【摘 要】
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水体富营养化是一个全球性环境问题,水中的磷是主要诱因,因此废水除磷是一个令人关切的问题,近年来采用吸附法除磷成为研究热点。随着经济的发展,我国污泥产量逐年增加,其合理处理处置成为难题。本文选择污水厂的脱水污泥为基材料制备吸附剂吸附废水中的磷,希望提供一种有效的除磷剂并将污泥进行资源化利用,达到以废治废的目的。本次研究采用两种方法改性:一种是采用花生壳为增碳剂,氯化锌为活法剂,污泥与花生壳共热解制备
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水体富营养化是一个全球性环境问题,水中的磷是主要诱因,因此废水除磷是一个令人关切的问题,近年来采用吸附法除磷成为研究热点。随着经济的发展,我国污泥产量逐年增加,其合理处理处置成为难题。本文选择污水厂的脱水污泥为基材料制备吸附剂吸附废水中的磷,希望提供一种有效的除磷剂并将污泥进行资源化利用,达到以废治废的目的。本次研究采用两种方法改性:一种是采用花生壳为增碳剂,氯化锌为活法剂,污泥与花生壳共热解制备花生壳-污泥生物炭(Peanut shell-sludge biochar,PS-SBC),并采用壳聚糖(Chitosan,CS)为骨架材料包裹PS-SBC制备花生壳-污泥炭-壳聚糖凝胶球(Peanut shell-sludge carbon-chitosan gel ball,PS-SBC-CS)方便回收利用;另一种采用CS包裹氯化镧改性污泥炭(Sludge carbon,SBC)制备镧改性污泥炭-壳聚糖凝胶球(Lanthanum modified sludge carbon-chitosan gel sphere,La-SBC-CS)。研究上述改性材料对磷的吸附性能,探讨p H值、温度、吸附剂投加量、磷浓度、吸附时间、共存离子等因素对材料吸磷性能的影响,并对球状吸附剂进行脱附再生实验,研究其回收利用性能。采用多种表征方法对吸磷性能及回收性能均较好的La-SBC-CS进行表征,深入探讨材料吸磷机理,此外,进行La-SBC-CS的动态吸附柱实验,研究吸附剂填充高度(H)、进水磷浓度(C0)及进水流速(Q)等运行参数对吸磷的影响,为La-SBC-CS应用于实际废水处理提供数据支持。主要结论如下:(1)通过单因素及正交实验探究SBC及PS-SBC的制备条件。SBC的最佳制备条件为600℃热解110min;PS-SBC的最佳制备条件为氯化锌质量分数25%,泥壳比=2.5:1,在450℃下热解80min。SEM及EDS对二者进行表征可以看出改性后的PS-SBC比SBC表面孔隙要大且表面引入锌元素。(2)由PS-SBC静态吸磷实验得出:碱性条件下PS-SBC对磷的吸附性能较好,通过等温吸附模型及热力学模型拟合可知,PS-SBC吸磷过程符合Langmuir模型,吸附为自发进行的均相单层吸附,是一个吸热过程,其理论饱和吸附量约为87.10mg/g。PS-SBC吸磷性能较好但其吸磷性能受C5H7O5COO-、HCO3-、CO32-的影响较大且不能回收利用。(3)通过PS-SBC-CS吸磷实验可知:在p H=3时PS-SBC-CS吸磷性能最好,PS-SBC-CS的吸磷过程是化学吸附为主的单相均匀吸附,其饱和吸附量约为63.85mg/g。PS-SBC-CS与PS-SBC相比吸磷量降低,但是回收利用性好,采用0.5mol/L Na OH为脱附液进行5次脱附再生表明PS-SBC-CS与PS-SBC相比有很好的循环再生性能。(4)La-SBC-CS是一种除磷性能较好且回收性能优异的吸附材料,在p H值为3~5的条件下,La-SBC-CS吸磷性能较好。La-SBC-CS对磷亲和性高,基本不受其它共存离子的影响,稳定性好,其饱和吸附量为81.54mg/g。通过SEM、XRD、FTIR分析可知,La-SBC-CS上负载的镧主要以La(OH)3的形式存在,吸磷后表面出现球体络合物,其吸磷机理主要为静电作用下的外球体络合及配体交换的内球体络合。(5)由La-SBC-CS的动态吸磷实验得到H的升高与穿透时间及耗竭时间成正比,而C0与Q的增加与穿透时间成反比;即H增加或Q降低,可以提高La-SBC-CS对磷的吸附量与去除率,C0增大虽可以提高材料对磷的吸附量但除磷率降低。BDST模型及Yoon-Nelson模型均能很好的拟合La-SBC-CS的动态吸磷过程。(6)La-SBC-CS对模拟废水的动态吸磷过程表明,运行参数的合理设置有利于延长吸附柱穿透时间提高除磷效率,将La-SBC-CS用于实际废水除磷有良好的研究前景。
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