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试议吸附沼液营养物的沸石吸附回收与利用硕士论文开题报告

摘要:大中型沼气工程在处理畜禽废弃物、生产沼气的同时,也会大量的产生集中型沼液。沼液是有机物经过厌氧发酵后的残留液体,其氮、磷、有机物等营养物含量较高,若直接排放则会造成环境严重污染,若环保达标处理则会费用高昂,若直接使用则需大量消纳面积。尽管目前沼液的处置模式有低成本的还田使用、自然生态净化、高成本的工厂化处理、高附加值的开发性处理等,但理想模式是将低耗处理与附加使用相结合,寻求低成本回收有用成分的同时,减轻沼液的后续处理工艺压力。选用天然多孔介质吸附污染物是废水低成本处理常用的办法之一。沸石具有强大的离子交换性、吸附性、扩散性和催化性等特征,且取材广泛、价格低廉,常被用作废水吸附处理剂。为了提升天然沸石的吸附效率,人们常采取物理办法(如增多沸石比表面积)和化学办法(如转变阳离子交换容量)对天然沸石进行改性。鉴于目前国内外尚未见沸石吸附回收沼液中氮、磷、有机物等营养物的探讨报道,本论文选用天然沸石(TRF)、微波氯化钠联合改性沸石(WLF)、十六烷基溴化吡啶改性沸石(CPBF)、粉煤灰合成微米级沸石(WF)及亚微米级沸石(YWF),通过吸附-解吸试验和吸附柱试验,探讨不同沸石对沼液中氮、磷、COD的吸附-解吸特点,优化吸附工作参数;然后采取沸石强化SBR体系处理沼液经吸附柱吸附后的残液;最后通过盆栽试验探讨沼液饱和吸附沸石的农业肥效,达到低成本回收氮、磷、COD,实现沼液后续处理达标排放的目的。探讨结果表明:1、相比Freundpch方程,Langmuir方程对TRF、WLF、CPBF、WF、YWF等5种沸石材料的氨氮、磷、COD的等温吸附特点拟合性更好。因此计算出氨氮的吸附容量大小顺序是YWF (29.155mg/g)WF (17.637mg/g)WLF (10.020mg/g)TRF (8.326mg/g)CPBF (7.599mg/g);磷为YWF(3.169mg/g)WF(2.653mg/g)CPBF (1.138mg/g)WLF (0.693mg/g)TRF (0.611mg/g); COD为CPBF(37.736mg/g)YWF (23.256mg/g)WF (20.121mg/g)WLF (13.423mg/g)TRF (12.987mg/g).解吸试验表明,YWF、WF的氨氮和磷解吸率要明显小于其它3种材料;而对于COD,5种沸石解吸率大小顺序则是TRFWLF WFYWF CPBF。通过吸附动力学探讨可知,5种沸石对沼液氨氮、磷和COD的吸附匀呈现出“快速吸附,缓慢平衡”的特征,其中,YWF吸附速率显著高于其他4种沸石。动力学模型拟合表明,对于氨氮的吸附,5种沸石的吸附历程皆从准二级动力学方程的拟合效果为最优;对于磷的吸附,WLF、 TRF从及WF的吸附历程从一级动力学模型拟合效果为最优,而CPBF和YWF的吸附历程则从Elovich模型拟合效果最优;对于COD的吸附,TRF、 WLF、 WF和YWF的咐附历程从一级动力学方程模型拟合效果为最优,以动力学曲线和一级动力学方程表观速率常数B值的变化来看,可从认为这4种沸石材料对沼液COD的吸附反应主要由快反应膜扩散所制约。由于CPBF对沼液COD的吸附同时有着原矿区表面吸附和有机相分配意义,因而也同时有着快、慢速两种吸附反应,所从更适用于双室一级动力学模型。结合等温吸附-解吸试验和动力学吸附试验,发现在5种沸石中,YWF具有较好的沼液氨氮、磷、COD综合吸附性能,是较理想的沼液吸附剂。对沼液吸附影响因素进行探讨发现,随着初始pH值增多,YWF和WF对氨氮的吸附量先升高后下降,而CPBF、 TRF和WLF对氨氮的吸附量则随初始pH值的增多缓慢减少。5种吸附材料中,YWF、 WF对磷的吸附量受沼液初始pH值影响较大,而CPBF、 TRF和WLF对磷的吸附量受沼液初始pH值影响较小。