生活污泥改性烧制超轻陶粒的研究

针对无机生活污泥的特性。选取了能够提高污泥可塑性的粘结剂和提高烧胀性的改性剂。通过塑性指数试验揭示了粘结剂对污泥塑性的改善程度,研究表明该粘结剂可在20％～60％的较大范围掺加都能改善污泥的塑性。正交试验揭示了在1200℃烧成温度时三种改性剂对污泥烧胀性的影响程度和规律．试验结果充分证明生活污泥经过改性可以烧制超轻陶粒。     

疏浚底泥免烧陶粒的制备及其净水效果

以疏浚底泥为原料,采用免烧法制得疏浚底泥免烧陶粒（DSUC）,同时对DSUC磁改性制得磁改性免烧陶粒（MUC）,并将其作为陶粒过滤器滤料,与商品烧结陶粒（CSC）进行净水实验对比,探究了不同滤料对原水的处理效果,并调节循环水温度探究最佳运行温度。在净水实验中,控制原水流速0.07 mL·s-1,进水方式为连续进水。结果表明,运行温度为30 ℃时效果最优,此条件下COD、NH3-N、SS和TP的去除率在22 d后稳定,平均去除率分别为55%、65%、78%和50%。DSUC对原水处理效果与CSC相近,MUC效果更佳,MUC对COD、NH3-N、SS及TP去除率在22 d后分别稳定在65%、69%、79%和51%左右,说明弱磁性可能能够增加微生物活性,促进其在陶粒表面生长,提高处理原水的效果。     

粉煤灰免烧陶粒制备及其重金属废水净化性能

摘要重金属废水对环境的污染已经引起科研人员的广泛关注。以粉煤灰和水泥为原料、添加活性成分FeS,制备一种免烧陶粒用于含重金属Cu2＋、Zn2＋、Pb2＋的废水处理。探讨了物料配比及蒸养时间对陶粒筒压强度及其比表面积的影响;研究了固液比、接触时间、pH、温度及初始溶液浓度等因素对Cu2＋、Zn2＋、Pb2＋离子净化效果的影响规律,并对实验结果进行了等温线拟合。XRD分析显示,免烧陶粒中存在Ca（OH）2、C—D—H、FeS等矿物相,对重金属离子具有非常好的固定化作用。该免烧陶粒对重金属离子具有很好的去除效果,具备较好的应用前景。     

烧结法赤泥基本特性的研究

主要运用多种分析检测方法和手段,对山东铝业公司的烧结法赤泥的基本特性进行了深入系统的研究,以期揭示赤泥特性与用途之间的相关关系,为烧结法赤泥综合利用提供必要的基础数据和科学依据。     

不同工况条件混合赤泥力学特性变化规律

在利用常规土工实验和XRF、XRD、SEM等微观测试手段分析了刚出厂混合赤泥化学成分、矿物组成、微观结构的基础上,通过无侧限抗压强度实验和固结排水三轴剪切实验对自然风干、浸水饱和、非饱和-饱和干湿循环3种工况条件下混合赤泥不同龄期力学特性的变化规律进行了研究。结果表明,自然风干试样的无侧限抗压强度和粘聚力要明显大于相同龄期浸水饱和试样和干湿循环试样,说明混合赤泥的强度形成与滤水过程有一定联系,且其强度的增长均主要集中在脱水龄期前70天内;混合赤泥在3种不同工况条件下无侧限抗压强度和粘聚力均有一定程度的增长,说明混合赤泥可在浸水环境下生成不可逆增长的具有水硬性的胶结矿物,使其在水环境中不发生崩解,可保证混合赤泥堆体在自然堆存过程中其力学特性满足安全堆载要求。     

不同含水率条件下拜耳法赤泥强度及水力学特性

在利用XRD、XRF、SEM等微观测试手段分析了拜耳法赤泥的化学成分、矿物组成和微观结构的基础上,通过无侧限抗压强度实验、固结排水三轴剪切实验研究了拜耳法赤泥在不同水力路径条件下其强度特性的变化规律;同时通过非饱和土瞬态水力特性循环实验系统对拜耳法赤泥的水力学特性进行了研究。研究表明:含水率的变化对拜耳法赤泥的强度特性有较大程度的影响,在脱水干燥过程中,其抗压强度和抗剪强度指标均有较大程度的增长;拜耳法赤泥具有遇水崩解现象,已干燥硬化的赤泥会遇水崩解,强度指标明显降低,且在较低应变处即发生脆性破坏;拜耳法赤泥的土-水特征曲线和渗透系数特征曲线均展现出明显的滞后效应,说明拜耳法赤泥对水有较大的敏感性,在降雨条件影响下,拜耳法赤泥堆体的稳定性有一定程度的降低。     

