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钢渣煤渣混装快渗柱除磷性能研究

2020-12-07阅读(213)

钢渣煤渣混装快渗柱除磷性能研究

论文摘要

钢渣煤渣混装快渗柱是基于我国日益严峻的水体富营养化、土地资源紧缺等问题，以研究出一种磷素高效去除、又环境生态友好的新型污水处理工艺为目的，而开发出的新型污水处理工艺。钢渣煤渣混装快渗柱是两段式蚯蚓强化快速渗滤工艺的第二段，具有优异的磷素去除效果，在一定程度上解决了污水处理工艺最终出水TP浓度仍然较高的问题。通过钢渣煤渣磷素静态吸附实验，分析钢渣煤渣磷吸附容量、动态吸附性能及pH对其磷吸附性能的影响。通过分析钢渣煤渣快渗柱进出水TP浓度、快渗柱填料中各形态磷种类和含量、和快渗柱运行稳定性，研究快渗柱生活污水磷素去除效果、磷素在快渗柱中的迁移转化规律、和快渗柱使用周期，为两段式蚯蚓强化快速渗滤工艺向中试规模发展提供了技术参数和运行数据。（1）盐酸改性后，钢渣煤渣的吸附容量分别为2．411mg／g、0．410mg／g，均大于未改性钢渣和煤渣（1．391mg／g、0．240mg／g）。钢渣改性后达到吸附饱和的时间缩短，磷酸盐浓度越大，钢渣达到吸附饱和所需时间缩短得越多，20mg／L的溶液缩短了4h，40mg／L缩短了10h，60mg／L缩短了12h。钢渣煤渣均存在磷酸盐快速吸附、慢速吸附和吸附平衡三个过程，钢渣在慢速吸附过程中存在溶解态磷向沉淀态磷转化的反应，使得磷酸盐的去除率接近100％，而煤渣磷酸盐去除率仅有40％。钢渣和煤渣中富含铁离子和铝离子，因此两填料随pH变化规律相似，均为酸性溶液的磷酸盐去除速率最快，其次为中性，碱性最慢。综上所述，钢渣在磷素去除方面明显优于煤渣，盐酸改性可提高钢渣和煤渣的磷吸附容量。（2）钢渣煤渣快渗柱探索性试验表明钢渣煤渣快渗柱具有优异的除磷效果。快渗柱水力负荷为0．5m／d时，快渗柱出水TP均未检出，当水力负荷提高到1m／d时，快渗柱出水TP浓度在0．2～0．4mg／L左右，水力负荷增大不利于TP的去除。钢渣煤渣分层装填快渗柱出水TP浓度高于混合填装，且柱内钢渣易板结，运行周期较短。表层装填砂土快渗柱比装填陶粒更易堵塞。（3）钢渣煤渣混装快渗柱试验表明，1#（钢渣：煤渣=1：1．5）和3#（钢渣：煤渣=1：5）快渗柱TP去除效果均较好，出水TP浓度低于1mg／L，达到污水排放标准（GB 18918－2002）中的一级B标准。2#快渗柱（钢渣：煤渣=1：3）TP去除效果略差，运行后期出水TP浓度已接近1．5 mg／L。水力负荷由1m／d提高到4m／d时，出水TP浓度变化较小，在该水力负荷范围内，水力负荷对TP去除效果影响不大，提高系统水力负荷具有可行性。连续运行和增加填料高度均可提高磷素的去除率，出水TP浓度均低于1mg／L。（4）不同快渗柱中，各形态的沉淀态磷和TP含量沿柱深均呈增加趋势，有机磷沿柱深呈下降趋势。钢渣煤渣装填比例、系统水力负荷和Fe-P含量成正比、连续运行及高度增加有利于Fe-P含量增加。各取样点Fe-P含量均最大（1．2～2．7mg／kg），然后依次为Ca-P（0．92～1．08mg／kg）、Al-P（0．49～0．61mg／kg）、O-P（0．39～0．60mg／kg）、有机磷（0．22～0．38mg／kg），Fe-P含量与TP含量呈极显著正相关。快渗柱TP含量越多，快渗柱TP去除效果越好。（5）经过130多天的运行，被保留的3#和4#快渗柱出水TP平均浓度分别为1．05mg／L和1．65mg／L，两快渗柱磷吸附量逐渐接近理论吸附量，磷吸附能力均有所下降，4#快渗柱磷吸附能力下降的更多，与4#快渗柱出水较差相吻合。（6）3#快渗柱的理论磷吸附容量（4．64g）小于4#快渗柱（13．29g），但前者实际磷吸附量（9．85g）大于后者（7．28g），且前者的出水水质也优于后者。钢渣的有效利用率是磷素去除效果好坏的重要影响因素，3#快渗柱的钢渣有效利用率远大于4#快渗柱。综上所述，以钢渣和煤渣作为快渗柱填料，可以充分发挥钢渣优异的除磷特性，维持较低的快渗柱出水TP浓度。钢渣煤渣混装快渗柱水力负荷高，运行周期长，抗堵塞性能强，填料吸附沉淀的磷素不易向环境释放，对环境的污染少，基本达到研究目标。但试验中还存在很多不足，仍需继续完善。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 引言
