【正文】 微生物附著在輕質礦物多孔材料的表面和孔壁，使材料內部孔道變窄，進一步增加了輕質礦物多孔材料對污染物的截留能力。本實驗中制得的輕質礦物多孔材料在水處理效果評價中 18 天 COD 去除率達到87%，是很好的用于水處理領域的多孔濾料，這是因為材料具有如下 特征： （ 1） 該礦物多孔材表觀密度僅為 ， 略重于水，這樣在曝氣的沖刷作用下可以達到良好的 流化 狀態(tài)，使其在水中可以均勻分布，利于生物膜附著。 7 天時出現轉折點，之后反應池中 COD 去除率上升很快，到 10 天迅速增長至 55%。 由以上分析，同時兼顧較低的表觀密度和較高的壓碎力，選擇 30%為最佳造孔劑添加量。 樣品的吸水率和鹽酸可溶率如圖 所示，保溫時間對吸水率和鹽酸可溶率影響并不大。隨著溫度升高，燒結更加完全，樣品的吸水率和鹽酸可溶率均減小并趨于穩(wěn)定。 由以上分析可知，凹土含量的增加會引起表觀密度和壓碎力的增加，基于對輕質多孔材料表觀密度的要求，在壓碎力差異不明顯時應優(yōu)先考慮較低的表觀密度，選擇添加 5%的凹土為最佳方案。C 時， 2 號樣品也能達到較低的鹽酸可溶率。 河北工業(yè)大學 2020 屆本科畢業(yè)論文 23 影響輕質礦物多孔材料的性能的因素分析 粘結劑種類對輕質礦物多孔材料性能的影響 對 2 號樣品的性能測試結果如圖 ~ 所示。其中孔徑 2 nm 的為微孔，孔徑為 2 ～ 50 nm 范圍內的為介孔，孔徑 50 nm 的為大孔。 河北工業(yè)大學 2020 屆本科畢業(yè)論文 19 表 試樣焙燒制度 樣品編號 焙燒溫度（ ℃ ） 保溫時間（ min） 2 1000 30 2 1050 30 2 1100 30 2 1150 30 3~6 1100 30 3~6 1115 30 3~6 1130 30 3~6 1145 30 3 1130 15 3 1130 30 3 1130 45 3 1130 60 輕質礦物多孔材料的性能 輕質礦物多孔材料的礦物組成 制備的輕質礦物多孔材料（ 9 號樣品）的礦物組成如 圖 所示 。C 下干燥 。因此本實驗制備的輕質礦物多孔材 料采用圖 所示工藝流程。 具有良好燒脹性能 的原料化學成分范圍如圖 中陰影 所示。 在輕質礦物多孔材料的煅燒過程中，當溫度較高時碳粉會燃燒，生成 CO2或 CO氣體，此時材料中便可產生孔隙，使材料在后續(xù)升溫過程中易于膨脹。 實驗所選用的高硅鐵尾礦中 SiO2的含量為 %，是 輕質礦物 多孔材料中硅成分的主要來源及 基本組分，在焙燒過程中起支撐骨架作用，其決定材料強度的大小。河北工業(yè)大學 2020 屆本科畢業(yè)論文 14 填料在氣泵的氣流沖擊作用下可在水中做懸浮狀旋轉運動，與污水充分混合接觸。 ③ 傾倒出鹽酸，反復洗滌樣品直至洗凈水為中性。C 下 干燥至恒重，其干質量為 m1（單位： g）。 表觀體積包括實體體積和閉孔體積。 （ 3）輕 質礦物多孔材料水處理作用機制探討 通過水處理時間、不同天數水質 COD 變化，探討輕質礦物多孔材料水處理作用機制 。C 左右燒制的輕質礦物多孔材料對選礦廢水的 COD 吸附效果較好， COD 去除率達到%。