COD吸附探讨表明,YWF、 WF对COD的吸附量随pH值的增多而逐步减小,而CPBF、 TRF和WLF则随pH值的增多出现“两低一高”走势。沼液离子强度对吸附的影响探讨表明,5种沸石对沼液氨氮的吸附量随着离子强度的增多迅速降低,其中从WLF的下降幅度最大;离子强度对沸石吸附磷和COD的影响要明显小于对氨氮吸附的影响。2、使用CPBF与WLF作为吸附剂按体积比1:1构建改性沸石滤柱,吸附柱试验表明,在合适范围内,改性沸石填料对NH4+、TP、COD的单位吸附量与沼液进水流速成负相关,与沼液进水初始浓度成正相关;进水流速和进水初始浓度的增多,都会使目标物在改性沸石滤柱中的穿透时间减少;而随着沸石柱层高度的增多,目标物的穿透时间从及改性沸石填料对NH4+、TP、COD的单位吸附量也随之增多。由此,适当的增多柱层高度和沼液浓度、适量的减小进水流量都可有效的提升吸附柱中改性沸石填料的吸附容量和使用率,提升处理工艺的效率和经济性。在饱和吸附柱的再生试验中,饱和吸附改性沸石填料在45℃热水中进行物理振荡后,从NaCl+Na2SO4(摩尔比为5:1,质量浓度6g/L溶液)混合液和NaCl+NaOH(摩尔比为7:13,质量浓度6g/L溶液)混合液作为再生液进行连续化学洗脱,再生后沸石对NH4+、TP、COD吸附容量恢复到新鲜改性沸石的88.15%、93.30%、84.57%。表明混合沸石具有较好的再生性,且再生成本可接受,具有一定的推广运用价值。但出于经济性考虑,再生次数应制约在3次从内。沸石对COD的吸附效果和沼液的接触时间密切相关,对沼液中极性小、分子量大、溶解度小的有机物吸附效果较差。由此,使用改性沸石滤柱进行沼液COD吸附去除很难达到理想效果,有必要在吸附柱处理后辅从生化处理工艺,从去除沼液中难吸附有机类物质。3、将粒径范围在40-60μm之间的粉煤灰合成沸石投入SBR体系组成ZFA-SBR体系(粉煤灰合成沸石投加型SBR),随着驯化时间的延长,生物膜逐渐在粉煤灰合成沸石上形成,为SND(同步硝化反硝化意义)创造了物质条件。ZFA-SBR和SBR相比,体系内活性污泥性能得到改进,稳定运转期SVI、 MLSS指标优于SBR。在运转周期内,ZFA-SBR与SBR的pH值变化走势相似,但整体要比SBR高0.5-0.7个单位。ZFA-SBR反应器中的脱氮和反硝化效率较高,曝气期COD降解速率也更高。沼液经改性沸石滤柱过滤后,按照调整沼液滤液BOD5/TN值到4左右的目的,与养殖场原水按配比进行混合,所得的混合液的可生化性相比沼液有较大改进,将其投入ZFA-SBR体系,构建“改性沸石滤柱过滤→BOD5/TN调整→ZFA-SBR"沼液处理强化工艺流程。在强化工艺稳定运转的30d内,ZFA-SBR的NH3-N、COD.TP出水达到《畜禽养殖行业污染物排放标准》规定要求,实现沼液的低耗达标处理,与SBR相比,体现出更高的去除率和抗水质负荷冲击能力。4、通过盆栽试验,考察5种沸石吸附沼液后的产物对土壤-冬小麦体系的影响,发现A处理组(5种沸石材料+化肥)和B处理组(5种沼液饱和吸附沸石材料+部分化肥)对土壤-植物体系产生了较显著的良性影响。在土壤方面,A处理组中的AYWF (YWF+化肥)、AWF (WF+化肥)与B处理组中的BYWF(沼液饱和吸附YWF+部分化肥)、BWF(

D综合吸附性能,是较理想的沼液吸附剂。对沼液吸附影响因素进行探讨发现,随着初始pH值增多,YWF和WF对氨氮的吸附量先升高后下降,而CPBF、 TRF和WLF对氨氮的吸附量则随初始pH值的增多缓慢减少。5种吸附材料中,YWF、 WF对磷的吸附量受沼液初始pH值影响较大,而CPBF、 TRF和WLF对磷的吸附量受沼液初始pH值影响较小。COD吸附探讨表

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