城市剩余污泥提取液沉淀低浓度稀土离子实验研究

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离子型稀土提取冶炼过程中极易产生大量低浓度稀土离子(可低至ppm级及以下)废水,难以有效处理,直接排放将对矿山周边土壤、水体造成严重污染,并造成稀土资源流失。沉淀法是离子型稀土提取过程中常用的有效分离稀土离子技术之一。剩余污泥是污水处理厂在净化污水处理过程中产生的一种副产物,富含多组分大分子有机物质,其含有大量腐殖酸、富里酸、蛋白质和多糖等物质,存在着与稀土离子结合的能力。论文针对赣州市某稀土厂的低浓度稀土废水特性,在前期采用臭氧协同超声波联合工艺溶胞破解剩余污泥制备提取液的基础上,将其作为稀土沉淀剂开展相关实验研究,考察了反应时间、体积比、搅拌速率、反应温度和混合液pH值等对沉淀率的影响,并初步分析了剩余污泥提取液沉淀分离稀土离子的分子机理。主要内容如下:(1)开展了臭氧协同超声波联合工艺溶胞破解剩余污泥的实验研究,结果表明:破解后的剩余污泥的含水率、SCOD、pH值、TS、多糖、蛋白质、腐殖酸和富里酸分别为91.4%、5088 mg·L-1、8.60、121.27 g·L-1、410.85 mg·L-1、176.30 mg·L-1、85.33 mg·L-1和276.35 mg·L-1。三维荧光光谱显示提取液主要成分是类腐殖酸类物质,主要囊括腐殖酸和富里酸。(2)开展了剩余污泥提取液沉淀稀土离子最佳沉淀条件的考察实验研究,结果表明:在反应时间60 min,剩余污泥提取液与低浓度稀土溶液体积比为1:1,搅拌速率100 r?min-1,反应温度25℃,混合液pH值为6.91的条件下,稀土沉淀率最高为95.39%。(3)开展了提取液与草酸和碳酸氢铵作为沉淀剂的对比实验研究,结果表明:在相同实验条件下,提取液沉淀低浓度稀土离子所产生的沉淀物量高于草酸和碳酸氢铵,所检测到的稀土离子沉淀率均在89%以上,且不会造成二次污染,同时提取液不与铝离子发生沉淀作用,整体性能最优。(4)采用XRF、XRD、SEM、EDS和FTIR等仪器,对提取液沉淀低浓度稀土离子获得的稀土沉淀物、沉淀前后上清液进行了检测分析,结果发现:稀土沉淀物中稀土元素比例较高,表明剩余污泥提取液确实能够有效沉淀分离低浓度稀土溶液的稀土离子。通过分析稀土沉淀物的结构、表面形貌及官能团等,推断出其属于无定型颗粒,不具备晶体的特征衍射峰。提取液沉淀低浓度稀土离子的分子机理可以初步推断为以腐殖酸为主的多组分有机物质通过网捕-吸附-离子交换等一系列物理化学作用,最终获得稀土沉淀物的过程。
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