海藻酸钙凹土基活性污泥固定化小球的制备及其在废水中的应用(附件)
为提高活性污泥的活性及抗干扰性能，通过海藻酸钙-凹土基作为复合载体制备固定化小球固定活性污泥，研究海藻酸钠-凹土溶液的浓度，加固剂CaCl2溶液的浓度，包埋体积，交联转速以及加固交联时间，制备出具有良好稳定性的小球。使用电镜、红外光谱的方法对小球的微观结构进行表征，选择出性能最佳的小球并测量小球在放入废水后水中COD的去除。实验发现，3%的海藻酸钠-凹土混合溶液滴入6%的CaCl2溶液中固化交联6h，100ml溶液中包埋10ml的活性污泥，交联过程中搅拌转速200r/min制备出的海藻酸钙-凹土基固定化的活性污泥小球具有良好的稳定性而且可以有效的去除废水中的COD。结果表明，海藻酸钙-凹土基活性污泥固定化小球在废水COD的去除率可达91.26%，超过不固定化活性污泥同期数值。关键词 海藻酸钙；凹凸棒土；固定化小球；化学需氧量
目录
1 绪论 1
2实验部分 3
2.1 实验仪器 3
2.2实验药品 4
2.3 实验方法 4
2.3.1材料的制备方法 5
2.3.2表征方法 6
2.3.3活性污泥固定化小球在废水中的应用 7
3结果与讨论 9
3.1材料的表征 9
3.1.1SEM分析 9
3.1.2 FTIR分析 10
3.2最优制备条件的探索.....................................................................................................10
3.2.1不同海藻酸钠凹土混合溶液浓度对废水COD去除率的影响 10
3.2.2不同固化时间对废水COD去除率的影响 11
3.2.3不同固化剂CaCl2溶液浓度对废水COD去除率的影响 12
3.2.4不同转速对固定化活性污泥小球的影响 13
3.2.5不同包埋体积对固定化活性污泥小球的影响 14
3.2.6正交试验三种因素对废水COD去除率的影响 15
结论 17
致 谢 19
参考文献 20< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 1 绪论
1.1 海藻酸钙
海藻酸钙是由海藻酸钠与氯化钙混合制备而成，海藻酸钠是一种从大自然所提取的物质，表面上看是白色粉末，高温加热能溶于水，在pH值在611之间能够稳定存在。海藻酸钠具有良好的稳定性、增稠性和絮凝性[1]，广泛应用于食品、印纺、医药等各个与我们生活息息相关的领域，通常最为食品添加剂，织物的着色剂，药剂中的止血剂等来使用。海藻酸钠同样也是是人体必须要吸收的一种营养物质,对预防某些癌症、心血管病、肥胖以及减少铅、钢等重金属元素在体内的积累具有一定的医疗作用[2]。海藻酸钠因为其特殊的物理化学性质且对人体无害，多用于食品相关的方面，它能够改善食品的性质，将其添加到食品中可增加食品的粘稠度和防止食品干燥，提高食品的口感和保存时间，同时可以增加食品的营养成分，也可以降低成本，是一种非常良好的食品添加剂[3]。目前海藻酸钠的应用越来越广泛. 但是目前提取海藻酸钠收益率非常低，通过离子交换脱钙法为主要的生产方法且相对收益较高[4]，随着各种高新技术的发展还有很大提升的空间。海藻酸钠同样具有良好的成膜性，但海藻酸钠所制成各种的膜材料膜质较差并且耐水性不高，在某些特殊情况不能够直接应用。
本实验中海藻酸钠最主要的作用是形成凝胶小球包埋活性污泥[5]，使物质保持成型的形状。海藻酸钠溶液遇含有铁、钙等二价以上的金属离子的溶液会生成沉淀，该反应过程不可逆，所以经过氯化钙加固后的小球具有良好的稳定性和耐久性。钙离子与海藻酸钠溶液反应生成的海藻酸钙凝胶能够保证被固化微生物的活性，该反应在常温常压下即可发生，减少小球内的微生物细胞受到的影响，提高微生物的寿命，减少成本。海藻酸钠与氯化钙不但价格低廉、无毒无害，而且制备固定化小球方法简单，成球效果好，是制备固定化小球的主要方法。在海藻酸钙凝胶中包埋活性污泥可以提高活性污泥的使用寿命，使处理效果更加稳定，有效净化废水中的有毒物质，污水与活性污泥分离简单，减少污泥膨胀，使污水厂污水处理设备小型化。
1.2 凹凸棒土
