污泥/磷尾矿生物炭对多环芳烃吸附性能研究

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随着污水处理量的增加,污水处理副产物污泥的处置问题一直以来都备受关注。污泥堆放占用大量土地资源。污泥中含有许多有毒有机微生物、腐殖质、重金属等物质,如不对其进行合理的处理,可能会导致各种环境问题。同样,磷尾矿作为磷矿开采过程中的固体废弃物,也急需适宜的处置和利用。以污泥为原料、磷尾矿为添加剂,制备具有吸附性能的污泥基生物炭,以多环芳烃为目标污染物开展相应研究,为固废资源化提供思路。本文以污泥和磷尾矿为原料,在不同磷尾矿添加量(0%、0.5%、1%、2%)和不同热解温度(300、500、700、800)下制备出16种生物炭,并对生物炭的基本性质指标(PH、CEC、电导率、产率、灰分、有机质、有机碳等)进行检测分析,通过生物炭对三种多环芳烃(菲、芘、苯并[a]芘)的吸附实验(单一吸附、竞争吸附、等温吸附、吸附动力学)探讨多环芳烃在污泥生物炭上的吸附机制,得出以下结论:(1)生物炭的灰分、有机碳、阳离子交换能力、p H值、比表面积、微孔体积随着热解温度的升高而增加,有机质、极性降低,升温使生物炭的理化性质趋于稳定。向污泥中添加适量磷尾矿有助于提高生物炭有机碳含量,提高生物炭表面活性,有利于增强生物炭的表面吸附作用,从而提高对多环芳烃的吸附率。相关实验数据表明,磷尾矿添加比为2%的生物炭对菲的吸附效果最好,添加1%的磷尾矿可以更好的吸附芘,添加量在0.5%以下时,生物炭能更好的吸附苯并[a]芘。(2)通过不同生物炭对三种多环芳烃的吸附结果分析可知,生物炭SP1-800的吸附性能佳,对菲、芘、苯并[a]芘的单一吸附率分别为98.41%、93.95%、93.46%,菲、芘、苯并[a]芘的复合吸附率分别为49.35%-61.77%、76.17%-73.38%、86.94-91.54%。两种多环芳烃共存时,多环芳烃之间存在竞争吸附,且多环芳烃分子结构越相似,竞争吸附差异越大。(3)低温制备的生物炭对多环芳烃的主要吸附机理为静电吸附作用和π-π共轭作用,高温生物炭吸附多环芳烃则主要是依靠孔隙填充作用、表面吸附(范德华力)作用、疏水作用。Freundlich模型和准二级动力学方程更适合描述生物炭对多环芳烃的吸附过程和行为,三种生物炭的1/n值在0.354-0.844之间。说明生物炭对多环芳烃的吸附主要是以多分子层化学吸附为主。
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