免烧结污泥基复合陶粒填料的制备及其除磷性能研究
水处理污泥是净水过程中的固体废物，由于水处理污泥特别是给水污泥具有较好的除磷能力，因此有望作为磷吸附材料在水处理中进行运用，但粉末或块状污泥在应用过程会容易现其难以回收、易发生堵塞等的问题。近年来有许多研究将水处理污泥进行颗粒化，旨在解决这些问题，并拓宽其应用范围。本文以给水污泥为主体，并以水泥、粉煤灰、钢渣和矿粉为原料，采用免烧结的自然固化法制备了具有优良磷吸附性能的污泥陶粒，并研究了污泥陶粒在静态和动态条件下的磷吸附性能。主要获得了以下结论： （1）根据陶粒的抗压强度确定了各原材料的范围，并在此基础之上采用混料设计，以陶粒的抗压强度和表观密度为响应值，通过响应优化获得了陶粒的最佳配比：水厂污泥48.92%，水泥34.01%，矿粉8.53%、粉煤灰5.70%、钢渣2.84%。试验表明污泥陶粒的各项指标均符合《水处理用人工陶粒滤料》（CJ/T299-2008）中的规定，扫描电镜结果表明污泥陶粒具有孔隙结构结构，X射线衍射分析结果表明污泥陶粒的主要晶体矿物为石英、方解石和斜硅钙石。浸出金属毒性分析表明陶粒的浸出重金属毒性小于相关标准中规定的值。 （2）通过静态吸附试验研究了污泥陶粒对磷的吸附能力，在对吸附过程影响因素的探究中发现，较低的pH、较高的温度及较高的初始磷浓度更有利于污泥陶粒的磷吸附。通过吸附动力学拟合，表明吸附过程与二级吸附速率方程拟合更好；吸附等温线拟合结果表明Freundlich方程更符合整个吸附过程，而由Langmuir拟合结果可知陶粒的最大磷吸附量可达46.50mg/g。对陶粒的磷吸附形态分析表明，Ca-P、Al+Fe-P和物理吸附形态的磷分别占到总吸附磷的61.22%、22.93%和1.49%。这表明污泥陶粒对磷的吸附主要依靠化学吸附，Ca、Al和Fe在污泥陶粒磷吸附的过程中起到了重要作用。 （3）将污泥陶粒作为填料进行动态吸附试验，在总填充高度为30cm，进水磷浓度3mg/L，进水流速6ml/min的条件下，在40天的运行周期内，污泥陶粒填料吸附柱经历了开始吸附到完全穿透的过程，初期出水pH高达9.48，并随着吸附过程的进行逐渐降低，最终维持在7.20左右。对于填充高度对吸附的影响，填充高度越高，出水磷的去除性能越好，且开始穿透和达到耗竭所需要的时间就越长。对不同填充高度的动态吸附情况进行吸附穿透曲线拟合，结果表明填充高度为10cm、20cm和30cm的动态吸附过程与Thomas模型拟合的R2分别为0.977、0.980和0.988；与Yoon-Nelson模型拟合的R2分别为0.978、0.977和0.988，这表明两个模型都能用来阐释污泥陶粒在动态条件下对磷的吸附过程。
水处理污泥;免烧结;陶粒填料;除磷性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
海热提
2022
中文
X703
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）