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本文分为河道底泥性能研究、河道底泥陶粒滤料的制备及反应机理、底泥陶粒滤料的性能和结构分析、重金属的转化和行为研究以及底泥陶粒滤料在水处理中的应用五个部分。 通过对上海龙华港和彭越浦底泥样品的主要化学成分、粒径分布、矿物成分以及重金属含量的分析表明，底泥样品中的主要化学成分和粒径分布都同粘土类原料比较接近，这为底泥的资源化提供了有利的依据；底泥中的重金属含量和浸出浓度较高，但对其Cu、Zn、Pb、Cd、Cr6+、Hg的分析结果表明底泥样品还不属于危险废物。 综合考虑，本文采用生活污泥、广西白泥和水玻璃为添加剂，通过正交试验确定了制备底泥陶粒的工艺条件和配方，并通过试验找到了烧成温度、生活污泥添加量、粘结剂添加量对底泥陶粒的比表面积、松散容重、空隙率、吸水率和颗粒容重的影响趋势。同时系统分析了各主要化学成分在底泥陶粒烧成中的作用、底泥陶粒孔隙形成机理以及固相反应机理。 对底泥陶粒的性能进行了系统的测定和分析，重点研究了底泥陶粒比表面积的测定方法、晶体成分、孔隙分布、吸附性能、重金属的存在形态和结构以及浸出行为等，分析表明底泥陶粒符合生物膜载体的要求。 本文首次从晶体结构的角度阐明底泥陶粒中重金属的形态和结构，指出底泥和生活污泥原料中的重金属通过高温烧结，经过一系列的转化和反应过程，固化在底泥陶粒中，不容易重新释放到环境中而对环境产生二次污染作用，也就消除了底泥陶粒在应用过程中可能产生的顾虑，对底泥陶粒样品中重金属行为的分析也证明了这一点。 设计曝气生物滤池，分别采用底泥陶粒、对照陶粒和颗粒活性炭作为生物膜载体进行配制废水处理试验，经比较发现当进水CODcr浓度在85.81mg/L～171.76mg/L、NH3-N在7.28mg/L～37.04mg/L时，底泥陶粒对CODcr和NH3-N的平均去除效率为64.75％和96.17％，充分说明底泥陶粒作为曝气生物滤池载体的可行性。 文中还采用三个曝气生物滤池对上海天山污水处理厂的出水进行了强化处理，发现出水NH3-N基本能在1mg/L以内，去除率比较高且运行稳定，CODcr的平均去除率约为46.60％，不仅能够提高城市污水处理厂达标率，而且出水CODcr、NH3-N均能达到回用水相关标准，表明了其在城市污水回用上的可行性。