槐糖脂优化污泥重金属电动修复与电渗排水的试验研究

摘要

我国每年产生大量的城市污泥，由于其含水率十分高，且含有大量难降解的有机物、重金属、病原微生物等有害物质，若不加处理，将造成严重的土地资源浪费和土壤的二次污染。电动法作为一种高效、环保的污染土壤修复方法，在促进重金属离子迁移去除的同时，还能加速固结排水，具有广泛的应用前景。为了提高修复效果，学者们尝试在电动修复试验中添加络合剂进行优化，但其生物毒性和高昂成本一直制约着此法的推广应用。
　　本文从合理、经济、绿色的角度出发，利用生物表面活性剂槐糖脂强化污泥修复和排水效果，优化电极布置形式、槐糖脂浓度、试验电压三个试验变量，揭示槐糖脂作用机理，并与常用的生物表面活性剂鼠李糖脂、络合剂柠檬酸进行对比，探寻一种更为有效的污泥综合处理方法。通过研究，本文主要得出以下结论:
　　(1)电极板上下布置相较于左右布置在重金属迁移去除和污泥排水上均有更好的表现，但均匀性不如左右布置。重力排水量仅为电渗排水的十分之一，且重金属迁移缓慢。针对可异位处理的实际工程，建议采用电极板上下布置形式。
　　(2)槐糖脂对重金属迁移去除和污泥排水都有一定的促进作用。试验后污泥阳极区Zn、Cu、Cd去除率随着槐糖脂浓度的增大而提高，综合考虑排出液中重金属含量监测结果，槐糖脂浓度取0.1％～0.125％为宜。此外，较高浓度的槐糖脂不利于电渗排水，槐糖脂浓度为0.1％时表现最佳。
　　(3)电压对污泥处理效果有较大的影响。增大电压可以促进重金属离子的迁移与去除，但并非越高越好。Zn、Cu、Ni在40V电压(初始电势梯度为2.0V/cm)时阳极去除率最高，而Cd在50V电压（初始电势梯度为2.5V/cm）时去除效果更佳。此外，电压越大，单位能耗也越多，而累计排水量呈先增加后减小的趋势。
　　(4)槐糖脂促进重金属电动修复主要是通过离子交换、络合反应、增溶增流，以及羧基、羟基等官能团的作用;在污泥电渗排水中，槐糖脂主要扮演了降低表面张力，破坏EPS，使部分结合水转化成容易去除的自由水的角色，从而改善污泥脱水性能。
　　(5)单独比较槐糖脂、鼠李糖脂、柠檬酸三种试剂，槐糖脂对Zn、Cd的去除效果比鼠李糖脂好，对Cu、Ni的去除效果则不如鼠李糖脂，柠檬酸可以降低中部重金属积聚效应。比较排水效果，槐糖脂和柠檬酸相较于鼠李糖脂表现更优。
　　(6)生物表面活性剂与柠檬酸的复配溶液能够在一定程度上促进重金属的迁移。针对Zn、Cd含量高的污泥处理推荐采用槐糖脂或配合使用柠檬酸，而对于Cu、Ni则推荐鼠李糖脂与柠檬酸的复配溶液。若工程对排水效果也有要求，则不推荐鼠李糖脂及其与柠檬酸的复配溶液。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 城市污泥重金属去除技术研究进展

1．2．1 城市污泥中重金属分布及存在形态

1．2．2 城市污泥中重金属处理方法

1．3 络合剂优化电动修复研究进展

1．3．1 电动修复基本原理

1．3．2 常用络合剂优化电动修复研究现状

1．3．3 生物表面活性剂优化电动修复研究

1．4 表面活性剂对污泥电渗脱水的影响研究

1．4．1 污泥电渗脱水研究

1．4．2 表面活性剂调理对污泥脱水的影响

1．5 本文的主要研究工作和技术路线

1．5．1 本文主要研究工作

1．5．2 本文技术路线

第2章 电极板布置形式与槐糖脂对污染污泥处理的影响

2．1 引言

2．2 试验方案

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验装置

2．2．3 试验设计

2．2．4 试验监测

2．3 试验结果与分析

2．3．1 排出液中重金属含量

2．3．2 污泥土样中重金属迁移

2．3．3 累计排水量与排水速率

2．3．4 电流密度与单位能耗系数

2．3．5 含水量分布

2．3．6 容许承载力

2．4 讨论

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 试验方案

3．3 试验结果与分析

3．3．1 排出液中重金属含量

3．3．2 污泥土样中重金属迁移

3．3．3 累计排水量与排水速率

3．3．4 电流密度与单位能耗系数

3．3．5 含水量分布

3．3．6 容许承载力

3．4 槐糖脂作用机理探讨

3．4．1 重金属迁移

3．4．2 污泥脱水

3．5 本章小结

第4章 生物表面活性剂与有机酸及其复配溶液对污泥处理的影响

4．1 引言

4．2 试验方案

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验设计

4．3 试验结果与分析

4．3．1 排出液中重金属含量

4．3．2 污泥土样中重金属迁移

4．3．3 累计排水量与排水速率

4．3．4 电流密度与单位能耗系数

4．3．5 含水量分布

4．3．6 容许承载力

4．3．7 污泥微观分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 研究总结

5．2 进一步的工作建议

参考文献

作者简历和科研成果