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137690字博士毕业论文污泥基质微生物脱盐电池性能及污泥改良对盐碱地的影响

论文类型:博士毕业论文
论文字数:137690字
论点:污泥,土壤,脱盐
论文概述:

本文是博士生论文,5c-MDC 的脱盐效率最高,5c-MCDC 适用于低浓度盐溶液的快速脱盐,7c-MDDC 的脱盐效率较低,5c-MCDC 和 7c-MDDC 均可以有效避免阳极污泥盐分的增加.

论文正文:

第一章许仑

目前,国内外在污水处理和中水回用方面取得了丰富的技术成果和实践经验,取得了巨大的环境效益。然而,广泛使用的生物方法已经减少了水中的污染物,并且还产生了大量的剩余污泥[1]。这部分污泥含水量高,脱水性能差,有机物含量高,易分解,发臭,滋生蚊蝇,污泥中的重金属、有机有毒物质和致病菌是造成二次污染的关键物质。截至2013年6月底,中国已建成3479座城市污水处理厂,日污水处理能力约为1.46×108m3,日污泥产量为1.09×105吨(含水率80%)。由于污泥产量大,其物理、化学和生物性质差且极不稳定,导致其处理和处置难度大,这已成为国内外广泛关注的污水处理过程中的重点和难点[2】。在传统的污泥处置方法中,海洋处置已被严格禁止。卫生填埋场由于占地面积大、稳定性差、渗滤液处理困难等诸多问题,逐渐淘汰。污泥焚烧消耗高能量,容易产生二恶英等致癌物质,这使得其在污泥处理中的份额相对较小。由于污泥含有丰富的有机物和植物生长元素,污泥土地利用已成为实现有益物质回归自然循环的最重要途径第三章污泥基质微生物脱盐电池的发电和脱盐性能……43
3.1导言..........................................43
.2不同配置的多学科设计中心的发电性能.........................................43
第四章MDC阳极污泥有机物降解和重金属形态转化...................69
4.1导言..............................69
4.2改性MDC构型对阳极污泥中盐积累的抑制作用..........................................69
第5章污泥施用对盐碱地改良的影响...........................................93
5.1导言................................93
5.2污泥和盐碱地理化性质分析结果..............................93[/比尔/] 5.3污泥施用对土壤盐碱特性参数的影响..............................97

第5章污泥施用对盐碱土壤改良的影响

5.1简介
污泥中有机质的利用改善盐碱土壤的理化性质也给土壤环境带来重金属。重金属难降解、易富集,并能通过食物链进入人体,对人体健康造成危害。因此,土壤重金属污染是限制污泥土地利用的重要因素。近年来,相关研究报告了重金属在农业生产过程中的风险。大量研究认为,污泥的适当应用不会造成土壤中重金属的污染,植物中重金属的含量也在标准值范围内。然而,对污泥改良盐碱土壤中重金属迁移转化的研究还很少。盐碱土壤具有高酸碱度环境,是降低土壤重金属活性的重要条件。在此理论基础上,本章主要应用不同比例的脱水污泥和阳极污泥改良盐碱地。在长期培养条件下,研究了土壤中重金属含量和形态的变化,讨论了土壤和植物中重金属的富集系数。

……

第2章实验材料和方法

2.1试验材料和仪器
试验土取自黑龙江省哈尔滨市松北区青山镇常发村。该地区分布着大量的盐碱地,与肇东、大庆等地的盐碱地相连。很明显,土壤是浅灰色的,有大量灰色的盐斑和严重的硬化和开裂。土壤颗粒很细,压碎后呈粉末状,但土块很硬。实验分析表明,地表以下100厘米深度的土壤总有9以上的酸碱度和1.13%以上的含盐量,0 ~ 20厘米深度的表层土壤酸碱度和含盐量最高。表层盐渍化土壤的具体理化性质见表5-4,土壤中重金属的含量和形态分布见表5-5。实验所用试剂分析纯,重金属消解用盐酸、硝酸、高氯酸和氢氟酸、重金属形态提取用冰醋酸、盐酸羟胺和过氧化氢除外,化学分析用其他试剂分析纯,实验过程中使用去离子水。

