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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
緩釋微量Ni2+陶粒研制及對(duì)廢水厭氧處理影響研究
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
以粉煤灰、水泥、石灰、石膏為主要原料，以CaCl2、Na2SO4為復(fù)合添加劑，以蛭石為Ni2+吸附劑采用蒸氣養(yǎng)護(hù)法制備緩釋Ni2+的生物陶粒。通過(guò)在微生物反應(yīng)器的對(duì)比試驗(yàn)中得出：對(duì)COD的去除率分別比空白組的高出31.97%，比添加微量Ni2+的對(duì)照組高16.84%。緩釋陶粒能顯著增加反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的活性，具有比其它陶粒及直接添加微量金屬元素更加優(yōu)越處理性能。
詳細(xì)介紹：
以粉煤灰、水泥、石灰、石膏為主要原料，以CaCl2、Na2SO4為復(fù)合添加劑，采用蒸氣養(yǎng)護(hù)法，以陶粒強(qiáng)度為主要指標(biāo)，通過(guò)正交試驗(yàn)確定了制備陶粒的最佳配比分別為：粉煤灰16g、水泥16g、石灰3.2g、石膏0.4g，；通過(guò)條件實(shí)驗(yàn)確定了制備陶粒的最佳養(yǎng)護(hù)工藝：烘干時(shí)間、烘干溫度、蒸養(yǎng)時(shí)間、蒸養(yǎng)溫度、含水率、拌料水溫分別為0.5h、60℃、14h、100℃、29.2%、70℃。通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn)陶粒表面比較粗糙，空隙較大，有利于微生物的掛膜。陶粒的強(qiáng)度、平均粒徑、吸水率、堆積密度、粒子密度分別為52kg、5.1mm、5.7%、825kg/m3、1357kg/m3，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。緩釋陶粒Ni2+的釋放量和加入含量成正比，從第4d開(kāi)始釋放濃度趨于平衡，陶粒具有穩(wěn)定的緩釋放功能。微生物反應(yīng)器中對(duì)不加微量金屬的空白組與添加微量Ni2+的對(duì)照組、自制普通陶粒組、商品陶粒組和緩釋Ni2+陶粒組的對(duì)比試驗(yàn)表明，添加緩釋Ni2+陶粒反應(yīng)器的COD去除率最高，比空白組的高出31.97%，比添加微量Ni2+的對(duì)照組高16.84%。緩釋Ni2+陶粒具有更好處理性能，因而具有很好的應(yīng)用前景。

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

微量金屬元素缺乏會(huì)導(dǎo)致厭氧生物活性降低，影響運(yùn)行穩(wěn)定性，直接投加微量金屬元素鹽類(lèi)會(huì)與水中的氫氧根和膠體產(chǎn)生沉淀和絡(luò)合物降低其生物有效度，而過(guò)量投加則會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生重金屬污染。通過(guò)在生物陶粒填料中微量金屬鹽，使其具有緩釋放微量金屬元素的功能，解決了有機(jī)廢水處理過(guò)程中缺乏微量金屬元素所造成的微生物酶活性降低、處理效果低的問(wèn)題，避免了直接投加微量金屬所造成的生物有效度低及有導(dǎo)致重金屬污染水體的潛在危害。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

利用吸附金屬離子的吸附劑為填料，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)法研制出具有緩釋微量金屬元素鎳離子的生物陶粒，避免了燒結(jié)法煅燒溫度高而使鎳離子生成氧化物難以釋放的問(wèn)題；解決了直接向反應(yīng)器中加入鎳離子與水中的氫氧根產(chǎn)生沉淀或與膠體產(chǎn)生和絡(luò)合作用會(huì)降低其生物有效度以及導(dǎo)致重金屬污染水體的潛在危害的難題。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

廢水處理厭氧微生物對(duì)微量金屬鎳元素的需要量很小，但由于其參與了酶的活動(dòng)，對(duì)有機(jī)廢水處理影響很大。緩釋微量Ni2+的生物陶粒以工業(yè)廢物粉煤灰、水泥、石灰等為原料，制作成本低，做到了“以廢制廢、低碳環(huán)?！?，避免直接投加可能產(chǎn)生對(duì)水體產(chǎn)生重金屬污染問(wèn)題，對(duì)COD的去除率分別比空白組的高出31.97%，比添加微量Ni2+的對(duì)照組高16.84%。采用緩釋陶粒對(duì)高濃度有機(jī)廢水厭氧處理具有很好的應(yīng)用前景。