首先將金屬尾礦用 HCl 進行酸洗，清除雜質使其形成多孔結構，然后添加粘土及粘結劑，以尾礦：爐渣：粉煤灰≤ 5∶ 3∶1的比例，制得粒徑 5～ 30 mm、顆粒密度 ～ g/cm堆積密度 ～ g/cm比表面積 ～ m2 /g、酸可溶率 %、筒壓強度 ～ MPa、吸水率 %～5%的輕質礦物多孔材料，質量較輕并且比表面積較大，具有生物附著力強、掛膜性能良好、截污能力強、反沖洗容易進行等優(yōu)點。這種工藝得到的制品強度較高，但是氣孔率相對較低。以該輕質礦物多孔材料為濾料的曝氣生物濾料對模擬污水的處理效果良好， CODCr、 NH4+N、TN 的去除率分別為 %、 %和 %。用鐵尾礦、石英砂和粉煤灰的混合物為原料燒制膨脹系數大于 1 的輕質骨料，并分析了各原料配比和燒成制度對輕質骨料性能的影響。 鐵尾礦綜合利用 未經處理的鐵尾礦通常呈細小顆粒狀，其中混有選礦過程中使用的化學藥劑，某些 種類的尾礦還伴生有 As、 Pb 等有毒重金屬。 曝氣生物濾池 ( BAF )是 20 世紀 80 年代末至 90 年代初興起的一種以生活污水為主要處理對象的新興工藝 , 具有處理效率高、工藝簡單、有機容積負荷大、占地面積小、停留時間短等優(yōu)點，在歐美和日本等國已經被上千座污水處理廠采用 [1~2]。實驗結果表明：高硅鐵尾礦、凹凸棒土、碳粉和碳酸鈣的比例為 5:::，經 550℃ 預燒 15min、1130℃焙燒 30min，可制得表觀密度為 、壓碎力 、吸水率為%、鹽酸溶解率為 %的輕質礦物多孔材料， 將該材料加入模擬生物曝氣反應器中進行配制污水處理， 18 天后 COD 去除率高達 85%并趨于穩(wěn)定，具有良好的水處理效果。我國目前發(fā)現的礦產多達 150 多種，建立了 8 000 多座國營礦山和 11萬多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體礦山 , 累計產生尾礦 億 t，占地 8 萬公頃以上，并且每年正在以 億 t 的速度增長。 Chuanmeng Yang[9~10]等人將鐵尾礦與不同比例的粉煤灰混合后在 900176。通過與普通活性污泥法對照，發(fā)現加入鐵尾礦后 , 在相同的停留時間下， COD去除率顯著提高。 礦物多孔材料的制備方法 目前礦物多孔材料的制備主要采用如下方法 [2,14,16]： （ 1）添加造孔劑法 該工藝是在配料中加入造孔劑后占據坯體空間，高溫下通過揮發(fā)、燃盡或分解作用而在原位處留下孔隙。 （ 5）發(fā)泡法 該工藝是向原料中添加有機或無機發(fā)泡劑，在加熱過程中產生可揮發(fā)的氣體，從而制備泡沫材料。將制備的材料用于曝氣實驗，污水中CODCr 、 NH4+N、 TP 去除率分別為 92%、 62%、 63%，具有優(yōu)良的凈水作用。本研究目的在于提高高硅鐵尾礦的加入量，并且使輕質礦物多孔材料同時具有較輕的質量以及較高的強度，使該材料具有良好的綜合性能，為其在工業(yè)有機廢水處理的廣泛應用提供理論和實驗依據，在資源再利用、修復環(huán)境、工 業(yè)廢水處理等領域中具有重要的現實意義和經濟意義。 （ 2） SEM 分析 采 用日本 Hitachi（日立）公司生產的 HitachS4800 型掃描電鏡 觀察多孔材料 的 微觀 相貌。 ④ 將試樣倒入李氏比重瓶中，讀出水面刻度 V（單位： cm3）。C 下 干燥至恒重，其質量為 m1（單位： g）。 輕質礦物多孔材料水處理實驗 實驗裝置 本實驗 采用 的 模擬 曝氣反應器結構示意圖見圖 。 