玄武岩纤维生物载体表面改性及性能研究

摘要

玄武岩纤维是一种绿色环保的新型无机材料，直径小，比表面积大，由于其优良的性能在作为绝缘材料、建筑领域的增强材料、抗噪声材料以及其他复合材料方面，已经具有广泛的应用。本研究主要基于玄武岩纤维的绿色友好的性能，在生物接触氧化载体理论的指导下，采用超声波涂覆的方法对纤维表面进行改性，通过SEM、EDS、红外光谱表征来检测改性能否提高纤维的表面粗糙度、比表面积，用玄武岩纤维束制备一种螺旋式结构载体，挂膜后通过生物膜特性参数来选取最佳改性方法，并用于处理配制的生活污水，考察不同因素对CODCr、氨氮、TP去除率的影响，通过正交试验，对玄武岩纤维载体生物膜法污水处理性能影响程度分析，并对纤维载体生物膜法的动力学进行研究。本研究的主要结论如下:
　　(1)清洗剂处理，能清洗掉玄武岩纤维生产中添加的一些表面成分，改善后续改性试剂的添加效果;玄武岩纤维经KH550硅烷偶联剂、阳离子试剂、分散剂处理后，不同程度上增加了比表面积，从而提高了纤维表面粗糙度，增加了纤维表面含N、O元素的含量;阳离子试剂处理的玄武岩纤维表面N、O增加最多。
　　(2)该载体材料挂膜时间较快，一周生物膜就能生长良好;表面改性从某种程度上改变了玄武岩纤维的表面特性，更适合生物膜的生长;经过分散剂处理的纤维表面生物膜量达到最大值，耗氧率、CODCr含量也相对较大，微生物易附着到纤维上形成生物膜，综合评价，选取分散剂改性的玄武岩纤维进行污水处理试验。
　　(3)玄武岩纤维载体生物膜对污染物的去除率和时间呈正相关性;pH=8～10时，CODCr的去除效果达到90％左右，pH呈中性时，氨氮的去除率相对较好;当DO=4～6mg/L时，CODCr的去除效果较好，达到90％左右，氨氮去除率也能达到50％，TP去除率较低，在35％左右。
　　(4)正交试验表明，CODCr去除率影响因素依次为:CODCr初始浓度、DO、pH、氨氮初始浓度;氨氮去除率影响因素依次为:氨氮的初始浓度、pH、DO、CODCr的初始浓度;TP去除率影响因素依次是:氨氮的初始浓度、pH、DO、CODCr初始浓度;污染物的初始浓度对CODCr、氨氮、TP去除率影响程度最大。
　　(5)玄武岩纤维载体生物膜法的体系满足一级动力学方程;该体系降解CODCr的反应方程为:Cn=exp(0.1722-0.224t) C0;该生物接触氧化降解动力学为:U=0.1076(Ce-C)/410.4+(Ce-Cn)。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 生物接触氧化工艺载体材料的研究现状

1．2．1 有机类载体

1．2．2 无机类载体

1．3 纤维材料表面改性技术及其应用

1．3．1 纤维材料表面改性技术

1．3．2 表面改性的应用

1．4 玄武岩纤维特性及改性应用

1．4．1 玄武岩纤维特性

1．4．2 玄武岩纤维的改性应用

1．5 研究内容和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

第二章 试验材料与方法

2．1 试验装置

2．2 试验主要试剂及仪器

2．3 玄武岩纤维载体的制备

2．3．1 载体制备的材料

2．3．2 载体制备方法

2．4 试验方法

2．4．1 生活污水的配制

2．4．2 水质分析方法

2．4．3 生物膜特性测试方法

2．4．4 正交试验方法

2．4．5 动力学模型建立方法

2．5 玄武岩纤维的表征方法

第三章 玄武岩纤维的表面改性及表征

3．1 引言

3．2 玄武岩纤维的表面改性

3．2．1 生物接触氧化载体表面改性要求

3．2．2 玄武岩纤维表面改性方法

3．3 表征结果与分析

3．3．1 扫描电镜分析结果

3．3．2 红外光谱分析结果

3．3．3 能谱仪分析结果

3．4 本章小结

第四章 玄武岩纤维载体生物膜特性及净化性能研究

4．1 引言

4．2 生物膜特性试验与结果

4．2．1 玄武岩纤维挂膜试验

4．2．2 生物相分析

4．2．2 试验结果

4．3 玄武岩纤维载体生物膜法污水处理性能研究

4．3．1 不同pH对污染物去除率的影响

4．3．2 不同DO对污染物的去除率的影响

4．3．3 停留时间对污染物去除率的影响

4．4 玄武岩纤维载体生物膜法污水处理性能影响程度分析

4．5 本章小结

第五章 玄武岩纤维载体生物膜法的动力学研究

5．1 引言

5．2 经验速率方程的建立

5．3 生物接触氧化动力学模型

5．3．1 生物接触氧化动力学模型推理

5．3．2 动力学模型的建立

5．4 本章小结

第六章 总结与建议

6．1 总结

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