鐵活化污泥基吸附劑的制備及對水中污染物去除效能研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TU992.3 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號：628.3 密級：公開 工學(xué)博士學(xué)位論文 工學(xué)博士學(xué)位論文 鐵活化污泥基吸附劑的制備及對水中污染物去除效能研究 博 士 研 究 生 ： 陽 昕 導(dǎo) 師 ： 許國仁 教授 申 請 學(xué) 位 ： 工學(xué)博士 學(xué)

2、 科 ： 市政工程 所 在 單 位 ： 市政環(huán)境工程學(xué)院 答 辯 日 期 ： 2016 年 10 月 授予學(xué)位單位 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘 要 摘 要 污水污泥是污水處理過程的副產(chǎn)物，產(chǎn)量巨大且成分復(fù)雜，污泥處理逐漸引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。利用熱解技術(shù)將污水污泥轉(zhuǎn)化為碳基固體材料，可實(shí)現(xiàn)污泥的無害化和資源化處理。本文主要研究以硫酸鐵作為活化劑，通過熱解將污水污泥制備為鐵活化污泥基吸附劑，并將其用于去除水中重金

3、屬離子、磷酸鹽和抗生素等污染物和實(shí)際生活污水。 首先考察在鐵活化污泥基吸附劑的制備過程中，制備條件對材料理化性能的影響。當(dāng)熱解溫度從 200°C 增加至 850°C 時(shí)，吸附劑產(chǎn)率從 90%降低至40%左右，主要是由于揮發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)和和含碳物質(zhì)的氣化導(dǎo)致。活化劑和干污泥質(zhì)量比的增加也會(huì)造成樣品產(chǎn)率的降低，而升溫速率和終溫停留時(shí)間對產(chǎn)率的影響較小。較高的質(zhì)量比和熱解溫度有利于吸附劑亞甲基藍(lán)吸附值和碘值的增加。提高升溫

4、速率和延長終溫停留時(shí)間對亞甲基藍(lán)和碘的吸附有促進(jìn)作用。鐵鹽活化劑的存在能夠促進(jìn)污泥的熱解進(jìn)程，有利于污泥中有機(jī)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生豐富的孔隙結(jié)構(gòu)并在熱解過程生成鐵的化合物。鐵活化污泥基吸附劑以中孔為主，比表面積隨熱解溫度升高而增加，最大值在 750°C 時(shí)獲得；隨著活化劑與干污泥質(zhì)量比的增加，吸附劑比表面積呈先增加后降低的趨勢，在 0.5 時(shí)達(dá)到最大，比表面積從 2.3 增加至 126.9 m2/g。提高升溫速率和延長熱

5、解時(shí)間可促進(jìn)樣品比表面積和孔隙的發(fā)展。隨著熱處理溫度的提高，吸附劑的表面官能團(tuán)逐漸分解，吸附劑中 C、H 和 O 元素含量降低，吸附劑的極性也隨熱解溫度的增加而降低，而芳香度增加。 鐵活化污泥基吸附劑對Pb(II)離子、磷酸鹽和四環(huán)素的吸附動(dòng)力學(xué)過程符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型，熱力學(xué)參數(shù)表明Pb(II)離子在吸附劑上的吸附均為自發(fā)的放熱過程，而污泥基吸附劑對磷酸鹽和四環(huán)素的吸附為自發(fā)的吸熱過程。鐵活化污泥基吸附劑對Pb(II)離子和磷酸鹽的吸

6、附過程符合Langmuir吸附等溫模型，F(xiàn)reundlich吸附等溫模型可較好的描述吸附材料對四環(huán)素的吸附行為。鐵活化可使吸附劑對Pb(II)離子、磷酸鹽和四環(huán)素的吸附容量分別增加了0.18、20.4和68.6倍。 鐵活化污泥基吸附劑對Pb(II)離子的去除機(jī)理主要為離子交換、表面絡(luò)合和化學(xué)沉淀；鐵活化能夠促進(jìn)污泥基吸附劑比表面積和孔體積的增加，為Pb(II)離子的去除提供較多的活性位點(diǎn)，吸附材料中鐵的氧化物水解后可與Pb(II)離子發(fā)