温度对污泥与底泥烧结陶粒性能的影响

研究了温度对污泥与底泥烧结制备陶粒的主要性能(抗压强度、吸水率、比表面积和密度)的影响,并结合电镜扫描(SEM)和热重红外(TG-FTIR)分析对温度影响陶粒的膨胀特性和孔隙结构的机理进行分析。研究发现,随着烧结温度的升高,陶粒比表面积和吸水率降低,而抗压强度和表观密度有所提高。SEM分析表明,温度对烧结体内部形态影响显著:800℃时烧结体呈现出松散堆积状态,1 000℃时陶粒开始产生液相,1 050℃时烧结体出现大量液相,并且陶粒中有非常丰富的气孔。TG-FTIR分析表明,有机物所发生的分解产气反应只能起到轻质化的作用,并不能使陶粒膨胀;1 000℃以上发生产气反应的主要是铁的化合物和固定碳,污泥中有机物形态存在的碳有利于将碳元素保留到陶粒高温烧结阶段,这一过程使得铁的化合物得以与碳元素发生产气反应,对陶粒多孔结构起到重要作用。     

电厂煤粉锅炉汞排放特性研究

通过分析某电厂煤粉炉燃烧后固体、液体和气体中含汞量,获得了300、600MW煤粉锅炉的汞排放特性。结果表明,进入300、600MW煤粉锅炉的汞最后主要富集在飞灰中而被除尘器捕集,分别占总汞质量的85.10%、69.17%;湿法脱硫系统能脱除一部分烟气汞,脱硫石膏、废水中的汞分别占3.56%、11.66%;底渣中的汞均占了不到1%;最后排入大气的烟气中汞分别为3.23、3.51μg/m3,分别占10.93%、19.15%。     

国产轻质陶粒用于厌氧滤池的特性研究

对国产轻质球形陶粒的理化性能、挂膜特性及用于塔式厌氧生物滤池处理有机废水的效果进行了研究 ,表明该种填料适于作厌氧微生物载体。在进水 CODCr为 3 0 0～ 40 0 0 mg/L、CODCr去除率≥ 70 %时 ,CODCr容积负荷为 1.3 8～ 8.0 kg CODCr/(m3·d)。尤为突出的是 ,对于处理 CODCr≤ 3 0 0 mg/L的低浓度有机废水 ,当水力负荷为 2 .12 m3/(m2 · d)时 ,CODCr容积负荷达到 1.3 8kg CODCr/(m3· d) ,CODCr去除率≥ 70 %。     

赤泥质陶粒吸附模拟酸性废水中铜离子的行为

矿山酸性废水中重金属污染较普遍,利用赤泥陶粒对模拟酸性废水中的Cu2+进行净化处理。实验结果表明,当pH值为3、温度为30 ℃、Cu2+初始浓度为150 mg/L、陶粒添加量为20 g/L、吸附时间为4 h时,Cu2+的去除率达到95.06%。陶粒对Cu2+的吸附符合准二级动力学模型,相关系数为0.998 3,饱和吸附量为7.412 9 mg/g;等温吸附模型中更符合Langmuir等温吸附模型,相关系数为0.993 3。处理废水后的陶粒用硫酸-硝酸浸提,浸出液中重金属离子浓度均低于国家浸出毒性标准,表明陶粒是一种很好的酸性废水处理剂。吸附饱和的陶粒用1 mol/L的NaOH溶液再生效果好。实验结果表明,陶粒对Cu2+的吸附过程是物理吸附和化学吸附的共同作用。     

Plackett-Burman设计和响应曲面法优化除磷陶粒的制备

为制备得到除磷效果较强的功能型陶粒,采用Plackett-Burman和响应曲面法对陶粒原料配比进行优化研究。采用Plackett-Burman实验设计筛选出具有显著除磷效应的4种原料——粉煤灰、水泥、石膏和氢氧化钠。以Box-Behnken Design响应面法建立数学回归模型,确定了最佳原料配比为：粉煤灰60.0 g、水泥15.0 g、氨基材料2.0 g、生石灰15.0 g、石膏3.0 g、氢氧化钠15.0 g,制得的陶粒磷去除率可达93.04%,颗粒强度为118.3 N。通过显著性检验和响应曲面等高线图分析,粉煤灰和氢氧化钠是显著影响陶粒磷去除率的主要原料,且粉煤灰与石膏、粉煤灰与氢氧化钠对陶粒的磷去除率有显著的交互影响,显著性p值分别为0.010 8和0.029 5。     

