与磨损率之和为2.03%,制备的OPC符合《水处理用人工陶粒滤料》(CJ/T299-2008)的指标要求。
　　分别采用BO、OPC和MP三种生物载体,作为生物滤器的填料,处理海水养殖废水。当进水氨氮浓度范围为14-30 mg L-1,MP BAF出水中氨氮浓度约为1 mg L-1,去除效果较好;三个反应器对CODMn的去除率约在90%以上,去除效果好。当进水氨氮浓度约为45 mg L-1时,BO、OPC和MP BAF对氨氮的去除率分别为:9.75%、97.80%和42.92%,OPC BAF对氨氮的去除效果最好,但是CODMn的去除率下降至68%。OPC可以释放出一定的碳酸钙,缓冲水中pH,保证硝化反应顺利进行。MP和 OPC在运行过程中的滤料损失量和氨氮去除量呈线性关系。采用MP BAF处理活性染料印染废水,对浊度和色度的去除效果均比较好,且当进水中染料浓度变化时,浊度和色度受到影响小。
　　研究OPC对磷的吸附特性,当牡蛎壳粉末、粘土和九水硅酸钠的质量比为7:2:1,煅烧温度为450℃时,制备的OPC对磷的吸附量为0.155 mg g-1,此时OPC对磷的吸附效果最好。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 牡蛎壳的构造和物质组成

1.3 牡蛎壳的资源化

1.4 BAF工艺研究现状

1.5 本论文的研究目的、内容

第2章 实验的工艺流程、设备和方法

2.1 实验材料

2.2 实验仪器

2.3 实验装置

2.4 分析方法

2.5 牡蛎壳生物载体的制备及表征

2.6 重金属浸出实验

2.7 牡蛎壳生物载体对磷吸附效果的研究

第3章 牡蛎壳填料生物滤器在处理海水养殖废水中的应用

3.1 实验条件

3.2 结果与讨论

3.3 结论

第4章 牡蛎壳生物载体的制备及表征

4.1 材料和方法

4.2 实验结果与讨论

4.3 本章小结

第5章 氨氮浓度对生物滤器处理海水养殖废水的影响

5.1 实验条件

5.2 实验结果与讨论

5.3 BAF中氨氮和CODMn的沿程分布

5.4 不同填料与氨氮去除量的关系

5.5 填料损失量与氨氮去除量的关系

5.6 实验载体的表面形貌

5.7 本章小结

第6章 染料浓度对生物滤器处理印染废水的影响

6.1 实验条件

6.2 实验结果与讨论

6.3 本章小结

第7章 牡蛎壳生物载体吸附除磷效果的研究

7.1 实验方法

7.2 结果与讨论

7.3 本章小结

第8章 结论与建议

8.1 结论

8.2 创新点

8.3 建议

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果