基本信息
- 项目名称：
- 缓释微量Ni2+陶粒研制及对废水厌氧处理影响研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以粉煤灰、水泥、石灰、石膏为主要原料，以CaCl2、Na2SO4为复合添加剂，以蛭石为Ni2+吸附剂采用蒸气养护法制备缓释Ni2+的生物陶粒。通过在微生物反应器的对比试验中得出：对COD的去除率分别比空白组的高出31.97%，比添加微量Ni2+的对照组高16.84%。缓释陶粒能显著增加反应器内活性污泥的活性，具有比其它陶粒及直接添加微量金属元素更加优越处理性能。
- 详细介绍：
- 以粉煤灰、水泥、石灰、石膏为主要原料，以CaCl2、Na2SO4为复合添加剂，采用蒸气养护法，以陶粒强度为主要指标，通过正交试验确定了制备陶粒的最佳配比分别为：粉煤灰16g、水泥16g、石灰3.2g、石膏0.4g，；通过条件实验确定了制备陶粒的最佳养护工艺：烘干时间、烘干温度、蒸养时间、蒸养温度、含水率、拌料水温分别为0.5h、60℃、14h、100℃、29.2%、70℃。通过扫描电镜发现陶粒表面比较粗糙，空隙较大，有利于微生物的挂膜。陶粒的强度、平均粒径、吸水率、堆积密度、粒子密度分别为52kg、5.1mm、5.7%、825kg/m3、1357kg/m3，符合国家标准。缓释陶粒Ni2+的释放量和加入含量成正比，从第4d开始释放浓度趋于平衡，陶粒具有稳定的缓释放功能。微生物反应器中对不加微量金属的空白组与添加微量Ni2+的对照组、自制普通陶粒组、商品陶粒组和缓释Ni2+陶粒组的对比试验表明，添加缓释Ni2+陶粒反应器的COD去除率最高，比空白组的高出31.97%，比添加微量Ni2+的对照组高16.84%。缓释Ni2+陶粒具有更好处理性能，因而具有很好的应用前景。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 微量金属元素缺乏会导致厌氧生物活性降低，影响运行稳定性，直接投加微量金属元素盐类会与水中的氢氧根和胶体产生沉淀和络合物降低其生物有效度，而过量投加则会对水体产生重金属污染。通过在生物陶粒填料中微量金属盐，使其具有缓释放微量金属元素的功能，解决了有机废水处理过程中缺乏微量金属元素所造成的微生物酶活性降低、处理效果低的问题，避免了直接投加微量金属所造成的生物有效度低及有导致重金属污染水体的潜在危害。
科学性、先进性及独特之处
- 利用吸附金属离子的吸附剂为填料，采用蒸汽养护法研制出具有缓释微量金属元素镍离子的生物陶粒，避免了烧结法煅烧温度高而使镍离子生成氧化物难以释放的问题；解决了直接向反应器中加入镍离子与水中的氢氧根产生沉淀或与胶体产生和络合作用会降低其生物有效度以及导致重金属污染水体的潜在危害的难题。
应用价值和现实意义
- 废水处理厌氧微生物对微量金属镍元素的需要量很小，但由于其参与了酶的活动，对有机废水处理影响很大。缓释微量Ni2+的生物陶粒以工业废物粉煤灰、水泥、石灰等为原料，制作成本低，做到了“以废制废、低碳环保”，避免直接投加可能产生对水体产生重金属污染问题，对COD的去除率分别比空白组的高出31.97%，比添加微量Ni2+的对照组高16.84%。采用缓释陶粒对高浓度有机废水厌氧处理具有很好的应用前景。
学术论文摘要
- 实验将金属Ni2+负载到陶粒中的吸附剂内，使其缓慢释放微量Ni2+，增加微量金属元素的生物有效度，提高有机废水微生物的处理效率，降低直接向废水投加金属离子所产生的潜在重金属污染环境风险。 以粉煤灰、水泥、石灰、石膏为主要原料，以CaCl2、Na2SO4为复合添加剂，采用蒸气养护法，以陶粒强度为主要指标，通过正交实验确定原料的最佳配比，考察了烘干时间、烘干温度、蒸养时间、蒸养温度、含水率、拌料水温等工艺条件对陶粒强度的影响，研究了陶粒对微量金属元素的释放过程。通过在微生物反应器中对不加微量金属的空白组与添加微量Ni2+的对照组、自制普通陶粒组、商品陶粒组和缓释Ni2+陶粒组的对比试验中得出：微生物对COD的去除率分别为59.26%、74.95%、80.63%、82.63%和91.79%，添加缓释Ni2+陶粒反应器的COD去除率最高，比空白组的高出31.97%，比添加微量Ni2+的对照组高16.84%。缓释陶粒能显著增加反应器内活性污泥的活性，具有比其它陶粒及直接添加微量金属元素更加优越处理性能。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]柴社立，蔡晶，芮尊元.微量金属对废水厌氧处理效果的影响.环境污染与防治.2006.28(8):385. [2]董春娟,吕炳南,苏秀英.废水厌氧处理系统微量金属生物有效度及影响因素.化工环保.2004.24(3)：190-193. [3]何智海,刘运华.蒸养条件下粉煤灰活性激发实验研究.粉煤灰综合利用.2008. 5:24-27.
同类课题研究水平概述
- 目前，国内外对微量金属元素促进厌氧生物反应，提高废水有机物降解效率研究较多，一般都是通过加入金属离子盐的办法研究金属元素对厌氧微生物的影响。采用缓释微量金属元素材料对厌氧微生物的影响进行研究的还未见报道。例如，潘云峰等在反应器重加入适量的微量金属元素，能提高基质降解率及产气率，加快反应启动速度，促进厌氧颗粒污泥的形成，但当添加量过多时，会抑制菌的生长；胡勇等在对不同营养元素组合对制药废水产沼气的影响研究中发现，厌氧过程中添加金属元素提高了甲烷菌的活性和总产气量；李亚新等研究发现微量金属元素Fe，Co，Ni对厌氧消化过程中的甲烷发酵阶段有激活作用，可以促使反应器中甲烷丝菌向较为有利的优势菌种甲烷八叠球菌转移，提高反应器的基质降解速率的生物有效度。Speece等发现Fe、Co和Ni的补充有助于维持较高挥发性悬浮固体(VSS)浓度。可见，微量金属元素对提升微生物的处理效率具有重要的作用。直接投加金属盐类会与水中的氢氧根或胶体反应沉淀或络合，降低其生物有效度，过量投加对入水体产生重金属污染，而重金属沉淀物进入污泥会使污泥重金属超标，产生次生污染。 免烧生物陶粒研究以及对厌氧微生物处理废水的影响研究已有报道，但未有缓释微量金属元素生物陶粒的研究以及相关报道。利用吸附金属离子的吸附剂为填料，以粉煤灰、水泥、石灰、石膏为原料，采用蒸汽养护法研制出具有缓释微量金属元素镍离子的生物陶粒，避免了烧结法煅烧温度高而使镍离子生成氧化物难以释放的问题；解决了有机废水处理过程中缺乏微量金属元素所造成的微生物酶活性降低、处理效果低的问题，以及直接向反应器中加入镍盐降低其生物有效或而导致重金属污染水体的潜在危害的难题。
