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新型粉煤灰免烧陶粒的制备及其在BAF中的应用研究

作　者: 黄旭
导　师: 马放
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 粉煤灰陶粒免烧秸秆灰污泥曝气生物滤池填料
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国粉煤灰排放量大，占用土地，污染环境。粉煤灰陶粒可作为曝气生物滤池（BAF）填料，是综合利用粉煤灰的重要途径。当前我国粉煤灰陶粒的生产均采用烧结法，该法技术较为成熟，但能耗高，污染大，成本高。相比之下，免烧法节能环保，成本低廉。我国的免烧陶粒尚处于研制阶段，产品存在堆积密度高、强度低、比表面积小等问题，因而免烧法虽已开发出成品，但并未推广使用。本文研制可作为BAF填料的新型粉煤灰免烧陶粒，成本低、效能高，在一定程度上减少粉煤灰污染，使免烧工艺得以推广。本文以水处理用填料的标准制备陶粒，进行原料调控和工艺调控，确定原料添加量、优化过程参数，得出新型陶粒的制备流程为：5%NaOH预处理粉煤灰63%，CaO5%，水泥20%，秸秆灰6%，污泥6%，原料混合均匀后加水32%（相对于干物料），成球后湿席养护24h，80℃蒸汽养护12h。陶粒的主要性能指标为破碎率4.2%，堆积密度为687kg/m³，表观密度为1573kg/m³，空隙率52.2%，比表面积9.78m²/g（传统陶粒为3.29m²/g）。研究表明陶粒强度为SiO₂和Ca₂SiO₄·H₂O共同作用的结果。秸秆灰、污泥的添加可增大陶粒的比表面积，秸秆灰主要促进陶粒中孔的形成，污泥对微孔、大孔作用明显。对制成陶粒进行基本性能、浸出毒性、吸附特性和生物亲和性检测，结果表明新型陶粒符合《水处理用人工陶粒滤料》（CJ/T299-2008）的要求，吸附性和生物亲和性均优于传统烧结陶粒。将新型陶粒与传统陶粒投入BAF，对比两反应器挂膜与启动、正常运行处理效果、陶粒表面微生物量和反冲洗效能，结果表明，新型陶粒比传统陶粒更易于挂膜，正常运行阶段，新型陶粒反应器的COD、氨氮、总氮降解能力均优于传统陶粒反应器，新型陶粒更适于微生物生长，尤其对硝化细菌的生长具有一定的促进作用。新型陶粒制备方法经济节能，1m³陶粒生产成本约为420-550元（传统型为700-900元），燃料成本为0-132元（利用电厂废热进行蒸汽养护无需成本），远低于烧结陶粒煅烧过程的240-480元，能耗大为降低，经济效益显著。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景及相关领域研究现状  10-17
    1.1.1 粉煤灰陶粒的应用现状与研究进展  10-12
    1.1.2 曝气生物滤池的滤料  12-14
    1.1.3 污泥烧结陶粒的研究现状  14-15
    1.1.4 秸秆灰的研究及利用现状  15-17
  1.2 课题研究目的和意义  17-18
    1.2.1 课题来源  17
    1.2.2 研究目的及意义  17-18
  1.3 研究内容  18-20
第2章实验材料及方法  20-28
  2.1 实验材料  20-23
    2.1.1 实验原料  20-21
    2.1.2 实验用陶粒  21-22
    2.1.3 实验用水  22-23
  2.2 实验设备及装置  23-24
    2.2.1 实验仪器与设备  23
    2.2.2 实验装置  23-24
  2.3 实验分析方法  24-28
    2.3.1 陶粒基本性能检测  24-27
    2.3.2 反应器净水效能  27-28
第3章新型免烧陶粒的研制  28-54
  3.1 陶粒滤料的选择原则  28-29
  3.2 粉煤灰免烧陶粒制备机理  29-31
  3.3 制备流程  31
  3.4 原料调控对陶粒性能的影响  31-46
    3.4.1 外加剂对陶粒性能的影响  31-37
    3.4.2 水泥对陶粒性能的影响  37-38
    3.4.3 秸秆灰对陶粒性能的影响  38-42
    3.4.4 污泥对陶粒性能的影响  42-45
    3.4.5 正交实验  45-46
  3.5 工艺调控对陶粒性能的影响  46-50
    3.5.1 成球过程调控  46-48
    3.5.2 养护过程调控  48-50
  3.6 陶粒性能检测  50-53
    3.6.1 陶粒浸出毒性检测  51
    3.6.2 陶粒基本性能检测  51-52
    3.6.3 陶粒吸附特性  52
    3.6.4 陶粒生物亲和性  52-53
  3.7 本章小结  53-54
第4章新型免烧陶粒 BAF 应用研究及效益分析  54-67
  4.1 BAF 挂膜及启动  54-57
    4.1.1 挂膜方式的选择  54-55
    4.1.2 反应器启动  55-57
  4.2 BAF 处理效能研究  57-61
    4.2.1 悬浮物  57-58
    4.2.2 化学需氧量  58-59
    4.2.3 氨氮  59-60
    4.2.4 总氮  60-61
  4.3 陶粒表面微生物量  61-62
  4.4 BAF 的反冲洗  62-63
    4.4.1 反冲洗方法概述  62
    4.4.2 反冲洗实验  62-63
  4.5 新型陶粒的效益分析  63-66
    4.5.1 成本估算  63-64
    4.5.2 应用前景  64-65
    4.5.3 环境效益  65
    4.5.4 社会效益  65-66
  4.6 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-75
攻读学位期间发表的论文  75-77
致谢  77

新型粉煤灰免烧陶粒的制备及其在BAF中的应用研究

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