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滇池底泥制备高性能吸水陶粒的应用基础研究

滇池底泥制备高性能吸水陶粒的应用基础研究

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作者：刘殿欣昆明理工大学

学位级别：硕士

改革开放以来,昆明的工业、农业得到了快速发展和长足进步,但淡薄的环保意识使滇池遭到了严重的污染,产生了大量的污染底泥,形成河湖的重要内源污染,不断向滇池水体释放着大量有毒有害污染物,持续不断的污染着滇池水体,因此政府启动底... 详细信息

改革开放以来,昆明的工业、农业得到了快速发展和长足进步,但淡薄的环保意识使滇池遭到了严重的污染,产生了大量的污染底泥,形成河湖的重要内源污染,不断向滇池水体释放着大量有毒有害污染物,持续不断的污染着滇池水体,因此政府启动底泥疏浚工程,彻底移除内源污染。疏浚出来滇池底泥富集了氮磷营养盐、重金属、有机质和微生物,需得到妥善处置,目前滇池底泥的常见处置方式是简单填埋,这方法存在占用大量土地资源和二次污染等一系列问题,因此急需为从滇池疏浚出来的大量底泥寻找一条科学、有效、经济的资源化利用道路,变废为宝。本文立足资源化利用滇池底泥的新兴课题,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)、X射线衍射仪(XRD)、原子吸收分光光度计、可见光分光光度计对滇池底泥的主要化学成分、矿物成分和重金属含量进行分析,结果显示,虽然底泥的主要化学成分与成陶成分要求有一定差距,但加入辅料粉煤灰后能够有效补充成陶成分。随后以滇池底泥为主要原料,粉煤灰为辅料再加入自制膨胀剂,制备高性能吸水陶粒,实验设计L9(38)正交实验以确定高性能吸水陶粒的最佳原料配比的和最佳烧制工艺流程,并用筛选出的最佳原料配比和工艺流程烧制陶粒,得到的陶粒吸水率峰值为66.71%,平均吸水率为61.06%,而目前同类陶粒的吸水率在10%-45%之间,说明陶粒具有较高的吸水性。高性能吸水陶粒采用微观孔洞分析(BET)、电镜扫描分析(SEM)、电感耦合等离子体发射光谱法分析(ICP-OES)、傅里叶变换红外光谱学分析(FT-IR)进行特性分析,结果显示高性能吸水陶粒截面密布着细密孔洞,比表面积达到4.468 m2/g,界面化学官能团大多数为亲水性官能团,深入解析了高性能吸水陶粒的优良吸水性的机理。高性能吸水陶粒还经过重金属浸出毒性测试,其有毒重金属浓度远低于国家有关标准,说明此陶粒用于海绵城市、农业、环保等行业不会对水体、土壤造成二次污染。同时根据高性能吸水陶粒特性,对其进行了应用基础研究,包括在实验室模拟的极端气候下,将高性能吸水陶粒加入土壤中进行保水实验;高性能吸水陶粒对模拟污水和含砷污水的吸附实验。结果显示高性能吸水陶粒有效提高了土壤的保水性能,在实践中检验了高性能吸水陶粒的保水性;高性能吸水陶粒对模拟污水中的TP有一定吸附效果,对NH3-N的吸附能力微弱;高性能吸水陶粒对含砷污水中的砷有较强的吸附能力,砷去除率可达98%以上。根据高性能吸水陶粒具备的特性,综合分析了高性能吸水陶粒其潜在的经济效益、环境效益,综合得出社会效益,结果显示高性能吸水陶粒具有良好的经济效益、环境效益和社会效益,为滇池底泥找到了一条科学有效的资源化利用新道路。

关键词：滇池底泥正交实验高性能吸水陶粒吸水率膨胀机理微孔分析重金属分析底泥资源化利用

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