改性硅酸钙的制备及其在养殖废水厌氧除磷工艺中的应用研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：改性硅酸钙的制备及其在养殖废水厌氧除磷工艺中的应用研究英文并列题目：Preparationofmodifiedcalciumsilicate(MCS)andapplicationinphosphateremovalfromlivestockwastewaterduringanaerobictreatmentprocess研究生：田延威专业：环境科学与工程研究方向：废水处理工程导师：严群指导小组成员：学位授予日期：答辩委员会主席：刘和江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二O一五年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果

2、。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：趾裔'曰期:年6月g曰关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定:江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被査阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位

3、论文在解密后也遵守此规定。签名：母延盛导师签名：_日期—摘要摘要养殖废水中的氮、磷带来了严重的富营养化问题。其中，磷对藻类的生长影响要远远大于氮，因此，去除养殖废水中的磷，已成为处理养殖废水的首要问题。目前，养殖废水除磷工艺的方法有很多，然而单一的化学或者生物除磷工艺并不能达到理想的除磷效果。本研究结合化学吸附剂和生物厌氧工艺，通过将化学吸附剂投加到厌氧除磷装置中，最终达到将养殖废水中的限制性因素—磷高效去除的目的。主要研究内容包括：化学沉淀+分散剂法制备改性硅酸钙（modifiedcalciumsilicate,MCS）吸附剂、优化MCS的制备工艺、MCS吸附性能和机制、MCS对污泥特性的

4、影响等方面。旨在为生物除磷和化学除磷的结合提供参考和实践基础。首先，以传统的化学沉淀法为基础，选取分散剂量、反应温度、钙硅比、搅拌强度四种实验点，通过响应面优化法考察影响磷吸附效果的重要因素，确定最佳的制备条件，实现最大的磷吸附效果。数据表明，单因素中搅拌强度对MCS磷吸附量的影响最大，其次是分散剂量、温度，钙硅比；在交互项中，温度和搅拌强度对MCS磷吸附量的影响最大，其他的次之。MCS最佳制备条件为：温度为50℃、搅拌强度为170r·min-1、钙硅比为1.53、分散剂量为钙质量的3.54%。然后，实验采用FT-IR、XRD、SEM对MCS进行表征与分析。通过化学沉淀+分散剂法制备的MCS

5、：表面呈蜂窝状的结构、平均粒径为200nm、纯度较高、基本无杂质残留、为半结晶低有序度的硅酸钙单相，说明MCS属水合硅酸钙的一种。与普通硅酸钙相比，MCS的蜂窝状结构更有利于其对磷的吸附。其次，实验通过绘制吸附等温曲线和吸附动力曲线，拟合MCS的磷吸附反应过程。结果表明，Langmiur吸附等温模型和伪二级动力学模型均能够更好的对MCS磷吸附进行描述，其吸附过程是介于单层和多层吸附之间，而且吸附表面较为均匀，主要的吸附过程包括颗粒外扩散、颗粒表面吸附和离子交换过程。另外，实验还应用沉淀-溶解原理，从理论上分析MCS与磷发生离子交换的特性机3--＞CO2-2-2-2-理，硅酸钙与阴离子发生反应

6、优先顺序为PO4＞F3＞C2O4＞SO4＞CrO4。结果表明，MCS与磷酸根的结合能力最强，即MCS与磷的吸附沉淀反应并不会受到其他离子的干扰，因此可使得MCS的除磷效率达到最大化，MCS具有特殊的磷吸附（离子交换）能力。最后，MCS投加到厌氧反应装置中，反应器的平均出水COD和TP逐渐从702.4mg·L-1和22.7mg·L-1降低到585.7mg·L-1和0.4mg·L-1；而平均COD和TP的去除率逐渐从91.1%和75.3%提高到92.6%和99.6%。说明MCS的投加大大提升了UASB的同步脱碳除磷的能力。同时，投加MCS后，污泥中相关微生物在MCS黏附作用下，相互粘结在一起呈网

7、状团聚体，使污泥颗粒的平均粒径和D80的累计粒径明显增加，分别比反应运行初期增大了27.18%和32.16%。本研究还测定了污泥的EPS、产甲烷量和脱氢酶活性，并运用Zeta电位法分析污泥特性变化规律，发现，反应器U-2运行20天内，污泥的Zeta电位绝对值变化很大，从开始的19.8mV迅速降到了10.8mV，比同阶段的U-I摘要1中污泥Zeta电位降低了近3.5mV；相比于U-1污泥，U-2污泥EPS、产甲