  • 1.1 污水磷污染现状
  • 1.2 土地处理工艺发展现状
  • 1.3 填料在除磷中的应用
  • 1.4 课题背景、意义及内容
  • 1.4.1 课题背景及意义
  • 1.4.2 研究思路及内容
  • 第2章 磷的基本形态及其迁移转化机理
  • 2.1 磷的基本形态及其浸提方法
  • 2.1.1 磷素的基本形态
  • 2.1.2 磷素的分级浸提方法
  • 2.2 钢渣煤渣除磷原理
  • 2.2.1 物理化学吸附机理
  • 2.2.2 化学沉淀机理
  • 2.2.3 生物除磷
  • 2.2.4 有机磷和无机磷的相互转化
  • 第3章 钢渣煤渣除磷静态吸附性能研究
  • 3.1 试验材料与试验方法
  • 3.1.1 试验材料与试验仪器
  • 3.1.2 试验方法
  • 3.2 等温吸附方程
  • 3.3 钢渣煤渣磷吸附容量分析
  • 3.3.1 试验条件
  • 3.3.2 钢渣煤渣吸附容量试验结果与分析
  • 3.4 钢渣煤渣磷素动态吸附性能
  • 3.4.1 试验条件
  • 3.4.2 钢渣动态吸附试验结果与分析
  • 3.4.3 煤渣动态吸附试验结果与分析
  • 3.5 pH值对钢渣煤渣磷吸附能力的影响
  • 3.5.1 试验条件
  • 3.5.2 pH对改性钢渣影响试验结果与分析
  • 3.5.3 pH对改性煤渣影响试验结果与分析
  • 3.6 小结
  • 第4章 钢渣煤渣快渗柱除磷性能探索性试验
  • 4.1 实验装置及进水水质
  • 4.2 试验材料及试验方法
  • 4.3 钢渣煤渣分层填装及混合填装除磷效果比较
  • 4.3.1 钢渣煤渣分层填装比例对去除污水中磷素效果的比较
  • 4.3.2 钢渣煤渣分层填装与混合填装去除污水中磷素效果的比较
  • 4.4 小结
  • 第5章 钢渣煤渣混装快渗柱磷去除效果分析
  • 5.1 实验装置及进水水质
  • 5.2 试验结果与分析
  • 5.2.1 钢渣煤渣不同混装比例对污水中磷去除效果的影响
  • 5.2.2 水力负荷对污水中磷去除效果的影响
  • 5.2.3 运行方式对污水中磷去除效果的影响
  • 5.2.4 装填高度对污水中磷去除效果的影响
  • 5.3 钢渣煤渣其他污染物去除效果分析
  • 5.4 小结
  • 第6章 磷在填料中迁移转化规律研究
  • 6.1 材料与方法
  • 6.1.1 样品的采集
  • 6.1.2 主要仪器及试剂
  • 6.1.3 测定项目及方法
  • 6.1.4 数据处理方法
  • 6.2 不同形态磷沿柱深的变化规律
  • 6.2.1 填料装填比例对试验柱内不同形态磷变化规律的影响
  • 6.2.2 水力负荷对快渗柱内不同形态磷变化规律的影响
  • 6.2.3 运行方式对快渗柱内不同形态磷变化规律的影响
  • 6.2.4 高度对快渗柱内不同形态磷变化规律的影响
  • 6.3 快渗柱中各形态无机磷变化规律比较
  • 6.3.1 不同取样点各快渗柱Fe-P变化规律
  • 6.3.2 不同取样点各快渗柱Al-P变化规律
  • 6.3.3 不同取样点各快渗柱Ca-P变化规律
  • 6.3.4 不同取样点各快渗柱O-P变化规律
  • 6.3.5 不同取样点各快渗柱有机磷变化规律
  • 6.3.6 不同取样点各快渗柱TP变化规律
  • 6.4 小结
  • 第7章 钢渣煤渣混装快渗柱磷去除稳定性研究
  • 7.1 快渗柱出水 TP及填料中各形态磷含量分析
  • 7.1.1 快渗柱进水水质及运行参数
  • 7.1.2 钢渣煤渣混装快渗柱出水TP去除效果分析
  • 7.2 钢渣煤渣快渗柱填料内磷形态及含量分析
  • 7.3 钢煤快渗柱磷吸附饱和量分析
  • 7.4 小结
  • 第8章 结论与建议
  • 8.1 结论
  • 8.2 建议
  • 致谢
  • 参考文献
  • 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

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