凹土即凹凸棒土，包括Mg、Si、O、H等元素，含有许多羟基，具有非常独特的晶体结构，从而表现出吸附性，流变性等特殊的性质，被广泛应用于建筑、化工和水处理等领域[6]。目前我国对凹土的资源利用率很低，只能应用于一些比较低端的领域而不能体现凹土的应用价值。凹凸棒土常用作高分子材料的补强剂，但是因为凹凸棒土表面活性很高，在一些高分子的材料中只能作为惰性物质使用，为了改善凹凸棒土的性能，所以对它的表面进行改性处理。凹土特殊的结构使它的比表面积非常大，具有很强的吸附性并且无污染，经常应用于废水的处理。经研究发现，通过酸化的方法能使凹土的活性增加，在使用低浓度的酸酸化时，凹土的比表面积大大增加。凹土可有效提升海藻酸钠微球的强度，且其良好的吸附性能与海藻酸钠的溶胀性能相互作用，从而显著提升固定化小球的缓释能力[7]。根据朱海清等[8]酸化使凹土具有丰富的微孔结构，酸活化的条件为2.0mol/L的盐酸酸化0.5h，酸化温度90℃。
1.3 活性污泥
活性污泥法工艺是一种应用非常广泛并且有效的污水处理技术，活性污泥是活性污泥法工艺中起主要作用的物质，它是由各种细菌微生物与漂浮物质混合而成的絮凝物，不同活性污泥中含有的微生物种类是不相同的，由于各种微生物的作用从而净化废水。活性污泥由于不同的作用效果分为好氧活性污泥与厌氧活性污泥，好氧活性污泥能在较短的时间内有效去除掉废水中的COD，一般只用来处理中低浓度的废水，厌氧活性污泥则应用于高浓度的废水，它产生的剩余污泥少，能耗少。如今的污水处理厂不仅仅使用其中一种污泥，而是这两种污泥同时使用，比如A/O,A2/O等工艺，这两种菌体相互作用能够更加有效去除废水中的有机物。厌氧活性污泥去除水中COD的量比好氧活性污泥要低，课题主要研究各种制备条件对废水中COD去除率的影响，从而评价小球的成球效果，所以采用好氧池活性污泥。本实验采用的是淮安清涧污水处理厂好氧池中的活性污泥，该污水厂主要功能是处理工业废水，去除废水COD的效果好。
1.4 固定化活性污泥的方法
目前，废水处理最常用的方法有三种，包括物理、化学和生物处理法，这三种方法在污水处理时不是单独作用而是是协同作用的。其中生物处理法中的活性污泥法是如今最主要的污水处理方法。活性污泥法可以有效的去除水中的有机物质的浓度，减少废水由于营养过多，水中生物过量生长的现象[9]，但活性污泥的处理效果容易受到温度和pH的影响，并且处理废水后会产生大量的剩余污泥不变处理，而微生物固定化技术可以有效的提高被固定活性污泥的活性，减少剩余污泥产量且固液分离容易[10]。所以采用固定化活性污泥的方法减少活性污泥的不良影响。
目录
1 绪论 1
2实验部分 3
2.1 实验仪器 3
2.2实验药品 4
2.3 实验方法 4
2.3.1材料的制备方法 5
2.3.2表征方法 6
2.3.3活性污泥固定化小球在废水中的应用 7
3结果与讨论 9
3.1材料的表征 9
3.1.1SEM分析 9
3.1.2 FTIR分析 10
3.2最优制备条件的探索.....................................................................................................10
3.2.1不同海藻酸钠凹土混合溶液浓度对废水COD去除率的影响 10
3.2.2不同固化时间对废水COD去除率的影响 11
3.2.3不同固化剂CaCl2溶液浓度对废水COD去除率的影响 12
3.2.4不同转速对固定化活性污泥小球的影响 13
3.2.5不同包埋体积对固定化活性污泥小球的影响 14
3.2.6正交试验三种因素对废水COD去除率的影响 15
结论 17
致 谢 19
参考文献 20< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 1 绪论
1.1 海藻酸钙
