基于双层双阳极装置的电动去除和回收城市污泥中重金属的研究

摘要

随着中国经济的飞速发展和城镇化进程的不断加快，我国城市污泥的产量也迅猛增加。城市污水中部分工业废水的汇入，导致城市污泥中积累了一定量的重金属，如果不对污泥中重金属进行去除或回收，不仅将严重影响着污泥农用、堆肥、焚烧、填埋等后续处置方法的应用，还会造成金属资源的极大浪费和经济损失。本文着眼于未来工业应用，采用自行研发设计的双层双阳极装置，利用乙二胺作为螯合剂来强化去除和回收城市污泥中的重金属，并对阴极沉淀产物进行表征，以期探索工业上可行的城市污泥重金属的去除和回收技术。
　　(1)在综合分析研究现状、了解已有电解装置局限的基础上，自行设计制作了双层双阳极电动试验装置，新装置能显著提高污泥中重金属的去除效率，且单次处理量大。预试验表明，新装置的污泥处理量由原来的2.5L提升到了9L;Cu的去除率由原来的67.64％上升到了76.02％，Pb的去除率由原来的57.79％上升到了60.23％，Zn的去除率由原来的87.51％上升到了89.13％。
　　(2)电动去除和回收城市污泥中重金属的试验表明，综合考虑去除效果和经济效益，本试验确定的最佳电流密度为1.2 mA/cm2。三组试验中，Zn、 Cu的最终去除率随电流密度的增加而增大，而Pb、Cr的去除率却随着电流密度的增加先减小后增加。
　　(3)乙二胺协同电动去除和回收城市污泥中重金属的试验表明:1）乙二胺的添加可以强化污泥中各重金属的捕集和去除效果。2）乙二胺与污泥的体积比(V乙二胺/V污泥)为0.06时为最佳电流密度(1.2 mA/cm2)下的最佳添加比。3）在电解过程中Cu、Pb、Cr三种含量较小的重金属之间并不存在相互竞争关系，或者不存在明显的竞争关系，三种金属与Zn存在一定的竞争关系。
　　(4)阴极沉淀产物的表征结果显示，混合物中主要含有Zn、Fe、Cu、Cr、Na、Ca、 K、Mg、Pb等9种金属元素和Si、 Cl、S等3种非金属元素，且含量大小依次为Zn＞Fe＞Cu＞Cr＞Na＞Ca＞K＞Si＞Mg＞Pb＞ Cl＞S。烘干后的阴极沉淀中最可能含有ZnO、ZnS、CuS、CuO、PbS、PbO2和KCrO2等物质，其中Zn可能主要以ZnO和ZnS的形式存在，Cu可能主要以CuO和CuS的形式存在，Cr可能主要以KxCrO2的形式存在，而Pb可能主要以PbS和PbO2的形式存在。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 立题依据

1．2 我国城市污泥的主要特点

1．3 我国城市污泥处理处置现状

1．4 城市污泥的组成、来源分类及基本性质

1．4．1 污泥的来源与分类

1．4．2 污泥的构成

1．4．3 污泥的基本性质

1．5 城市污泥处理研究进展

1．5．1 污泥的减量化

1．5．2 污泥的无害化

1．5．3 污泥的稳定化

1．5．4 污泥的资源化

1．6 城市污泥中重金属去除和回收方法的研究进展

1．6．1 化学法

1．6．2 生物法

1．6．3 电动修复法

1．7 城市污泥中重金属去除和回收装置的研究

1．8 本课题研究的主要内容

2 双层双阳极电解装置

2．1 设计背景

2．2 装置结构

2．3 装置创新点

2．4 装置效果预备试验

3 材料与方法

3．1 试验装置与材料

3．1．1 电解装置

3．1．2 试验用仪器

3．1．3 试验用试剂

3．1．4 试验用污泥

3．1．5 试验用其他材料

3．1．6 标准溶液及土样

3．2 分析方法

4 电动去除和回收城市污泥中重金属的研究

4．1 试验方法

4．2 电动处理过程中污泥和阴极pH值的交化

4．2．1 阴极液pH值的变化

4．2．2 污泥pH值的变化

4．3 电动处理过程中电压的变化

4．4 电动修复过程污泥中重金属含量的变化

4．5 小结

5 乙二胺协同电动去除和回收城市污泥中重金属的研究

5．1 试验方法

5．2 电动处理过程中污泥和阴极pH值的变化

5．2．1 阴极液pH值的变化

5．2．2 污泥pH值的变化

5．3 电动处理过程中电压的变化

5．4 电动修复过程污泥中重金属的捕集去除率

5．4．1 重金属Zn的捕集去除效果

5．4．2 重金属Cu的捕集去除效果

5．4．3 重金属Pb的捕集去除效果

5．4．4 重金属Cr的捕集去除效果

5．5 小结

6 阴极区重金属沉淀物的表征

6．1 X射线荧光光谱(XRF)分析

6．2 X射线衍射(XRD)分析

6．3 小结

7 结论和展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 不足和展望

参考文献

作者简介

论文发表及专利申请情况