生物沥滤改性制备污泥基生物炭及其吸附铅、镉可行性研究

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随着我国社会经济的高速发展,城市污水处理过程产生的剩余污泥量逐年剧增,但污泥存在的脱水性能差和潜在的重金属风险造成污泥的资源化利用困难。本研究针对市政污泥难脱水和潜在的重金属超标问题,以污泥浓缩池的市政污泥为研究对象,展开污泥脱水性、重金属离子去除、生物炭的制备及作为吸附剂吸附水中重金属等研究,为市政污泥的处理及资源化利用提供新的思路和理论基础。以市政污泥为原料,以生物沥滤的方法对其进行预处理和活化,通过单因素试验设计,制备生物沥滤后污泥基生物炭,并对其进行了表征,研究其对Pb(II)、Cd(II)的吸附性能,探讨吸附机理。现详述如下:(1)生物沥滤以FeSO4为底物,通过控制底物浓度和生物沥滤时间,作为污泥基生物炭改性处理。当FeSO4底物浓度为6 g/L,生物沥滤时间为72 h时,市政污泥的污泥比阻从1.92×1013下降到0.26×1013,生物沥滤实验结束时Pb、Zn、Cu、Ni、Cd、Cr的去除率分别为61.48%、85.36%、87.01%、90.47%、81.57%和71.78%。实验证明,生物沥滤方法能有效提高市政污泥的脱水率同时降低污泥中重金属离子的含量。(2)通过单因素试验得到生物沥滤后污泥基生物炭的最佳制备条件为:煅烧温度500 oC,煅烧时间2 h,秸秆的添加比20%。表征分析结果:电镜分析结果显示原料经过改性以后明显有孔结构增加的现象;X射线衍射分析表明铁以Fe2O3的形式存在;红外光谱分析表明生物沥滤后污泥基生物炭内含有酚羟基、羧基、羟基、内酯基和酚基。(3)生物沥滤后污泥基生物炭处理含Pb(II)废水的最佳pH值为5;投加量0.1g;25 oC下,20 h达到平衡;动力学拟合表明:准二级动力学拟合的效果比较好;Langmuir方程可以很好的表达吸附过程,25 oC、35 oC、45 o C下,吸附量分别为30.68 mg/g、39.95mg/g和43.93 mg/g,吸附过程为吸热反应,是热力学自发进行;生物沥滤后污泥基生物炭对Pb(II)的吸附有含碳官能团C=O和C=C参与吸附。(4)生物沥滤后污泥基生物炭处理含Cd(II)废水的最佳pH值为6,投加量为0.1 g,25 oC下,16 h达到平衡;准二级动力学拟合效果最好。Langmuir对附过程的拟合更好,25 oC、35 oC和45 oC下,最大吸附量分别为19.82 mg/g、28.58 mg/g和32.29 mg/g,吸附过程为吸热反应,是热力学自发进行。在吸附Cd(II)的过程中O-H、C=O和C=C参与了吸附过程。
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