玄武岩纤维生物载体表面改性及性能研究

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玄武岩纤维是一种绿色环保的新型无机材料,直径小,比表面积大,由于其优良的性能在作为绝缘材料、建筑领域的增强材料、抗噪声材料以及其他复合材料方面,已经具有广泛的应用。本研究主要基于玄武岩纤维的绿色友好的性能,在生物接触氧化载体理论的指导下,采用超声波涂覆的方法对纤维表面进行改性,通过SEM、EDS、红外光谱表征来检测改性能否提高纤维的表面粗糙度、比表面积,用玄武岩纤维束制备一种螺旋式结构载体,挂膜后通过生物膜特性参数来选取最佳改性方法,并用于处理配制的生活污水,考察不同因素对CODCr、氨氮、TP去除率的影响,通过正交试验,对玄武岩纤维载体生物膜法污水处理性能影响程度分析,并对纤维载体生物膜法的动力学进行研究。本研究的主要结论如下:  (1)清洗剂处理,能清洗掉玄武岩纤维生产中添加的一些表面成分,改善后续改性试剂的添加效果;玄武岩纤维经KH550硅烷偶联剂、阳离子试剂、分散剂处理后,不同程度上增加了比表面积,从而提高了纤维表面粗糙度,增加了纤维表面含N、O元素的含量;阳离子试剂处理的玄武岩纤维表面N、O增加最多。  (2)该载体材料挂膜时间较快,一周生物膜就能生长良好;表面改性从某种程度上改变了玄武岩纤维的表面特性,更适合生物膜的生长;经过分散剂处理的纤维表面生物膜量达到最大值,耗氧率、CODCr含量也相对较大,微生物易附着到纤维上形成生物膜,综合评价,选取分散剂改性的玄武岩纤维进行污水处理试验。  (3)玄武岩纤维载体生物膜对污染物的去除率和时间呈正相关性;pH=8~10时,CODCr的去除效果达到90%左右,pH呈中性时,氨氮的去除率相对较好;当DO=4~6mg/L时,CODCr的去除效果较好,达到90%左右,氨氮去除率也能达到50%,TP去除率较低,在35%左右。  (4)正交试验表明,CODCr去除率影响因素依次为:CODCr初始浓度、DO、pH、氨氮初始浓度;氨氮去除率影响因素依次为:氨氮的初始浓度、pH、DO、CODCr的初始浓度;TP去除率影响因素依次是:氨氮的初始浓度、pH、DO、CODCr初始浓度;污染物的初始浓度对CODCr、氨氮、TP去除率影响程度最大。  (5)玄武岩纤维载体生物膜法的体系满足一级动力学方程;该体系降解CODCr的反应方程为:Cn=exp(0.1722-0.224t) C0;该生物接触氧化降解动力学为:U=0.1076(Ce-C)/410.4+(Ce-Cn)。
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