2.2试验装置和操作方法
五室微生物脱盐池(5室-微生物脱盐池,5c-MDC)是一个由有机玻璃制成的对称反应器,包括一个阳极室(圆柱形,φ = 12厘米,h = 13厘米,V = 1470mLmL毫升),两个阴极室(长方体,90毫米×90毫米×50毫米,V = 405mL毫升)和两个脱盐室(长方体,90毫米×90毫米×30毫米,V = 1470毫升)每个室都有一个敞开的窗口(90毫米×90毫米),阴离子交换膜(AEM) (Ultrexami-7001,100毫米×100毫米)夹在阳极室和脱盐室之间,阳离子交换膜(CEM) (Ultrexami-7000,100毫米×100毫米)夹在脱盐室和阴极室之间。离子交换膜和密封垫通过法兰和螺钉固定在一起,形成5c-MDC基本框架结构。两个阴极通过软管连接,便于阴极液体的流动交换,起到电位相等的作用。反应器的阳极使用碳纤维刷作为电极材料。碳纤维刷由东浩纳公司生产的STS4024K碳纤维(比表面积:650±17 m2/m3)制成。平均直径为7.0μm)被切成6厘米的段,用2根直径为1.5毫米的钛丝捻成12厘米的捻线刷。同样的三根碳纤维刷垂直放置在阳极室中形成等边三角形的三个顶点的位置,并均匀分布和填充在阳极室中。

[3]

5.2污泥和盐碱地
表5-2和5-3的理化性质分析结果表明,脱水污泥和阳极泥中砷、硼、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌的含量均低于碱土(CJT/291-2008)最大允许浓度指标值(酸碱度≥6.5),但均高于盐碱地背景浓度值。锌、铜、铬、铅、镍含量较高,砷仅占标准率的20%以上。阳极污泥中酸溶性锌含量高于脱水污泥。然而,脱水污泥和阳极污泥中铜的可氧化含量相对较高。铬主要处于残留态和可氧化态,铅残留比例最高,但脱水污泥中可氧化铅略高于阳极污泥。两种污泥中镍的残留和酸溶性含量较高,而除了较高的残留含量外,其他形态的砷含量相当。结果表明,虽然污泥中砷、硼、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌的含量远低于土地改良污泥的标准,但污泥中重金属的活性高于土壤(表5-5)。
……

结论

通过研究三种脱水污泥作为阳极基质的多孔炭性能以及脱水污泥和阳极污泥对盐碱地的改良效果,为污泥的综合利用、多孔炭的性能优化和功能拓展以及盐碱地的改良实践提供理论依据。主要结论如下:
(1)以脱水污泥为阳极基质的MDC具有启动快、长期运行稳定的特点。这三种配置的多学科设计中心的发电效率相似,电池内阻为7c-MDDC > 5c-MCDC > 5c-多学科设计中心。在长期稳定性研究中,发现5c-MDC可以稳定运行300d,并在130d达到最大功率输出(Pmax为3.178 W/m3);7c-MDDC可稳定运行200d,并在52d内达到最大功率输出(Pmax为1.966瓦/立方米)。
(2)在脱盐性能方面,5c-MDC脱盐效率最高,5c-MCDC适用于低浓度盐溶液的快速脱盐,7c-MDDC脱盐效率较低。5c-MCDC和7c-MDDC都能有效地避免阳极污泥中盐度的增加。相同结构的反应器脱盐效率随着初始氯化钠浓度的增加而降低。在长期运行过程中,5c-MDC和7c-MDDC脱盐效率先上升后下降,5c-MDC脱盐效率在各运行阶段均显著高于7c-MDDC。
……

参考文献(省略)