剩余污泥衍生吸附剂的制备及性能表征

摘要

城市污水处理厂剩余污泥的处理处置是污水处理的重要环节，污泥若处理不好，污水处理厂的社会效益和环境效应将削减甚至抵消。随着武汉市污水量和污水处理厂的不断增加，预计武汉市污泥产量在未来几年中还将大量增长。污泥处理、处置已经成为武汉市环境综合治理工作中的新难点、新挑战。
　　 与众多污泥处理处置的方法相比，污泥制备吸附剂能达到污泥稳定化、无害化、资源化的目的。本论文对武汉市两座污水处理厂的脱水污泥制备吸附剂的影响因素及污泥衍生吸附剂的性能进行了初步研究，以碘吸附值（碘值）为评价指标，利用单因素实验和正交实验考察了活化剂浓度、活化温度、活化时间等主要因素的影响程度，并提出了最佳工艺组合条件。为提高吸附剂性能，杉木木屑作为含碳添加材料，与污泥混合制备吸附剂，吸附剂碘值增加明显，进一步通过Box-Behnken中心组合实验和响应曲面分析法预测了混合材料制备吸附剂的最佳条件。利用扫描电子显微镜(SEM)和全自动比表面积及孔径分布仪对以上三种材料制备的吸附剂进行了表征，测定了吸附剂对亚甲基蓝(MB)的吸附效果，并与商品活性炭进行了对比。主要研究结果如下:
　　 1、以龙王嘴污水处理厂污泥为原料，考察了活化剂种类、浸渍时间、活化温度、活化剂浓度、活化时间和液固比对污泥衍生吸附剂碘值的影响，结果表明氯化锌的活化效果和产率最佳。正交实验结果表明影响碘值的三个主要因素中，影响程度大小为:活化温度＞活化剂浓度＞活化时间，最佳制备条件为500℃、20％ZnCl2、90min。以沙湖污水处理厂污泥为原料，在制备条件各因素取值范围内，各因素对碘值的影响从大到小的顺序为:活化温度＞活化剂浓度＞活化时间＞液固比。最佳工艺组合条件为:活化温度为500℃，活化剂浓度为15％，活化时间为60 min，液固比为1.5∶1。
　　 2、与水稻秸秆、法国梧桐树皮相比，杉木木屑作为含碳添加材料能有效提高污泥衍生吸附剂碘值。以1∶2（质量比）的比例添加杉木木屑到龙王嘴污泥中，污泥衍生吸附剂的碘值随活化温度、活化时间、活化剂浓度、液固比等因素变化而变化的趋势与单一污泥的一致。应用Box-Behnken中心组合实验和响应曲面法回归分析得到混合材料吸附剂的碘值、亚甲基蓝吸附量和产率与活化剂浓度(A)、活化温度(B)、活化时间(C)三个变量的拟合方程。响应值为碘值时以二次拟合效果最好，而亚甲基蓝吸附量、产率与三因素则为线性关系。由各自方程得到相应的最佳制备条件，碘值最大时，活化剂浓度、活化温度和活化时间分别为33.7％、499℃、54.9 min;亚甲基蓝吸附量最大的制备条件为50％、496℃、134.7 min，最大产率的制备条件为34.9％、286℃、87.9 min。
　　 3、沙湖污水处理厂剩余污泥、龙王嘴剩余污泥及污泥—木屑三种材料制备的吸附剂的BET比表面积分别为175.96、326.54、647.77 m2/g。吸附亚甲基蓝染料的等温吸附数据与Langmuir模型有较好的拟合，25℃时最大吸附量分别达到65.26、46.66、80.38 mg/g;与Freundlich模型拟合的效果更好，Freundlich常数KF分别为2.35、12.35、29.74 mg/g。总体上，本论文的实验条件下，单一污泥制备的吸附剂性能较差;添加木屑能较大程度地改善吸附剂性能，但与商品活性炭仍有一定的差距。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 污泥的产生和特点

1．2 污泥的处理处置现状

1．2．1 国外现状

1．2．2 国内现状

1．3 利用污泥制备吸附剂的研究进展

1．3．1 污泥衍生吸附剂的制备

1．3．2 污泥衍生吸附剂的应用

1．4 研究意义与研究内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容与研究目的

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验装置及仪器

2．3 实验方法

2．3．1 实验材料性质分析

2．3．2 吸附剂制备方法

2．3．3 吸附剂性质分析

2．3．4 实验流程图

3 结果与讨论

3．1 污泥理化性质

3．2 龙王嘴污水处理厂污泥制备吸附剂

3．2．1 不同影响因素的初步分析

3．2．2 正交实验结果

3．3 沙湖污水处理厂污泥制备吸附剂

3．3．1 不同影响因素的初步分析

3．3．2 正交实验结果

3．4 添加植物材料制备吸附剂

3．4．1 植物材料及添加比例

3．4．2 热重分析

3．4．3 单因素实验

3．4．4 响应曲面法确定最佳工艺条件

3．5 结构表征及亚甲基蓝吸附

3．5．1 吸附剂结构表征

3．5．2 等温吸附线

4 结论及展望

参考文献

致谢