改良剂与植被联合修复对赤泥团聚体养分和微生物特性的影响

改良剂与植被联合修复是促进赤泥土壤化的关键,但其对赤泥团聚体中养分和微生物特性的影响尚不清晰。通过开展盆栽修复实验探究改良剂 (磷石膏、木醋液、鱼粪、菌渣) 与黑麦草联合修复对赤泥团聚体中养分、酶活性、微生物群落空间分异特征的影响。结果表明,在改良剂与植被联合修复赤泥后,大团聚体 (>0.25 mm) 和微团聚体 (<0.25 mm) 占比分别减少和增加。团聚体中有机质、养分质量分数、酶活性及微生物群落Alpha多样性指数显著增加 (P<0.05) ,且主要分布于<1 mm团聚体。此外,团聚体养分、酶活性、微生物群落间呈显著正相关 (P<0.05) 。本研究结果可为深入了解赤泥土壤化过程中养分迁移转化机理及修复植物的养分自维持机制提供参考。     

联合法赤泥的特性及其对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除

赤泥作为氧化铝冶炼过程中排出的一般工业固废,具有数量大、碱性强、粒径小、孔隙结构丰富等特征。采用XRF、XRD、SEM/EDX等分析手段,研究了赤泥的化学组成、矿物结构、粒度、比表面积、表面形貌、酸中和能力等特性。通过批实验观测了赤泥对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除效果,并对Pb(Ⅱ)初始浓度、pH等影响因子对去除效果的影响展开了分析。结果表明,赤泥的主要化学成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃,平均比表面积为43.8 m²·g⁻¹;赤泥有很强的酸中和能力,对硝酸的中和能力约为1.875 mol·kg⁻¹。初始pH=4,且过程中不控制pH时,反应在10 min之内达到平衡,去除率为98%~100%,赤泥对Pb(Ⅱ)的去除能力可达到25.9 mg·g⁻¹。当pH=4时,赤泥对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除反应在90~120 min时达到平衡,去除率为10%~45%,当初始浓度为1~100 mg·L⁻¹时,Pb(Ⅱ)初始浓度越高,Pb(Ⅱ)去除能力越强,去除率越低。当pH为7和10时,Pb(Ⅱ)去除率分别为92%和98%,残留Pb(Ⅱ)浓度小于污水综合排放标准中第一类污染物最高允许排放浓度1.0 mg·L⁻¹。通过分析可知,赤泥对Pb(Ⅱ)的去除符合拟二级动力学模型,吸附机理主要为化学吸附。     

硫酸亚铁对粉煤灰中不同价态铬元素淋滤特性的影响

粉煤灰中痕量元素的滤出会对灰场下游的生态环境产生重要的影响,因而研究粉煤灰中痕量元素的淋滤特性具有重要的现实意义.针对贵州某电厂灰样,开展铬元素的迁移控制及柱淋滤特性的研究,建立HPLC-ICP-MS对不同价态铬定量分析的方法,结果显示,以EDTA为络合剂,经过高效液相色谱分离, Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)的保留时间分别为80 s和120 s左右,实现了基线分离.并选取硫酸亚铁,研究硫酸亚铁的添加对不同价态铬元素在柱淋滤系统内淋滤特性的影响.     

拜耳法赤泥催化热解废弃人造板的产物特性分析

针对拜耳法赤泥年产量巨大亟需资源化回收、以及由于人造板包含3%~15%聚合物的特性导致传统处理方式污染较大的问题,提出一种利用赤泥原位低温催化热解废弃人造板的处理方式,实现废弃赤泥和人造板的有效消纳。首先在热重反应器上比较了不同添加比例的赤泥对人造板热解的影响,并采用DAEM (distributed activation energy model) 模型计算了传统热解和赤泥催化热解的活化能。热重结果表明：随赤泥添加比例增加,人造板的整体失重增加,而热解平均活化能呈先增加后降低的趋势,推荐赤泥添加比例≤30%。然后通过TG-FTIR-MS联用探究了拜尔法赤泥原位催化人造板的机理,并且关注了热解过程中铁基成分变化对催化机理的影响,结果表明：赤泥中铁氧化合物主相分别为Fe₂O₃和Fe₃O₄时,对人造板热解过程的催化效果显著不同,Fe₂O₃促进了酰胺的提前分解和断裂,且对脱羰基、羧基反应的促进作用更强;Fe₃O₄能够更显著地促进挥发分中芳香化合物的产生以及高温下CO₂、CO的释放。最后在固定床上研究了赤泥焦炭复合材料的催化效果以探索其循环利用的潜力,结果表明,赤泥炭催化效果弱于赤泥,但仍能有效实现脱酸提质焦油,焦油中可燃脂肪烃的含量增加1.8倍。     