海藻酸钙是由海藻酸钠与氯化钙混合制备而成，海藻酸钠是一种从大自然所提取的物质，表面上看是白色粉末，高温加热能溶于水，在pH值在611之间能够稳定存在。海藻酸钠具有良好的稳定性、增稠性和絮凝性[1]，广泛应用于食品、印纺、医药等各个与我们生活息息相关的领域，通常最为食品添加剂，织物的着色剂，药剂中的止血剂等来使用。海藻酸钠同样也是是人体必须要吸收的一种营养物质,对预防某些癌症、心血管病、肥胖以及减少铅、钢等重金属元素在体内的积累具有一定的医疗作用[2]。海藻酸钠因为其特殊的物理化学性质且对人体无害，多用于食品相关的方面，它能够改善食品的性质，将其添加到食品中可增加食品的粘稠度和防止食品干燥，提高食品的口感和保存时间，同时可以增加食品的营养成分，也可以降低成本，是一种非常良好的食品添加剂[3]。目前海藻酸钠的应用越来越广泛. 但是目前提取海藻酸钠收益率非常低，通过离子交换脱钙法为主要的生产方法且相对收益较高[4]，随着各种高新技术的发展还有很大提升的空间。海藻酸钠同样具有良好的成膜性，但海藻酸钠所制成各种的膜材料膜质较差并且耐水性不高，在某些特殊情况不能够直接应用。
本实验中海藻酸钠最主要的作用是形成凝胶小球包埋活性污泥[5]，使物质保持成型的形状。海藻酸钠溶液遇含有铁、钙等二价以上的金属离子的溶液会生成沉淀，该反应过程不可逆，所以经过氯化钙加固后的小球具有良好的稳定性和耐久性。钙离子与海藻酸钠溶液反应生成的海藻酸钙凝胶能够保证被固化微生物的活性，该反应在常温常压下即可发生，减少小球内的微生物细胞受到的影响，提高微生物的寿命，减少成本。海藻酸钠与氯化钙不但价格低廉、无毒无害，而且制备固定化小球方法简单，成球效果好，是制备固定化小球的主要方法。在海藻酸钙凝胶中包埋活性污泥可以提高活性污泥的使用寿命，使处理效果更加稳定，有效净化废水中的有毒物质，污水与活性污泥分离简单，减少污泥膨胀，使污水厂污水处理设备小型化。
1.2 凹凸棒土
凹土即凹凸棒土，包括Mg、Si、O、H等元素，含有许多羟基，具有非常独特的晶体结构，从而表现出吸附性，流变性等特殊的性质，被广泛应用于建筑、化工和水处理等领域[6]。目前我国对凹土的资源利用率很低，只能应用于一些比较低端的领域而不能体现凹土的应用价值。凹凸棒土常用作高分子材料的补强剂，但是因为凹凸棒土表面活性很高，在一些高分子的材料中只能作为惰性物质使用，为了改善凹凸棒土的性能，所以对它的表面进行改性处理。凹土特殊的结构使它的比表面积非常大，具有很强的吸附性并且无污染，经常应用于废水的处理。经研究发现，通过酸化的方法能使凹土的活性增加，在使用低浓度的酸酸化时，凹土的比表面积大大增加。凹土可有效提升海藻酸钠微球的强度，且其良好的吸附性能与海藻酸钠的溶胀性能相互作用，从而显著提升固定化小球的缓释能力[7]。根据朱海清等[8]酸化使凹土具有丰富的微孔结构，酸活化的条件为2.0mol/L的盐酸酸化0.5h，酸化温度90℃。
1.3 活性污泥
活性污泥法工艺是一种应用非常广泛并且有效的污水处理技术，活性污泥是活性污泥法工艺中起主要作用的物质，它是由各种细菌微生物与漂浮物质混合而成的絮凝物，不同活性污泥中含有的微生物种类是不相同的，由于各种微生物的作用从而净化废水。活性污泥由于不同的作用效果分为好氧活性污泥与厌氧活性污泥，好氧活性污泥能在较短的时间内有效去除掉废水中的COD，一般只用来处理中低浓度的废水，厌氧活性污泥则应用于高浓度的废水，它产生的剩余污泥少，能耗少。如今的污水处理厂不仅仅使用其中一种污泥，而是这两种污泥同时使用，比如A/O,A2/O等工艺，这两种菌体相互作用能够更加有效去除废水中的有机物。厌氧活性污泥去除水中COD的量比好氧活性污泥要低，课题主要研究各种制备条件对废水中COD去除率的影响，从而评价小球的成球效果，所以采用好氧池活性污泥。本实验采用的是淮安清涧污水处理厂好氧池中的活性污泥，该污水厂主要功能是处理工业废水，去除废水COD的效果好。
1.4 固定化活性污泥的方法
目前，废水处理最常用的方法有三种，包括物理、化学和生物处理法，这三种方法在污水处理时不是单独作用而是是协同作用的。其中生物处理法中的活性污泥法是如今最主要的污水处理方法。活性污泥法可以有效的去除水中的有机物质的浓度，减少废水由于营养过多，水中生物过量生长的现象[9]，但活性污泥的处理效果容易受到温度和pH的影响，并且处理废水后会产生大量的剩余污泥不变处理，而微生物固定化技术可以有效的提高被固定活性污泥的活性，减少剩余污泥产量且固液分离容易[10]。所以采用固定化活性污泥的方法减少活性污泥的不良影响。
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