河道底泥资源化—新型陶粒滤料的研制及其应用研究
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摘要
本文分为河道底泥性能研究、河道底泥陶粒滤料的制备及反应机理、底泥陶粒滤料的性能和结构分析、重金属的转化和行为研究以及底泥陶粒滤料在水处理中的应用五个部分。
通过对上海龙华港和彭越浦底泥样品的主要化学成分、粒径分布、矿物成分以及重金属含量的分析表明，底泥样品中的主要化学成分和粒径分布都同粘土类原料比较接近，这为底泥的资源化提供了有利的依据；底泥中的重金属含量和浸出浓度较高，但对其Cu、Zn、Pb、Cd、Cr~(6+)、Hg的分析结果表明底泥样品还不属于危险废物。
综合考虑，本文采用生活污泥、广西白泥和水玻璃为添加剂，通过正交试验确定了制备底泥陶粒的工艺条件和配方，并通过试验找到了烧成温度、生活污泥添加量、粘结剂添加量对底泥陶粒的比表面积、松散容重、空隙率、吸水率和颗粒容重的影响趋势。同时系统分析了各主要化学成分在底泥陶粒烧成中的作用、底泥陶粒孔隙形成机理以及固相反应机理。
对底泥陶粒的性能进行了系统的测定和分析，重点研究了底泥陶粒比表面积的测定方法、晶体成分、孔隙分布、吸附性能、重金属的存在形态和结构以及浸出行为等，分析表明底泥陶粒符合生物膜载体的要求。
本文首次从晶体结构的角度阐明底泥陶粒中重金属的形态和结构，指出底泥和生活污泥原料中的重金属通过高温烧结，经过一系列的转化和反应过程，固化在底泥陶粒中，不容易重新释放到环境中而对环境产生二次污染作用，也就消除了底泥陶粒在应用过程中可能产生的顾虑，对底泥陶粒样品中重金属行为的分析也证明了这一点。
设计曝气生物滤池，分别采用底泥陶粒、对照陶粒和颗粒活性炭作为生物膜载体进行配制废水处理试验，经比较发现当进水CODcr浓度在85.81mg/L～171.76mg/L、NH_3-N在7.28mg/L～37.04mg/L时，底泥陶粒对CODcr和NH_3-N的平均去除效率为64.75％和96.17％，充分说明底泥陶粒作为曝气生物滤池载体的可行性。
文中还采用三个曝气生物滤池对上海天山污水处理厂的出水进行了强化处理，发现出水NH_3-N基本能在1mg/L以内，去除率比较高且运行稳定，CODcr的平均去除率约为46.60％，不仅能够提高城市污水处理厂达标率，而且出水CODcr、NH_3-N均能达到回用水相关标准，表明了其在城市污水回用上的可行性。
The dissertation can be divided into five parts: characteristics of river sediment, technique and mechanism of producing ceramisite filter media from river sediment, characters and structure of the production, transactions and characters of heavy metals during the sintering process and in the products, application study in wastewater treatment.
Chemical contents, particle distribution, mineral contents and heavy metals in the river sediment from Shanghai Longhua Gang and Pengyuepu are determined. Results show that the chemical contents and particle distribution are like clay minerals, which provide possibility of reutilization. Heavy metals content in the river sediment and concentration in the leachate are very high but not reaching the level of hazard waste.
Sewage sludge, Guangxi Baini and water glass are chosen to be the additives. Orthorhombic experiment to produce river sediment ceramisite is carried out to determine the technique conditions. Effect of sintering point, sewage sludge content and adherent content to the characters of ceramisite made from river sediment are found through experiment, which are specific surface area, bulk density, porosity, specific water absorption and particle density. Function of primary chemical contents in the sintering process, porosity formation mechanism and solid phase reaction are also analyzed.
Performance of the ceramisite made from river sediment is tested and analyzed, which emphases on the measurement of specific surface area, crystallized materials, adsorption capacity, configuration of the porosity and leaching behavior of heavy metals in river sediment ceramisite. Results show that river sediment ceramisite can be fit for the requirements of biofilm carrier.
In this dissertation, crystal structure is first used to clarify the configuration and structure of heavy metals in river sediment ceramisite. Heavy metals in the river sediment and sewage sludge are solidified in the ceramisite after high temperature sintering and a series of transaction. They are stabilized in the ceramisite and not easy to release to the environment again to arouse secondary pollution, which eliminate the apprehension during its application. And analysis of the performance of heavy metals in the product makes this clarified.
Biological Aerated Filters (BAFs) with biofilm media of ceramisite made from river sediment, ceramisite for comparison, and paniculate Activate Carbon are designed to treat the simulated wastewater. When the inflow CODcr and NH3-N are 85.81mg/L~171.76mg/L and 7.28mg/L-37.04mg/L , the average efficiency is about 64.75% and 96.17% respectively. So it is feasible to be biofilm carrier in BAF for ceramisite made of river sediment.
