化工污泥基功能材料的制备及改性的研究

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化工是我国工业发展的一大支柱型产业,其在生产加工化工产品、处理化工废弃物等环节产生的大量有毒有害物质给环境带来了巨大的危害。本论文研究了化工污泥这一危险固体废弃物加工成水处理用功能材料的方法,为其资源化找到了出路。  本论文研究了化工污泥制备水处理用功能材料,成功研制出一种新型化工污泥基功能材料。同时对研发的功能材料进行表面涂覆改性,使得功能材料性能进一步提升,并将改性功能材料用于曝气生物滤池处理模拟废水和实际废水,均有较好的处理效果。  以化工污泥焚烧灰渣、粉煤灰和粘土等为原料,采用无须预热的急速升温焙烧工艺,制备水处理用功能材料。通过各因素对功能材料性能影响的考察,得出:功能材料的最佳制备工艺条件为:化工污泥焚烧灰渣∶粉煤灰∶粘土∶稻壳质量比为3∶3∶4∶1,烧结温度为1150℃,烧结时间为10min。在最佳制备条件下制得的功能材料堆积密度为0.545g/cm3,破碎率与磨损率之和为1.26%。达到了相应级别功能材料的要求。通过功能材料表面和剖面SEM观察,表明最佳制备条件下制得的功能材料,表面粗糙多孔,内部具有发达的孔道结构,有利于微生物的固着生长。功能材料的安全性验证试验表明功能材料的部分重金属和有机毒物浸出量远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》中的含量限值。  采用FeCl3对自制功能材料进行改性,考察了验证FeCl3浓度、浸渍固液比、焙烧温度、焙烧时间和涂覆次数对改性效果的影响,确定了功能材料最佳改性条件:FeCl3为1.00mol/L,浸渍固液比1∶10,焙烧温度为600℃,焙烧时间为3h,涂覆次数为2次。在此条件下,可以获得轻质、多孔且各项性能都良好的水处理用功能材料。改性前后功能材料的基本性能没有发生改变,改性过程不会破坏材料性能。同时功能材料的比表面积有一定程度的提升,改性效果较好。通过SEM可以观察到功能材料表面出现大量圆球状物质,连接紧密形成一层球膜,这层致密球膜的形成一定程度上增大了功能材料的比表面积。  制得的化工污泥基改性功能材料应用于曝气生物滤池,以模拟生活废水为处理对象,以COD和氨氮为检测指标,发现化工污泥基改性功能材料的挂膜速度快,且COD和氨氮的去除率也高,验证了化工污泥基改性功能材料应用于曝气生物滤池的可行性。挂膜启动两周后,自制化工污泥基功能材料的曝气生物滤池COD、氨氮去除率趋于稳定,分别达到了88%和63%。曝气生物滤池出水水质稳定后,对化工污泥基改性功能材料上的生物膜进行了微生物镜检,观察到了大量的轮虫、钟虫等水质良好的指示生物,说明化工污泥基改性功能材料对模拟废水的处理效果良好,具有生物友好性。最后进行了三种功能材料对实际废水处理效果的考察,发现虽然三种功能材料对实际废水的处理效果都欠佳,但化工污泥基改性功能材料的处理效果更为稳定,适应性更强。
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