【摘 要】
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长期以来,由于治理资金短缺和对农村水体环境保护意识淡薄,农村生活污水随意排放情况较为普遍,严重损害人体健康和生态环境,农村生活污水治理工作迫在眉睫。农村生活污水的有效治理依赖于新技术、新方法的研发和运用,课题组此前研制的复合腐殖填料生物滤池技术能够较好地降低农村生活污水中的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）和总氮（Total Nitrogen,TN）浓度,但其对总磷
【基金项目】
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水体污染控制与治理科技重大专项“淮河流域重污染河流深度治理和差异化水质目标管理关键技术集成及推广应用项目（2017ZX07602）”中课题四“水专项技术成果产业化推广机制与平台建设课题（2017ZX07602-004）”中的子任务“适用分散式农户生活污水处理（十吨级）腐殖填料复合生物滤池模块化装备研制及推广应用”；
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长期以来,由于治理资金短缺和对农村水体环境保护意识淡薄,农村生活污水随意排放情况较为普遍,严重损害人体健康和生态环境,农村生活污水治理工作迫在眉睫。农村生活污水的有效治理依赖于新技术、新方法的研发和运用,课题组此前研制的复合腐殖填料生物滤池技术能够较好地降低农村生活污水中的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）和总氮（Total Nitrogen,TN）浓度,但其对总磷（Total Phosphorus,TP）的去除效果不佳。粉煤灰在总磷去除方面具有较大的潜在价值,但目前将粉煤灰用作吸附除磷填料的研究较少。本论文以粉煤灰作为基质,制备新型粉煤灰基除磷颗粒填料应用于农村生活污水治理技术中。本论文的主要研究内容和结论如下:本论文研究了不同激发剂掺量及不同温度养护条件下各样品的粉煤灰激发程度和胶凝程度,结果显示:单掺生石灰对粉煤灰活性的激发效果有限,且胶凝颗粒的机械强度很低;单掺强碱激发剂能较好的激发粉煤灰活性,但因缺少Ca2+而无法发生胶凝反应;复掺生石灰和强碱激发剂既能较好的激发粉煤灰活性也能使颗粒形成较好的机械强度,但颗粒碱度太高,易产生泛碱现象;在低温条件下单掺水泥无法激发粉煤灰活性,但温度高于40℃时,粉煤灰活性激发情况较好并产生胶凝产物;复掺生石灰和水泥同样在低温条件下不能较好激发粉煤灰活性,但是在温度高于40℃条件下能较好激发粉煤灰活性并形成胶凝产物,使得颗粒具有一定的机械强度。为能增大除磷颗粒填料对磷吸附容量,最终选择原料配比方案为粉煤灰:水泥:石灰是7:1:2,养护温度为50℃,养护时间为5天。通过上述方法制备除磷颗粒填料,并对除磷颗粒填料进行物理特性检测和表征,结果显示:除磷颗粒填料表观密度2.03g/cm3,堆积密度0.73 g/cm3,空隙率64.04%,比表面积5.3320m2/g,孔体积0.02cm3/g,颗粒中的孔径主要以7.8nm和12.6nm的孔为主。SEM表征结果显示颗粒表面较为致密,颗粒内部粉煤灰颗粒表面被C-S-H（水化硅酸钙）包裹,C-S-H相互粘结形成机械强度。XRD分析得出颗粒成分主要包含C-S-H、Si O2、Ca CO3、Al2O3、Ca（OH）2、莫来石等。吸附实验结果表明,该颗粒在25℃、35℃、45℃条件下吸附容量分别为6.01mg/g、6.97mg/g、7.78mg/g。由于除磷颗粒表面较为致密使得颗粒内部成分无法发挥作用,需要优化配比及养护方案制备多孔除磷颗粒填料。研究外掺1%、2%和3%秸秆及300℃煅烧条件下对除磷填料颗粒抗压强度及孔隙大小分布的影响规律。结果显示外掺2%和3%秸秆的颗粒在50℃养护一段时间后颗粒强度远不如不掺秸秆的颗粒。而外掺1%秸秆的颗粒在50℃养护五天后再经过煅烧,颗粒强度相较不掺秸秆的颗粒有所下降,但比表面积增大至9.4501m2/g,孔体积增大至0.035 cm3/g,孔径主要以4nm、7nm、10nm为主。形成多孔结构的原因在于300℃煅烧条件下C-S-H部分脱水形成水蒸气及秸秆炭化形成气体使得孔隙增大,同时秸秆炭化体积减小,原本填充秸秆的部位变得中空,使得孔隙进一步增大。掺入秸秆导致颗粒强度下降的原因在于秸秆在碱性环境下释放的糖类物质抑制了水泥的水化硬化反应,同时秸秆的掺入也使得其他组分的体积分数减少,进而导致颗粒强度降低。因此最终确定秸秆外掺1%,50℃养护5天后300℃煅烧10分钟的优化方案。吸附实验结果显示,多孔除磷颗粒填料在25℃、35℃、45℃条件下吸附容量分别为21.93mg/g、22.22mg/g、23.20mg/g,吸附容量大大提升。最后对比圆盘造粒机、对辊挤压造粒机和搅齿造粒机造粒效果,并根据成本及效果进行综合比较,最终确定以YGZL-1200型圆盘造粒机作为生产工艺。将新型粉煤灰基除磷颗粒填料在实验室内小试,在水力负荷1m3/（m2·d）,进水磷浓度2.0mg/L运行条件下,对磷去除率达到70%以上。出水磷浓度低于0.5mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
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