论文部分内容阅读
水体污染一直是备受人们关注焦点,其中重金属污染物及水体富养化离子处理一直是水处理方面的重点问题。与此同时,造纸污泥作为水处理过程中产生的固体废物,具有有机物含量高、微生物复杂、含水率高等特点,目前主要的处理方式有卫生填埋、焚烧、农田利用等,处理不当容易造成二次污染,并且卫生填埋和焚烧处理均会加重环境的负担。近年来以造纸污泥、河道底泥等为原料,制备滤水陶粒的研究逐渐增多,污泥陶粒虽然可以使污泥得到充分的资源化利用,但以污泥为原料的陶粒污泥掺量普遍不高。本文以造纸污泥为主要原料,制备功能吸附陶粒,探讨功能吸附陶粒改性条件和改性后对重金属离子的吸附效果以及富养化磷离子的去除效果,并探究其吸附机理。本论文的主要研究成果如下:(1)以造纸污泥、膨润土、碳酸钙、硅酸钠为原料,辅以少量铁粉,以水为溶剂,利用手动成球的方法,控制陶粒的粒径<5 mm,用烧结的方法制得滤水陶粒(TL530)。通过正交实验,得到TL530的最佳制备工艺为造纸污泥:膨润土:碳酸钙:硅酸钠(质量比)=5:3:1:1,以15℃/min的升温速率升至450℃预热25 min,在以10℃/min的速率升至1000℃烧结20 min,随后自然冷却,既可得到比表面积为11.43 m2·g-1、强度为90 N的污泥滤水陶粒。并且其重金属析出率均符合国家标准。(2)将TL530利用2.5 mol/L的Na OH溶液改性6 h,制得用于Cu2+吸附的改性陶粒(GTL)。随着GTL投加量的增加,Cu2+去除率(R)先增加后逐渐趋于平衡,吸附容量逐渐下降,R的最大值为98.13%,在投加量为0.25 g/L时,Cu2+的去除率还和p H值有关,随着p H的增大,GTL对Cu2+的吸附效果越好,故后期试验尽量将p H值控制在5-6之间。吸附平衡时间在8 h左右。GTL对Cu2+的吸附符合Langmuir方程,表明这属于单分子层吸附。其机理主要表现为化学吸附,因为经过Na OH溶液改性制备的GTL含有丰富的羟基官能团,Cu2+与羟基可以形成稳定的络合物,通过化学键固定在GTL上,进而达到去除Cu2+效果。(3)利用1 mol/L的硝酸溶液对TL530进行改性8 h,可以制得对Pb2+有较好吸附效果的改性陶粒(PBL)。通过调剂模拟污水的p H值,我们得知Pb2+的去除率随p H值得升高而升高,在p H=5时得到最佳去除效果,去除率为96.76%,此时确定后续实验时PBL的投加量为5 g·L-1,p H值控制在5。动力学实验证明,选择浓度为100 mg?L-1的Pb2+溶液时,控制陶粒的浓度为5 g·L-1,在293 K,p H为5的条件下,PBL对Pb2+的吸附能力随着温度的增加而增加,并且该过程是一个符合准二级动力学模型的吸热过程。为了探究PBL吸附Pb2+的机理。通过SEM,FTIR,XRD等试验证明,铅离子首先通过物理吸附(静电吸附作用)的方式与羟基结合吸附于PBL表面,再通过化学作用与PBL中的其他元素结合形成新的物质并稳定地吸附于PBL表面,在表面形成大量稳定的球状颗粒结构。(4)利用TL530对PO43-的吸附效果进行研究。随着投加量的增加,PO43-去除率逐渐增加后趋于平衡达到97.85%。动力学实验证明,选择浓度为10 mg?L-1的磷溶液时,控制陶粒的浓度为400 mg·L-1,在293K,p H为6的条件下,TL530对磷离子的吸附能力随着温度的增加而增加,并且该过程是一个符合准二级动力学模型的吸热过程。通过SEM,FTIR,XRD等试验证明,磷酸根离子首先通过物理吸附(静电吸附作用)的方式吸附与TL530表面,然后通过化学作用与TL530中的其他元素结合形成新的物质,稳定地吸附于TL530表面,在表面形成大量稳定的球状颗粒结构。本实验成功制备了性能优良的用于吸附磷酸根离子的TL530(磷去除率高达97.85%),用于磷吸附时,其最小添加量为磷溶液的40倍当量(最大吸附容量达到6.04 mg·g-1)。这表明TL530可以应用于污水处理等领域。