粉煤灰改性处理氨氮废水实验研究

论文摘要

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高,氨氮排放量急剧增加,对水体造成了严重的污染。氨氮废水传统的处理方法存在投资运行费用高、易受温度影响等缺点,寻找低成本、高效、稳定脱除氨氮的方法是解决氨氮污染的关键。粉煤灰是火力发电厂的产物,由于缺乏有效的利用,导致粉煤灰污染严重。粉煤灰的物理化学性质使得其具有一定的吸附性能,近年来人们将氨氮废水处理与粉煤灰利用综合考虑,并取得了一定的理论研究成果,但普遍存在一个问题即粉煤灰的吸附容量不高。为了提高粉煤灰的吸附性能,本文尝试通过三种方式即添加助剂煅烧、酸洗、碱洗对粉煤灰进行改性,研究结果发现,碱改性粉煤灰的吸附性能优于其他两种方式改性的粉煤灰。XRD和SEM表征结果表明,在碱性条件下,粉煤灰中有新的矿物相——沸石生成,沸石对NH4+有较强的离子交换作用,从而能达到提高氨氮去除率的目的。对碱改性粉煤灰进行了氨氮吸附工艺条件的研究,实验得出碱改性粉煤灰吸附氨氮的最佳工艺条件为:对100mL起始浓度为50mg/L的氨氮废水,当粉煤灰的投加量为2g,废水pH值为7,搅拌时间为20min时,改性粉煤灰对氨氮的脱除率可达70.86%。为进一步探讨粉煤灰吸附氨氮的机理,本文从动力学角度研究了改性粉煤灰对氨氮的吸附过程。研究表明,改性粉煤灰对氨氮的吸附符合Langmuir等温吸附方程;氨氮的吸附过程符合伪二级动力学方程;动边界模型拟合结果表明,液膜扩散是粉煤灰吸附氨氮的主要速率控制步骤;根据Dunwald-Wagner公式,可估算出吸附过程的有效扩散系数Dc为6.6×10-8cm2/s。为验证改性粉煤灰处理实际氨氮废水的可行性,在静态实验的基础上进行了氨氮的动态吸附实验。实验结果表明,粉煤灰的填充剂量越大、流速越小、起始氨氮浓度越小,填充柱的穿透时间越长。本实验的研究结果可以为实际工业化运用提供基础性研究资料,不仅可解决粉煤灰引起的环境污染问题,且由于粉煤灰廉价易得,若将其用于废水处理中,还可以降低废水处理成本,提高粉煤灰的利用价值,达到以废治废的目的,具有很高的经济和社会效益。

论文目录

• 论文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 粉煤灰概述
• 1.1.1 粉煤灰的产生
• 1.1.2 粉煤灰的理化特性
• 1.1.3 粉煤灰的危害
• 1.1.4 粉煤灰的综合利用现状
• 1.2 粉煤灰在水处理中的运用
• 1.2.1 粉煤灰处理废水的机理
• 1.2.2 粉煤灰的改性方法概述
• 1.2.3 改性粉煤灰在处理中的运用现状
• 1.3 氨氮污染现状及处理技术
• 1.3.1 氨氮污染的来源
• 1.3.2 氨氮的危害
• 1.3.3 氨氮废水的处理技术
• 1.4 课题研究背景、主要内容
• 1.4.1 课题研究的背景、意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 研究技术路线
• 第二章 改性粉煤灰的制备与筛选
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器及药品
• 2.2.2 实验试剂配制
• 2.2.3 粉煤灰来源
• 2.2.4 测定项目
• 2.2.5 氨氮浓度分析方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 粉煤灰预处理及烧失量的测定
• 2.3.2 碳酸钠及其浓度对氨氮去除率的影响
• 2.3.3 氢氧化钠及其浓度对氨氮去除率的影响
• 2.3.4 盐酸及其浓度对氨氮去除率的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 粉煤灰的表征
• 3.1 引言
• 3.2 粉煤灰的XRD 表征
• 3.2.1 实验仪器及方法
• 3.2.2 实验结果分析与讨论
• 3.3 粉煤灰的BET 表征
• 3.3.1 实验仪器及方法
• 3.3.2 实验结果分析与讨论
• 3.4 粉煤灰的SEM 表征
• 3.4.1 实验仪器及方法
• 3.4.2 实验结果分析与讨论
• 3.5 碱改性粉煤灰吸附氨氮的机理
• 3.6 本章小结
• 第四章 改性粉煤灰吸附氨氮废水静态实验
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 实验材料及分析方法
• 4.3 实验结果分析与讨论
• 4.3.1 改性粉煤灰投加量对吸附效果的影响
• 4.3.2 搅拌时间对吸附效果的影响
• 4.3.3 pH 对吸附效果的影响
• 4.3.4 起始氨氮浓度对吸附效果的影响
• 4.3.5 废水有机物浓度对吸附效果的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 改性粉煤灰吸附氨氮的吸附等温线及动力学研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验仪器与材料
• 5.2.1 实验仪器
• 5.2.2 实验材料
• 5.3 改性粉煤灰对氨氮的吸附等温线
• 5.3.1 Freundlich 吸附等温式
• 5.3.2 Langmuir 吸附等温式
• 5.4 改性粉煤灰吸附氨氮的动力学研究
• 6.4.1 伪一级动力学方程
• 5.4.2 伪二级动力学方程
• 5.4.3 动力学方程分析
• 5.4.4 吸附速率控制步骤及有效扩散系数
• 5.5 本章小结
• 第六章 改性粉煤灰吸附氨氮的动态实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 动态吸附实验装置图
• 6.3 影响穿透曲线因素的考察
• 6.3.1 装柱粉煤灰剂量对穿透曲线的影响
• 6.3.2 不同流速对穿透曲线的影响
• 6.3.3 不同起始氨氮浓度对穿透曲线的影响
• 6.4 改性粉煤灰吸附生活污水
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与存在的问题
• 7.1 结论
• 7.2 存在的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历