粉煤灰烧结陶粒制备及其强化废水中磷酸盐去除的试验研究

摘要

粉煤灰作为燃煤电厂的固体废物，长期堆放不仅会污染地下水系统，还会产生扬尘造成大气污染。以其为主原料制备成粉煤灰烧结陶粒可用于控制水体富营养化(磷酸盐的去除)，是粉煤灰资源化利用的一种新途径。目前，关于粉煤灰陶粒的研究主要集中于制备及对含油废水和含重金属离子废水的处理，但有关粉煤灰陶粒用于生态治污工程、曝气生物滤池等强化废水中磷酸盐的吸附去除相对少见。
　　本研究以粉煤灰为主要原料，采用烧结法制成粉煤灰陶粒，通过设计单因素实验和正交实验，以比表面积和堆积密度作为衡量指标，优选出最佳的陶粒配方和烧结工艺条件。运用SEM和XRD分析技术对烧制的陶粒进行表征，并与商品陶粒进行对比。将烧制出的粉煤灰陶粒用于人工模拟含磷废水中磷酸盐的吸附去除，探讨了溶液中磷酸盐初始浓度、粉煤灰陶粒投加量、pH及温度对吸附效果的影响。此外，还对吸附饱和的陶粒进行了解吸再生实验，研究了pH、解吸剂种类及解吸剂浓度对解吸效果的影响。
　　结果表明，在原料配比为：粉煤灰50 g、膨润±35 g、生石灰12 g、水玻璃5g；烧结条件为：烧结温度1150℃、烧结时间45 min、预热温度400℃、预热时间25 min时制备出的陶粒具有较高的比表面积，约为22.145 m2/g。而在p H值为4～10、陶粒投加量为2 g时，溶液中磷浓度低于0.5mg/L。粉煤灰陶粒对磷酸盐的吸附达到平衡是一个较缓慢地过程，其整个吸附过程符合伪二级动力学方程。Langmuir等温模型能够很好地描述粉煤灰陶粒对磷酸盐的吸附行为，随着温度的升高，粉煤灰陶粒的最大吸附饱和量(Qmax)逐渐减小，当温度为15℃、25℃、35℃时，陶粒的最大吸附饱和量分别为0.7903、0.7426、0.6111 mg/g。此外，吸附饱和的粉煤灰陶粒在2.0 m g/L的NaOH解吸剂中具有较好的解吸效果，解吸率约为70％。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

列表索引

第1章 绪论

1.1 废水除磷概述

1.1.1 含磷废水的主要来源

1.1.2 含磷废水的特点及危害

1.1.3 国内外研究现状

1.1.4 含磷废水处理方法

1.2 粉煤灰危害及其应用

1.2.1 粉煤灰的排放

1.2.2 粉煤灰的组成与性质

1.2.3 粉煤灰处置不当产生的环境问题

1.2.4 粉煤灰在环境工程中的应用

1.3 粉煤灰陶粒概述及其在环境中的应用

1.3.1 陶粒的种类

1.3.2 陶粒的性能

1.3.3 陶粒制备对原料的要求

1.3.4 国内外陶粒的发展状况

1.3.5 粉煤灰陶粒在环境工程中的应用

1.4 研究目的、意义及内容

1.4.1 研究目的及意义

1.4.2 研究目标及内容

第2章 粉煤灰烧结陶粒的制备及其表征

2.1 实验原料

2.1.1 主要原料

2.1.2 辅助原料

2.2 实验仪器与设备

2.3 试验内容

2.3.1 原料的预处理

2.3.2 陶粒的制备

2.3.3 陶粒配方的确定

2.3.4 陶粒烧结条件的确定

2.4 陶粒的性能指标测试

2.5 样品表征

2.5.1 XRD分析

2.5.2 SEM形貌观察

2.6 实验结果与分析

2.6.1 陶粒原料配方的确定

2.6.2 最佳配方的验证

2.6.3 陶粒的烧结条件

2.6.4 陶粒的性能测试

2.6.5 陶粒样品的表征

2.7 本章小结

第3章 粉煤灰陶粒处理含磷废水的研究

3.1 实验材料

3.2 实验仪器

3.3 实验方法

3.3.1 磷酸盐静态吸附实验方法

3.3.2 投加量对吸附影响实验方法

3.3.3 吸附动力学实验方法

3.3.4 pH对吸附影响实验方法

3.3.5 吸附平衡实验方法

3.4 实验结果与分析

3.4.1 粉煤灰陶粒投加量对吸附除磷效果的影响

3.4.2 进水pH对吸附除磷效果的影响

3.4.3 粉煤灰陶粒对磷酸盐的吸附动力学

3.4.4 温度对吸附除磷效果的影响

3.5 结果讨论与分析

3.5.1 投加量及初始磷浓度的影响

3.5.2 粉煤灰陶粒对磷酸盐的吸附作用

3.5.3 pH值的影响

3.5.4 吸附平衡与温度的影响

3.6 本章小结

第4章 粉煤灰陶粒的解吸再生

4.1 解吸的基本原理

4.1.1 解吸的定义

4.1.2 简述解吸的主要影响因素

4.2 吸附饱和陶粒准备

4.3 解吸实验方法

4.3.1 pH值对陶粒解吸的影响

4.3.2 解吸剂种类对陶粒解吸的影响

4.3.3 解吸剂浓度对陶粒解吸的影响

4.4 实验结果与分析

4.4.1 不同pH对解吸效果的影响

4.4.2 解吸剂种类对解吸效果的影响

4.4.3 不同的解吸剂对解吸效果的影响

4.5 本章小结

结论与建议

参考文献

附录A(攻读硕士期间发表的学术论文目录)

致 谢