學(xué)術(shù)論文摘要

實(shí)驗(yàn)將金屬Ni2+負(fù)載到陶粒中的吸附劑內(nèi)，使其緩慢釋放微量Ni2+，增加微量金屬元素的生物有效度，提高有機(jī)廢水微生物的處理效率，降低直接向廢水投加金屬離子所產(chǎn)生的潛在重金屬污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。 以粉煤灰、水泥、石灰、石膏為主要原料，以CaCl2、Na2SO4為復(fù)合添加劑，采用蒸氣養(yǎng)護(hù)法，以陶粒強(qiáng)度為主要指標(biāo)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定原料的最佳配比，考察了烘干時(shí)間、烘干溫度、蒸養(yǎng)時(shí)間、蒸養(yǎng)溫度、含水率、拌料水溫等工藝條件對(duì)陶粒強(qiáng)度的影響，研究了陶粒對(duì)微量金屬元素的釋放過(guò)程。通過(guò)在微生物反應(yīng)器中對(duì)不加微量金屬的空白組與添加微量Ni2+的對(duì)照組、自制普通陶粒組、商品陶粒組和緩釋Ni2+陶粒組的對(duì)比試驗(yàn)中得出：微生物對(duì)COD的去除率分別為59.26%、74.95%、80.63%、82.63%和91.79%，添加緩釋Ni2+陶粒反應(yīng)器的COD去除率最高，比空白組的高出31.97%，比添加微量Ni2+的對(duì)照組高16.84%。緩釋陶粒能顯著增加反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的活性，具有比其它陶粒及直接添加微量金屬元素更加優(yōu)越處理性能。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

[1]柴社立，蔡晶，芮尊元.微量金屬對(duì)廢水厭氧處理效果的影響.環(huán)境污染與防治.2006.28(8):385. [2]董春娟,呂炳南,蘇秀英.廢水厭氧處理系統(tǒng)微量金屬生物有效度及影響因素.化工環(huán)保.2004.24(3)：190-193. [3]何智海,劉運(yùn)華.蒸養(yǎng)條件下粉煤灰活性激發(fā)實(shí)驗(yàn)研究.粉煤灰綜合利用.2008. 5:24-27.

同類(lèi)課題研究水平概述

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)微量金屬元素促進(jìn)厭氧生物反應(yīng)，提高廢水有機(jī)物降解效率研究較多，一般都是通過(guò)加入金屬離子鹽的辦法研究金屬元素對(duì)厭氧微生物的影響。采用緩釋微量金屬元素材料對(duì)厭氧微生物的影響進(jìn)行研究的還未見(jiàn)報(bào)道。例如，潘云峰等在反應(yīng)器重加入適量的微量金屬元素，能提高基質(zhì)降解率及產(chǎn)氣率，加快反應(yīng)啟動(dòng)速度，促進(jìn)厭氧顆粒污泥的形成，但當(dāng)添加量過(guò)多時(shí)，會(huì)抑制菌的生長(zhǎng)；胡勇等在對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)元素組合對(duì)制藥廢水產(chǎn)沼氣的影響研究中發(fā)現(xiàn)，厭氧過(guò)程中添加金屬元素提高了甲烷菌的活性和總產(chǎn)氣量；李亞新等研究發(fā)現(xiàn)微量金屬元素Fe，Co，Ni對(duì)厭氧消化過(guò)程中的甲烷發(fā)酵階段有激活作用，可以促使反應(yīng)器中甲烷絲菌向較為有利的優(yōu)勢(shì)菌種甲烷八疊球菌轉(zhuǎn)移，提高反應(yīng)器的基質(zhì)降解速率的生物有效度。Speece等發(fā)現(xiàn)Fe、Co和Ni的補(bǔ)充有助于維持較高揮發(fā)性懸浮固體(VSS)濃度?？梢?jiàn)，微量金屬元素對(duì)提升微生物的處理效率具有重要的作用。直接投加金屬鹽類(lèi)會(huì)與水中的氫氧根或膠體反應(yīng)沉淀或絡(luò)合，降低其生物有效度，過(guò)量投加對(duì)入水體產(chǎn)生重金屬污染，而重金屬沉淀物進(jìn)入污泥會(huì)使污泥重金屬超標(biāo)，產(chǎn)生次生污染。 免燒生物陶粒研究以及對(duì)厭氧微生物處理廢水的影響研究已有報(bào)道，但未有緩釋微量金屬元素生物陶粒的研究以及相關(guān)報(bào)道。利用吸附金屬離子的吸附劑為填料，以粉煤灰、水泥、石灰、石膏為原料，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)法研制出具有緩釋微量金屬元素鎳離子的生物陶粒，避免了燒結(jié)法煅燒溫度高而使鎳離子生成氧化物難以釋放的問(wèn)題；解決了有機(jī)廢水處理過(guò)程中缺乏微量金屬元素所造成的微生物酶活性降低、處理效果低的問(wèn)題，以及直接向反應(yīng)器中加入鎳鹽降低其生物有效或而導(dǎo)致重金屬污染水體的潛在危害的難題。
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