Effluent of Tianshan Sewage Treatment Works is also done by the three BAFs. NH3-N can be 1.0mg/L below and average efficiency of CODcr removal is about 46.60% after treatment, which enhance the efficiency of sewage treatment works to meet the effluent standards, and also the water reuse standards.
通过对上海龙华港和彭越浦底泥样品的主要化学成分、粒径分布、矿物成分以及重金属含量的分析表明，底泥样品中的主要化学成分和粒径分布都同粘土类原料比较接近，这为底泥的资源化提供了有利的依据；底泥中的重金属含量和浸出浓度较高，但对其Cu、Zn、Pb、Cd、Cr~(6+)、Hg的分析结果表明底泥样品还不属于危险废物。
综合考虑，本文采用生活污泥、广西白泥和水玻璃为添加剂，通过正交试验确定了制备底泥陶粒的工艺条件和配方，并通过试验找到了烧成温度、生活污泥添加量、粘结剂添加量对底泥陶粒的比表面积、松散容重、空隙率、吸水率和颗粒容重的影响趋势。同时系统分析了各主要化学成分在底泥陶粒烧成中的作用、底泥陶粒孔隙形成机理以及固相反应机理。
对底泥陶粒的性能进行了系统的测定和分析，重点研究了底泥陶粒比表面积的测定方法、晶体成分、孔隙分布、吸附性能、重金属的存在形态和结构以及浸出行为等，分析表明底泥陶粒符合生物膜载体的要求。
本文首次从晶体结构的角度阐明底泥陶粒中重金属的形态和结构，指出底泥和生活污泥原料中的重金属通过高温烧结，经过一系列的转化和反应过程，固化在底泥陶粒中，不容易重新释放到环境中而对环境产生二次污染作用，也就消除了底泥陶粒在应用过程中可能产生的顾虑，对底泥陶粒样品中重金属行为的分析也证明了这一点。
设计曝气生物滤池，分别采用底泥陶粒、对照陶粒和颗粒活性炭作为生物膜载体进行配制废水处理试验，经比较发现当进水CODcr浓度在85.81mg/L～171.76mg/L、NH_3-N在7.28mg/L～37.04mg/L时，底泥陶粒对CODcr和NH_3-N的平均去除效率为64.75％和96.17％，充分说明底泥陶粒作为曝气生物滤池载体的可行性。
文中还采用三个曝气生物滤池对上海天山污水处理厂的出水进行了强化处理，发现出水NH_3-N基本能在1mg/L以内，去除率比较高且运行稳定，CODcr的平均去除率约为46.60％，不仅能够提高城市污水处理厂达标率，而且出水CODcr、NH_3-N均能达到回用水相关标准，表明了其在城市污水回用上的可行性。
The dissertation can be divided into five parts: characteristics of river sediment, technique and mechanism of producing ceramisite filter media from river sediment, characters and structure of the production, transactions and characters of heavy metals during the sintering process and in the products, application study in wastewater treatment.
Chemical contents, particle distribution, mineral contents and heavy metals in the river sediment from Shanghai Longhua Gang and Pengyuepu are determined. Results show that the chemical contents and particle distribution are like clay minerals, which provide possibility of reutilization. Heavy metals content in the river sediment and concentration in the leachate are very high but not reaching the level of hazard waste.
Sewage sludge, Guangxi Baini and water glass are chosen to be the additives. Orthorhombic experiment to produce river sediment ceramisite is carried out to determine the technique conditions. Effect of sintering point, sewage sludge content and adherent content to the characters of ceramisite made from river sediment are found through experiment, which are specific surface area, bulk density, porosity, specific water absorption and particle density. Function of primary chemical contents in the sintering process, porosity formation mechanism and solid phase reaction are also analyzed.
Performance of the ceramisite made from river sediment is tested and analyzed, which emphases on the measurement of specific surface area, crystallized materials, adsorption capacity, configuration of the porosity and leaching behavior of heavy metals in river sediment ceramisite. Results show that river sediment ceramisite can be fit for the requirements of biofilm carrier.
In this dissertation, crystal structure is first used to clarify the configuration and structure of heavy metals in river sediment ceramisite. Heavy metals in the river sediment and sewage sludge are solidified in the ceramisite after high temperature sintering and a series of transaction. They are stabilized in the ceramisite and not easy to release to the environment again to arouse secondary pollution, which eliminate the apprehension during its application. And analysis of the performance of heavy metals in the product makes this clarified.
Biological Aerated Filters (BAFs) with biofilm media of ceramisite made from river sediment, ceramisite for comparison, and paniculate Activate Carbon are designed to treat the simulated wastewater. When the inflow CODcr and NH3-N are 85.81mg/L~171.76mg/L and 7.28mg/L-37.04mg/L , the average efficiency is about 64.75% and 96.17% respectively. So it is feasible to be biofilm carrier in BAF for ceramisite made of river sediment.
Effluent of Tianshan Sewage Treatment Works is also done by the three BAFs. NH3-N can be 1.0mg/L below and average efficiency of CODcr removal is about 46.60% after treatment, which enhance the efficiency of sewage treatment works to meet the effluent standards, and also the water reuse standards.
引文
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