1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
池塘养殖在淡水养殖中具有极大的贡献作用,据《2018 年中国渔业统计年鉴》的数据,池塘养殖面积占淡水养殖面积(还包括湖泊、水库、河沟及其他养殖面积)的47.12%[1]。池塘养殖过程中,大量未被养殖对象摄入的饵料、养殖生物的排泄物以及动植物尸体经过一系列物理化学变化,最终导致水体中的亚硝酸盐、含氮和磷有机物、氨氮等污染物含量升高,对养殖对象产生毒性作用。氨氮在水中以离子氨和非离子氨的形式存在,其中非离子氨对水生生物有毒[2]。目前大多数养殖场的水产动物养殖尾水都是直接排放,已经对环境造成了污染[3]。国内外对池塘养殖尾水处理均有较多研究,大致上可分为物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术等[4]。池塘养殖尾水处理系统能极大的改善水质,经系统中的生态粗滤区、沉淀池、精滤池和灭菌池除去池塘养殖尾水中污染物质,达到提高产品品质,减少环境污染的目的。其中吸附剂在沉淀池中有着至关重要的作用,而市面上的吸附剂种类繁多,吸附特性也千差万别,选择合适的吸附剂,达到更加高效的净化效果,能够节约更多的人力、物力和财力,一定程度上促进养殖渔业的发展。通过本课题的研究,旨在为养殖活动尾水处理过程中吸附剂的选择上提供科学依据。
废水的吸附处理主要是指利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能,去除或降低废水中的多种污染物质的过程[5]。市面上的吸附剂种类繁多,按照其基本组成材料可分为黏土类吸附剂、新型吸附剂、碳质吸附剂和废弃物吸附剂等[6]。吴露[7]等人在利用Ca(OH)2对炉渣、红壤和膨润土进行改性,研究三种改性材料对水体磷酸盐的吸附机理,探讨其脱附再生利用的可行性的实验中,将碾磨、过塞后的Ca(OH)2颗粒按质量分数 2%、5%、10%与三种材料混匀获得改性材料,后续的一系列吸附实验表明Ca(OH)2的改性作用改变了三种材料形态特征及化学组成,其中Ca含量发生了明显变化,实验发现,经过4次吸附-解吸循环后,三种材料的解吸率均小于 1%,因此,经Ca(OH)2改性的炉渣、红壤和膨润土的吸磷性能再恢复可行性不大。YANG Z Y[8]等在水滑石中Mg/Al关系研究的发现,当添加的M g / Al 为 3 ∶ 1 时,形成的水滑石最为稳定。袁新程[9]等关于池塘养殖尾水自由沉降及其三态氮、总氮和总磷含量变化的研究中发现,自由沉降对养殖尾水中总氮和总磷均有不同程度的去除作用。在养殖尾水的处理过程中,可以在吸附前先进行自由沉降,达到更高效便捷的养殖尾水处理效果。刘国华[10]等对改性污泥基吸附剂深度处理出水有机物的研究中,污泥经干化阶段、碳化阶段及活化阶段(利用KOH、ZnSO4、Al(SO4)3和Fe2(SO4)3四种活化剂活化)得到4种改性污泥吸附剂,经紫外光谱、扫描电镜图分析,4种改性污泥吸附剂的比表面积均大大提高,孔隙结构也更加发达。在利用4种改性污泥吸附剂除去废水中不同有机物的实验中,Fe2(SO4)3活化的改性污泥吸附剂能够较好的吸附废水中的有机物,TCOD的最大去除效率为 42.5%,SCOD 的最大去除效率为44.1%。李荣等[11]将净水污泥与粉末活性炭按质量比 9:1,在 500℃条件下煅烧制的复合吸附剂,经实验分析,复合吸附剂对氨氮的吸附效果明显优于原泥。铁氧体作为吸附剂具有独特的超顺磁性,可以施加外部存磁场,很容易使其从水中分离,AVAZPOUR[12]等人研究发现,铁氧体中掺杂大量稀土时,会破坏铁氧体的结构,使铁氧体的粒径增加,吸附量降低。
吸附剂能去除废水中的多种污染物,尤其是采用其他方法无法除去的污染物[7]。吸附处理后出水水质好、水质稳定,在工业废水、生活废水、养殖尾水、农业废水等的处理方面均有广泛应用。但目前大多吸附剂价格高,再生困难,有的还易造成二次污染,因此今后应注重开发高效实用,可再生或多次利用的吸附剂。
2. 研究的基本内容和问题
1.研究目标
通过对吸附剂对污染物之间及吸附剂与吸附剂之间吸附效果差异的分析,得出吸附剂之间吸附特性的差异,为实际池塘养殖生产活动中吸附剂的选择提供数据支撑,减少养殖尾水处理过程中吸附剂乱用滥用的问题,避免造成二次污染。
3. 研究的方法与方案
1.研究方法及实验方案
本实验用多种吸附剂分别处理池塘养殖尾水,每天定时定量取水样,采用钼酸铵分光光度法测定水样中的总磷,过硫酸钾氧化—紫外分光光度法测定水样中的总氮,酸性法测定水样中的高锰酸盐。运用Excel,SPSS等软件对实验数据进行处理,分析三种污染物的浓度变化规律,探究各吸附剂的吸附特性及差异。
具体方法如下:
4. 研究创新点
1.尾水处理系统在尾水处理方面具有巨大的优势,本实验探究系统中初级沉淀池吸附剂的选择依据,能够优化系统的处理效果,为吸附剂的选择依据提供数据支持。
2.目前关于吸附剂的改良方面的研究较多,而关于不同吸附剂对养殖尾水处理效果差异的研究较少,通过对多种吸附剂分别处理池塘养殖尾水的研究,分析处理效果差异的显著性,为养殖尾水处理中吸附剂的选择提供依据。
5. 研究计划与进展
2019年8月-10月,查阅文献资料,制定本研究方案;
2019年10月-12月,根据实验方案,准备实验材料;
2020年1月-2月,熟悉实验环境,开展实验;
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