论文部分内容阅读
近几十年来,环境中重金属污染的负荷与日俱增,我国的水体中重金属污染问题十分严重。吸附法是除去水体中重金属离子污染的一种重要方法,但由于传统吸附剂的价格、吸附能力以及后处理问题,传统的吸附法受到比较大的限制。剩余污泥是使用活性污泥法来处理城市污水时产生的废物,它造成的环境污染已经成为亟待解决的问题。剩余污泥是含有大量有机质,细菌,离子性化合物与胶体物质的固液混合物,它具有良好的重金属离子吸附能力。因此,利用剩余污泥此特征,将其制成具有良好重金属离子吸附能力,成本低廉的吸附剂对于剩余污泥的资源化具有重要意义。但剩余污泥自身在水中容易分散,直接作为吸附剂不便于实际应用。因此我们首先通过交联-改性的方法,将剩余污泥的机械强度提高,制成重金属离子吸附剂,并用来吸附污水中的重金属离子,以达到将剩余污泥资源化的目的。我们利用注射成型法,将剩余污泥制成规则的条形,然后使用环氧氯丙烷对剩余污泥条进行交联,获得了不仅对Cu2+具有吸附能力,而且拥有较好机械强度的重金属离子吸附剂ECS (epichlorohydrin cross-linking sewage sludge)。除此之外,我们还探索了影响ECS机械强度与对Cu2+吸附性能的各因素,其中包括环氧氯丙烷的使用量、催化剂NaOH的使用量以及交联过程的温度,实验结果证明,使用环氧氯丙烷对剩余污泥进行交联,能够大大提升剩余污泥的机械强度。为了提高ECS对Cu2+的吸附能力,我们使用氯乙酸对ECS进行羧甲基化,获得剩余污泥基重金属离子吸附剂CCS (carboxymethyl cross-linked sewage sludge), CCS是具有较好机械强度与高吸附能力的重金属离子吸附剂,它对Cu2+的最大吸附容量能够达到65mg/g。ECS 与 CCS 对 Cu2+的吸附反应动力学曲线很好的契合了pseudo-second order模型,说明ECS 与 CCS 对 Cu2+的吸附机制是离子交换。污泥吸附剂ECS与CCS除了能够吸附污水中的重金属离子之外,还能够吸附污水中的有机染料。为了更为全面的了解剩余污泥基吸附剂的吸附行为,我们研究了ECSi和CCS对有机染料物模型分子——次甲基蓝(MB)的吸附情况,研究发现,ECS与CCS不仅对次甲基蓝具有良好的吸附能力,并且其吸附时并不占用ECS与CCS上的Cu+吸附位点,这说明,ECS与CCS能够在高效吸附污水里的重金属离子的同时,吸附污水中的有机染料。实验证明ECS与CCS对MB的吸附过程分为两个阶段:第一个阶段为快速吸附期,位于0-24h之间,这是ECS与CCS表面的MB吸附位点在发挥作用;第二个阶段为缓慢吸附期,在吸附反应进行到24h以后,在此阶段,是ECS与CCS内部的MB吸附位点在发挥作用,而MB向ECS与CCS内部扩散的过程较为缓慢,所以使24h以后的吸附过程变的缓慢。为了解决CCS对Cu+吸附平衡时间过长的问题,改善其重金属离子动力学吸附特性,我们利用废弃的海带与剩余污泥混合,制得了新的混合型污泥吸附剂SKA-c (sewage sludge and kelp mixed type adsorbent),将S KA-c交联以后,我们获得了污泥吸附剂SKA-c-Gi与SKA-c-Ei,这两种重金属离子吸附剂不仅对重金属离子具有较高的吸附能力,并且具有较好的机械强度。相较于CCS, SKA-c-Gi与SKA-c-Ei具有更短的吸附反应平衡时间,制备工艺简单,成本更加低廉的特点。因此,我们自制的剩余污泥吸附齐(?)CCS、SKA-c-Gi与SKA-c-Ei均具有以下优点:较好机械强度,在水中不易松散;对重金属离子的高吸附能力;成本低廉,能够实现剩余污泥与废弃海带的资源化;操作工艺简单,方便工业应用。它们的制备均为剩余污泥的资源化提供了新的思路与方法。