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用于海洋环境的生态混凝土制备及其生态效应研究

作　者: 袁建焘
导　师: 张延青
学　校: 青岛理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 生态混凝土块海水水质净化 COD/AN比氨氮去除效率
分类号: X55
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

海洋富营养化给人们的生活和生产带来了很大的损失，防治海洋富营养化的呼声日益高涨。目前治理海洋富营养化的措施大多是以控制污染源排放为主，对海水水质净化的措施很少。应用于河堤护坡的生态混凝土为海水水质的净化提供了一个很好的思路。利用生态混凝土构筑人工岸边以及将大型生态混凝土块放入海洋中作为鱼礁，在满足基本功能要求的前提下，生态混凝土的多孔结构能为海洋中的生物、动植物提供附着以及生长的空间，促使海洋生态系统得到修复，从而在一定程度上实现对海水水质的净化。本文主要研究了生态混凝土的成型工艺、生态混凝土海洋生态安全性、生态混凝土生物附着以及海水水质净化效果三个方面的内容。得出了如下结论：⑴在满足生态混凝土强度、抗冻性以及抗硫酸盐等基本性能的前提下，分别用粗骨料紧密堆积填充理论制备技术和粗骨料包裹厚度填充理论制备技术制作了生态混凝土块并测定了混凝土块的孔隙率，得出粗骨料包裹厚度的填充理论制备技术能更好地实现对混凝土块孔隙率的控制，并成功制备出了孔隙率为15%、20%、25%的混凝土块。⑵不同孔隙率的生态混凝土对于海水pH的影响趋势基本一致。随着孔隙率的增加，生态混凝土对海水pH的影响越来越大。孔隙率为25%的生态混凝土块对于海水pH的影响最大，海水pH由8.06左右增加到8.55左右，对实验用水影响较小。⑶生态混凝土自然海域应用时具有良好的附着性，放入自然海域1个月以后，由于大孔隙率的生态混凝土具有大的比表面积，因此大孔隙率的生态混凝土生物附着量明显多于小孔隙率生态混凝土的生物附着量。⑷本文在实验用水COD浓度为30mg/L、总氮浓度为6mg/L、溶解氧始终饱和、水温度为25℃、采用自然挂膜的条件下，挂膜时间为70天，混凝土块COD的去除效率0.8～0.9mg/cm~2·h；氨氮去除效率0.078～0.18mg/cm~2·h；亚氮积累量0.006～0.054mg/cm~2·h；硝氮积累量0.039～0.117mg/cm~2·h；总氮去除效率0.024～0.09mg/cm~2·h。相比于氨氮去除效率，总氮的去除效率不高，但是生态混凝土使氨氮大部分转化为硝氮，有利于海洋中生物的生存。⑸选取氨氮浓度分别为0.1mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L和COD/AN比分别为5、10、15、20、25。在相同氨氮浓度下，随着COD/AN比的增大，生态混凝土氨氮去除效率出现先增大后减小的趋势，COD/AN比在15时达到最大值。利用数据处理软件SPSS对数据进行处理，发现生态混凝土氨氮去除效率与COD/AN比之间具有二项式特性且具有很好的拟合度，得出了不同孔隙率的生态混凝土在不同氨氮浓度下氨氮去除效率与COD/AN比之间的二次方数学模型，通过数学模型可以得出不同水质条件下各孔隙率的生态混凝土的氨氮去除效率。本文对生态混凝土应用于海洋环境中进行了研究，同时为不同海域的生态混凝土海水水质净化效果提供依据，为后面的研究打下了良好的理论基础，具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  9-11
Abstract  11-13
第1章绪论  13-21
  1.1 研究背景  13-15
    1.1.1 海洋水体富营养化的成因  13-14
    1.1.2 海洋水体富营养化的危害  14
    1.1.3 海洋水体富营养化防治对策  14-15
  1.2 生态混凝土技术研究现状  15-19
    1.2.1 生态混凝土国外研究和应用现状  15-16
    1.2.2 生态混凝土国内研究和应用现状  16-19
  1.3 课题的提出和主要研究内容  19-21
    1.3.1 课题的提出  19-20
    1.3.2 课题的主要研究内容  20-21
第2章实验概述  21-30
  2.1 生态混凝土原材料  21-23
    2.1.1 水泥  21-22
    2.1.2 粗骨料  22
    2.1.3 细骨料  22
    2.1.4 矿物掺合料  22-23
    2.1.5 外加剂  23
  2.2 生态混凝土制备与养护技术  23-24
  2.3 生态混凝土性能测定方法  24-26
    2.3.1 生态混凝土孔隙率测定方法  24-25
    2.3.2 生态混凝土强度测定方法  25-26
  2.4 生态混凝土海水水质净化效果研究  26-30
    2.4.1 实验用水  26
    2.4.2 实验装置  26-28
    2.4.3 水质指标测定  28-30
第3章生态混凝土配方及成型工艺研究  30-40
  3.1 基于粗骨料紧密堆积填充理论的制备技术  30-34
    3.1.1 粗骨料紧密堆积填充理论  30-32
    3.1.2 基于粗骨料紧密堆积填充理论的实验研究  32-34
  3.2 考虑粗骨料包裹厚度的填充理论制备技术  34-38
    3.2.1 考虑粗骨料包裹厚度的填充理论  34-35
    3.2.2 主要参数确定  35
    3.2.3 考虑粗骨料包裹厚度填充理论的实验研究  35-38
  3.3 生态混凝土强度情况  38
  3.4 普通混凝土块的制备  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章生态混凝土生态安全性研究  40-45
  4.1 生态混凝土对于海水水质 pH 的影响研究  40-42
    4.1.1 实验概述  40-41
    4.1.2 实验结果与分析  41-42
  4.2 生态混凝土自然海域生物附着情况研究  42-44
    4.2.1 研究内容及方法  42-43
    4.2.2 实验结果与分析  43-44
  4.3 本章小结  44-45
第5章生态混凝土海水水质净化挂膜启动研究  45-57
  5.1 生态混凝土挂膜  45-47
    5.1.1 生态混凝土挂膜方式  45
    5.1.2 生态混凝土挂膜影响因素  45-47
  5.2 生态混凝土挂膜期间各污染物变化情况  47-55
    5.2.1 生态混凝土挂膜期间氨氮（COD）变化情况  47-49
    5.2.2 生态混凝土挂膜期间氨氮（NH_4~+-N）变化情况  49-51
    5.2.3 生态混凝土挂膜期间亚氮和硝氮变化情况  51-53
    5.2.4 生态混凝土挂膜期间总氮（TN）变化情况  53-55
    5.2.5 生态混凝土作用下海水中氮元素转化的情况  55
  5.3 本章小结  55-57
第6章不同水质对生态混凝土硝化性能影响研究  57-68
  6.1 概述  57-58
  6.2 实验材料和方法  58-61
    6.2.1 实验用水  58
    6.2.2 实验装置  58-60
    6.2.3 水质指标测定  60-61
  6.3 实验结果与讨论  61-67
    6.3.1 不同 COD/AN 比和不同氨氮浓度下氨氮去除效率变化情况  61-62
    6.3.2 COD/AN 比对生态混凝土氨氮去除效率的定量影响分析  62-67
  6.4 本章小结  67-68
第7章结论与建议  68-70
  7.1 结论  68-69
  7.2 建议  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作  74-75
致谢  75

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