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1、科技方法训练学号：200910220210姓名：顾丽鹏专业班级：09环境工程（2）班指导老师：鲁莽副教授完成日期：2012年10月28日材料科学与工程学院II悬浮陶粒活性炭改性及处理含油污水的研究一、概述随着水污染的日益严重和人们对饮用水水质要求的日益提高,如何在现有水厂工艺流程的基础上,提高出水水质已成为迫切需要解决的问题.过滤是净水系统中控制出水水质的关键工序,而提高过滤技术水平的关键是滤料.由于目前使用的石英砂滤料存在着比表面积小、孔隙率低、表面吸附容量低等问题,而且石英砂滤料表面带负电,而进水中的杂质和有机物表面一般均带负
2、电.此时如应用表面带正电或中性的滤料,将有利于静电间的引力,提高去除率,减少混凝剂的用量.因此从改善滤料性质着手,研制优于传统滤料的过滤介质,可以改善整个水厂的制水工艺,提高出水水质.国外研制的各种新型滤料也正朝着改善滤料表面特性的方向努力,以提高滤料的截污能力.用物理或化学方法对传统滤料进行改性,改善其表面结构和性能,是滤料发展的一个新的研究方向.当前，悬浮移动载体已被国内外环保专家公认为一种高效率、节能型的生物载体。我们所研制的一种比重与水接近，耐磨性能好，易形成和维持高活性生物膜的多孔陶瓷悬浮载体，属于国内外首创的新型无机材
3、质载体。它是以工业废渣为主要原料研发的一种处理城市生活污水和工业有机废水的陶瓷载体，呈现部分开孔，部分闭孔，表面粗糙多孔，比表面积大，良好的亲水性、微生物亲和性、化学稳定性、抗热震性等；不仅质量轻、机械强度高、耐磨性好，而且易于再生循环使用、寿命长、生产和使用的成本低。1.1本课题的研究目的和内容陶瓷材料表面存在许多羟基键而荷负电,若使陶瓷载体表面的活性羟基与某些金属阳离子发生离子交换和吸附反应，则载体表面荷正电，通过阳离子对带负电荷的被吸附物较强的结合力，从而增加载体对被污染物的吸附成膜性能。通常荷正电改性剂多以金属元素类(Fe
4、，Al，Mg，Mn等)物质的氧化物或者水合氧化物为主。因此，通过化学方法使载体表面的电化学性能得到改善，伴随着载体表面性质的变化，即表面荷正电，加之高的比表面积，会大大提高载体的生物膜量，从而显著提高水处理能力。本课题的主要研究内容有：(1)采用先进的多孔陶瓷制备技术，以工业废渣为原料，与荷正电改性相结合，制得的多孔陶瓷悬浮载体内部以闭孔为主，表面呈毫米级开孔与发达的微孔内壁、表面荷电，具有吸附、密集和固着多重功能；具有孔梯度（微米级孔隙、毫米级孔洞）和湿密度梯度（0.95～1.05g/cm314），其中微米级孔道利于微生物附着，
5、毫米级孔洞可提高污水的过滤速率及处理效率；密度梯度利于陶瓷悬浮载体在污水处理反应器中立体填充，极易达到全池流态化，提高污水处理效率。这在国内外文献查阅中尚未发现报道。(2)通过热化学法对陶粒载体进行表面修饰改性，制得了高活性多孔陶瓷悬浮载体。通过对陶瓷载体表面的修饰改性及涂层性质的调控研究，揭示其作用规律，总结酸预处理、阳离子盐浓度、焙烧温度等进一步优化总结出联合改性最佳的工艺参数，为高活性多孔陶瓷悬浮载体性能提高，拓宽其应用范围，开辟一条新的科学技术途径。(3)研究揭示了多孔陶瓷悬浮载体固定化的作用机理。通过对工程具有实际意义可
6、控制的填充率和能量输入的改变进行试验验证，探明陶瓷悬浮载体活性涂层对固定化生物膜的影响与作用规律，着重改性陶瓷悬浮载体生物膜工艺中表征生物膜特征(结构、重量、厚度和活性等)的参数控制，为进一步研究提高陶瓷悬浮载体的修饰改性效能打下科学理论基础。14二、文献综述2.1几种改性滤料去除水中有机物的性能比较对四种不同的改性滤料（1、以石英砂为载体滤料,铁盐为改性剂,制备涂铁砂。2、以石英砂为载体滤料,铝盐为改性剂,制备涂铝砂。3、以陶粒为载体滤料,铁盐为改性剂,制备涂铁陶。4、以陶粒为载体滤料,铝盐为改性剂,制备涂铝陶）去除水中有机物的
7、效果进行了静态和动态吸附对比试验。研究结果表明改性滤料对有机物的去除效果始终优于原滤料。涂铁砂和涂铝陶对有机物的去除率达66%。改性滤料的比表面积比原料增加很多，表面积越大，表面张力也越大，要求降低表面张力的倾向也越大，吸附能力也越强。改性滤料能从水中吸附有机物，实际上是它们在两者之间作用力平衡的结果，改性滤料吸附有机物的作用力大于它与水体间的作用力。这些作用力可归纳为改性滤料所带离子功能基与所接触污染物间相吸引的库仑力以及分子间作用力如范德华力等，吸附过程主要是基于范德华力。静态和动态试验的结果均是涂铁砂对有机物的去除率最高。根
8、据改性滤料的表而性能对试验结果进行了分析和验证。2.2海泡石的机械化学改性天然海泡石的改性在国内外都进行广泛的研究,技术比较成熟,并应用到实际生产当中,通常采取的是酸活化,离子交换改性等方法。通过机械化学手段进行有机改性的方法制备有机海泡石的方法较
