铁优化给水污泥降解水中磷行为特性及机理探讨

摘要

水体中的磷是有机磷及无机磷原生及水体扰动沉积物次生而来，因此来源广泛且含量浓度高致使磷成为我国河流湖泊水体主要污染问题之一。富含磷的水体易出现水华现象，从而降低水中溶解氧含量，威胁水生生物生存，因此除磷研究多年来早已成为国内外热点。研究发现除磷方法有生物、物理、化学等多种方法，生物法周期长、见效慢，且初期投资昂贵，并伴随长期运行费用；而物理化学法最为简便实用，同时可用于应急污染使用，主要为通过吸附剂在范德华力及化学作用下完成除磷过程，但吸附剂长时间使用导致需求量大、投资高，使得研究者趋向于研发超低成本、高效率的吸附剂。
　　给水污泥是城市供水厂沉淀池沉降废物，主要以铁和铝为主。然而原态给水污泥吸附磷饱和量非常有限，要满足磷污染现状控制，需要相当数量给水污泥，因而大量增加了其他成本，不利于给水污泥资源化利用。因此需要以给水污泥为对象改性给水污泥，并进行改性给水污泥粉末配合石灰、粉煤灰造粒，研究除磷效果及探究机理，以增强给水污泥资源化及在水体处理方面的推广性。
　　原态给水污泥粉末除磷效果及机理探究实验研究结论：随着吸附剂投加量的增加去除率曲线逐渐上升，磷吸附量曲线逐渐下降。随着磷初始浓度的逐渐增加，磷去除率曲线趋势逐渐降低，磷吸附量曲线趋势逐渐上升。随着pH的逐渐增加，磷去除率与磷吸附量曲线趋势逐渐降低。磷初始浓度、pH、时间为显著影响因素，投加量为非显著影响因素。离子运动至粉末表面过程中固液界面扩散过程起主导作用。吸附磷过程容易进行，化学吸附起主导作用，给水污泥粉末对磷的最大平衡吸附量为4.172 mg/g。结合表征，可判断出磷吸附过程为离子交换。
　　改性给水污泥粉末除磷效果及机理探究实验研究结论：随着改性粉末投加量增大，磷去除率增加，磷吸附量逐渐降低。不同初始浓度影响实验结果表明，随着磷溶液初始浓度增加，去除率逐渐减小，磷吸附量逐渐增大；当pH为3时磷去除效果最好。pH为显著影响因素，其他3种均为非显著影响因素。离子运动至粉末表面过程中固液界面扩散过程起主导作用；后期反应过程为化学吸附。温度在改性给水污泥除磷过程中不是决定性因素；据分离因子判断，改性给水污泥除磷为有利吸附。
　　改性给水污泥颗粒除磷效果及机理探究实验结论：改性给水污泥粉末：粉煤灰：生石灰=8:4:3条件下除磷效果最好，与原态给水污泥粉末0.25g的去除率24.77％、改性粉末给水污泥0.25g的去除率97.73%相比，改性颗粒0.25g的去除率为61.08%。改性给水污泥颗粒表面出疏松多孔、凹凸不平、分散不均、表面积大等特点。随着颗粒投加量的增加，溶液磷去除率曲线呈现逐渐上升趋势。随着磷初始浓度的增加，磷去除率逐渐下降，磷吸附量逐渐增加。随着pH的变化，磷去除率、吸附量曲线呈现山形。实验运行因素影响顺序为：磷初始浓度＞给泥颗粒投加量＞吸附时间＞pH，各因素最佳组合处理水平为：A3B1C3D4，即初始浓度为10mg/L，pH为3，投加量为1.0g/L，吸附时间4h，去除率为93.14%。：离子运动至粉末表面过程中颗粒内扩散过程起主导作用；在整个流程中化学吸附起主导作用。等温吸附实验表明：吸附磷过程容易进行，化学吸附起主导作用。盐酸溶液对磷的解析率最高，氢氧化钠溶液对磷的解析率次之，纯水条件下磷解析率最低。
　　实际污水处理试验结论：对于低磷浓度水体而言，通过改性给水污泥颗粒降解，当投加量为5粒（0.5cm）时，广州增城内河磷去除率为93%，新塘污水处理厂二沉池磷去除率为63%，海伦堡花园池塘磷去除率为59%。对于中高浓度含磷水体通过改性给水污泥颗粒降解，当投加量为5粒(0.5cm)时，潼湖流域某农户家分散生活污水原液磷去除率为86%，潼湖流域分散生活污水湿地出水磷去除率为85%，新塘污水处理厂初沉池出水磷去除率为87%。
　　给水污泥从原态粉末到改性，再到制造颗粒，是一个蜕变的过程。原态给水污泥的磷吸附效果小于改性后效果，同时也小于改性后给水污泥颗粒的吸附效果；然而，改性给水污泥粉末去除磷的效果优于颗粒吸附效果，原因我们分析为粉末的表面积大。在颗粒吸附磷实验过程中，不管是单因素还是正交实验，或者动力学实验，实验过程中，误差还是较大的，这是因为颗粒的制造过程是依靠手工完成，颗粒的大小不是很一致，最后导致实验结果的误差，但是在多次实验以后还是可以找出相应规律；总而言之，给水污泥颗粒的制造还是成功的，颗粒坚硬，吸附能力强，造价低廉，是给水污泥资源化再利用的有效参考依据。

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1.绪论

1.1水体中磷污染来源及危害

1.2.磷污染水处理方法

1.3给水污泥研究进展

1.4研究目标

1.5研究内容

2试验材料及方法

2.1试验材料、试剂、仪器设备

2.2给水污泥制备及试剂配制

2.3主要分析方法

2.4本章小结

3原态给水污泥粉末除磷效果及机理探讨实验

3.1单因素实验

3.2正交实验

3.3动力学实验

3.4等温吸附实验

3.5 吸附原态给水污泥表征

3.6本章小结

4改性给水污泥粉末除磷效果及机理探讨实验

4.1改性前后对比试验

4.2单因素实验

4.3正交实验

4.4动力学实验

4.5等温吸附实验

4.6 吸附前后改性给水污泥表征

4.7 解析试验

4.8本章小结

5改性给水污泥颗粒除磷效果及机理探讨实验

5.1改性给水污泥造粒实验

5.2单因素实验

5.3正交实验

5.4动力学实验

5.5等温吸附实验

5.6 吸附前后原态给水污泥表征

5.6解析试验

5.7本章小结

6实际污水处理试验

6.1改性给水污泥颗粒吸附低浓度水体中磷的试验

6.2改性给水污泥颗粒吸附中高浓度含磷水体

6.3本章小结

7.结论与展望

7.1研究结论

7.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果