河道底泥陶粒烧制的工艺条件及性能研究

探讨以河道底泥、污水污泥、黏土为原料制作陶粒的最佳烧制工艺条件,利用单因素实验对陶粒性能进行比较分析,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对微观结构进行表征分析。结果表明:以河道底泥烧制陶粒是可行的,预热温度和时间的控制将影响陶粒的轻质化,烧结温度应接近陶粒低共熔点,通过改变烧结时间可获得不同类型陶粒。烧制高强陶粒时,在陶粒体系低共熔点温度环境下延长烧结时间比单纯提高烧结温度更恰当。以预热温度400℃、预热时间20min、烧结温度1 175℃、烧结时间25min为烧制条件制作的河道底泥陶粒具有良好的性能,堆积密度为620kg/m~3,表观密度为1 125kg/m~3,筒压强度约为0.7MPa,吸水率达36.27%。     

赤泥投加控制河道底泥磷释放的影响因素

通过对不同赤泥投加比例下河道底泥磷释放作用的研究,发现底泥中铁铝磷与钙磷的比值(Fe/Al-P∶Ca-P)、铁磷比(Fe∶TP)及有机质含量(OM)是赤泥能否应用于河道底泥磷释放控制中的决定性因素。实验结果表明,只有当河道底泥中Fe/Al-P∶Ca-P小于0.88,Fe∶TP小于16.1,且有机质含量低于1.87%时,投加适量赤泥才能起到抑制河道底泥内源磷释放的作用;反之,赤泥的投加则有可能促进底泥内源磷的释放。在实际工程应用中,推荐赤泥与底泥的接触时间不低于7d,从而使赤泥的效能发挥到最佳状态。     

处理湖水的垂直流湿地中陶粒的磷吸附特性

研究了净化城市湖泊(宜兴团汣)湖水的3个下行垂直潜流人工湿地(运行1年)中的不同深度层的陶粒对磷的吸附特性.结果表明,当标准液KH2PO4-P为5 mg/L和10 mg/L时,上层陶粒的磷吸附能力强弱依次是1#美人蕉湿地(2.98和4.63 mg/kg)﹥2#曝气湿地(1.78和3.71 mg/kg)﹥3#无植物湿地(1.56和3.42 mg/kg);下层陶粒的磷吸附能力从强到弱排序依次是:1#美人蕉湿地(3.51和5.43 mg/kg),3#无植物湿地(3.01和4.39 mg/kg),2#曝气湿地(2.44和4.14 mg/kg).综合对比,1#美人蕉湿地中陶粒具有更强的磷吸附能力,1#湿地中陶粒的磷吸附能力比后两者分别高出23.69%和31.16%.同一湿地的下层陶粒比上层陶粒有更强的磷吸附能力,当标准液中磷浓度为10 mg/L时,1#、2#和3#下层陶粒磷吸附量分别为上层陶粒的1.17倍、1.12倍和1.28倍.     

页岩陶粒对水体中磷的吸附作用及动力学

研究了页岩陶粒对水溶液中磷的等温吸附特征,考察了溶液磷初始浓度、吸附剂粒径和温度对吸附作用的影响,利用一级和准二级动力学模型对页岩陶粒吸附除磷动力学过程进行了分析.结果表明,页岩陶粒对磷的等温吸附特征符合Langmuir方程,最大磷吸附量为131.58 mg/kg.溶液磷初始浓度越大,温度越高,页岩陶粒对磷的吸附量越大.随着吸附剂粒径的减小,一级动力学速率常数增大,吸附平衡时间缩短.尽管一级和准二级动力学模型都能反映不同条件下页岩陶粒的吸附除磷动力学过程,但相比较而言,准二级动力学对该过程的描述更为准确,由该模型估算出页岩陶粒对磷的平衡吸附量qe,其误差基本小于13.00%.