表 鐵尾礦及凹土化學成分（ %） 原料 SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O 鐵尾礦 凹土 原料組分及作用 材料在制備過程中若要達到較好的膨化效果，形成輕質多孔材料，除了加入適當的造孔劑外，還應滿足以下兩個條件 [21]：一是在膨脹溫度下能產生適當的粘度和表面張力；二是與此同時產生足夠的氣體。 組分名稱 淀粉 葡萄糖 (NH4)2CO3 K2HPO4 自來水 質量（ g） 36 22 5 河北工業(yè)大學 2020 屆本科畢業(yè)論文 16 （ 3） 水玻璃。生成 CaO 是熔劑組分，可以降低原料的熔點，起到 助熔的作用。 河北工業(yè)大學 2020 屆本科畢業(yè)論文 17 表 各組配方編號及原料成分質量（ g） 輕質礦物多孔材料的制備工藝 輕質礦物多孔材料多為陶粒。 （ 3）向混合均勻的粉料中加入適量水（約占粉料總質量的 20%~30%），用玻璃棒攪拌使物料與水分混合均勻。因此，本實驗的工藝制度為用馬 弗爐在 550℃ 預燒15min，使碳粉充分燃燒，盡可能完全轉化為二氧化碳氣體，充分造孔。由圖 （ a）可見，輕質礦物多孔材料的部分孔延伸至表面，與外界相通，由圖 （ a）、（ b）可知，材料內部部分孔呈封閉的橢圓形，部分孔相互連通形成孔道。其表觀密度與水的密度接近并且略重與水，粒徑大小適中，在曝氣過程中可在氣體沖擊作用下在水中運動，與水均勻充分接觸，吸水率適中，水分可進入材料內部，增大與材料的接觸面積，利于提高水處理效果。在相同被燒溫度下 2 號樣品比 1 號樣品吸水率高的原因是由于 2 號樣品內部孔道結構發(fā)達，易于水分進入導致的 。 輕質礦物多孔材料的表觀密度越小，說明結構越疏松，內部孔道越發(fā)達，實體部分，即孔壁所占體積比例就越小，因此載荷承載能力就越低，強度就越低，相應的壓碎力數值就會越小。分析其變化原是因為當溫度高于 1100℃時樣品開始出現液相，并且液相量逐漸增加，表面粘度逐漸減小，因此有更多的氣體可以在材料內部形成氣孔，材料氣孔率增加，表觀密度下降，強度也隨之下降。保溫時間繼續(xù)延長，液相含量繼續(xù)增加，材料內部產生更多氣孔，此時一些小氣孔會合并成大氣孔，使材料體積進一步膨脹，引起表觀密度的繼續(xù)下降。表觀密度變化趨勢如圖 ~ 所示，在造孔劑由 10%增加至 40%過程中，表觀密度由。 將制備的輕質礦物多孔材料 和市售水處理用多孔材料 放入 相同的 裝有配制污水的 模擬曝氣反應器 中 20 天，其材料與水作用不同天數 COD 去除率如圖 所 示。由此可見，所制輕質礦物多孔材料的結構適宜生物掛膜，并且具有良好的水處理效果。 （ 4） 輕質礦物多孔材料的壓碎力為 ，可經受較長時間的摩擦與碰撞仍保 持結構的完整，可保證水處理效果的持續(xù)性與穩(wěn)定性。 河北工業(yè)大學 2020 屆本科畢業(yè)論文 35 結 論 本論文以高硅鐵尾礦為主要原料，凹凸棒土為粘結劑，碳粉為造孔劑，碳酸鈣為助熔劑，制備輕質礦物多孔材料。 河北工業(yè)大學 2020 屆本科畢業(yè)論文 36 參 考 文 獻 [1] 胡濤，朱斌 . 曝氣生物濾池中濾料的應用研究 [J]. 化 工環(huán)保， 2020，28(6):509513. 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