污泥吸附剂的制备及应用研究

论文摘要

以城市污水厂生化活性污泥及剩余污泥和石化污水厂剩余污泥为原料，采用化学活化法制备了用于污水处理的吸附剂，并对其进行了物化性质表征。结果表明活化剂ZnCl2与H2SO4浓度均为5mol·L-1、固液比为1：2.5、热解温度和时间分别为550℃和2h的条件下，制备的吸附剂性能最好；在投加量为0.5％的条件下，活性污泥吸附剂对废水COD、总磷及色度的去除率分别为63.2％、98.3％和87.5％；流速为20mL·h-1时动态吸附穿透时间为12h，加热法再生2次后穿透时间为10h；在投加量为0.05％的条件下，石化污泥吸附剂对含油废水含油去除率为94.3％；等温吸附过程可用Freundlich模型描述。 城市污水厂剩余污泥采用热解法制备了烟气脱硫吸附剂，并进行了物化性质表征。结果表明在原料粒径为0.1cm～0.5cm、N2流量为30L·h-1、热解温度和时间分别为550℃和1h的条件下，制备的吸附剂性能最好；在SO2入口浓度2021.38mg·m-3、O2含量12％、气体流速和温度分别为4.25m·min-1和40℃的模拟烟气条件下，污泥吸附剂的脱硫效率为75.3％，吸附容量为8.68mg·g-1，水洗法再生2次后，脱硫效率下降至66.2％，吸附容量为6.25mg·g-1；在SO2入口浓度2021.38mg·m-3、O2含量12％、H2O（g）含量12％、气体流速4.25m·min-1和温度60℃的条件下，脱硫效率为85.1％，吸附容量为12.20mg·g-1，再生2次后，脱硫效率下降至76.2％，吸附容量为10.36mg·g-1；干态下污泥吸附剂对SO2吸附主要为物理吸附，水蒸气存在时以化学吸附为主，化学吸附效果好于物理吸附；固定床吸附模型的预测值与实验结果较好吻合。 对城市污水厂剩余污泥采用浸渍碳酸钠溶液或负载金属氧化物的方法进行改性制备烟气脱硫吸附剂。结果表明同时负载5％MnO2和5％MgO的吸附剂性能最好；在SO2入口浓度2021.38mg·m-3、O2含量12％、H2O（g）含量12％、气体流速2.13m·min-1和温度60℃的条件下，污泥吸附剂的脱硫效率为93.7％，吸附容量为99.3mg·g-1；水蒸气存在时，复合氧化物的协同作用促进了对SO2的化学吸附；氨溶液再生2次后污泥吸附剂的脱硫效率为93.0％，吸附容量为84.4mg·g-1。 对改性污泥吸附剂的制备进行了初步工艺设计，并核算了原材料成本，结果表明其具有较好的经济性和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩写符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 污水厂污泥处置现状
• 1.2.1 污泥的产生及分类
• 1.2.2 污泥的基本性质
• 1.2.3 污泥的传统处置方法及其弊端
• 1.2.4 污泥资源化利用
• 1.3 污泥制备吸附剂的研究进展
• 1.4 污泥吸附剂应用状况进展
• 1.4.1 污泥吸附剂在污水处理中的应用研究进展
• 1.4.2 污泥吸附剂在烟气脱硫中的应用研究进展
• 1.5 吸附法烟气脱硫的理论基础
• 1.5.1 吸附机理概述
• 1.5.2 吸附中的有效脱附
• 1.5.3 吸附热力学
• 1.5.4 吸附动力学
• 1.6 本课题研究目的和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究的主要内容
• 参考文献
• 第二章 污泥吸附剂的制备及其在污水处理中的应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验设备及仪器
• 2.2.2 实验原料及试剂
• 2.2.3 污泥吸附剂的制备
• 2.2.4 污水吸附实验
• 2.2.5 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 制备的吸附剂的性质
• 2.3.2 制备的影响因素的实验研究
• 2.3.3 吸附剂性质表征
• 2.3.4 复配活化剂活化过程分析
• 2.3.5 污泥吸附剂在污水处理中应用
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 热解法污泥吸附剂的制备及其在烟气脱硫中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验设备及仪器
• 3.2.2 实验原料及试剂
• 3.2.3 污泥吸附剂的制备
• 3.2.4 烟气脱硫实验
• 3.2.5 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 制备的吸附剂的性质
• 3.3.2 制备影响因素研究
• 3.3.3 吸附剂性质表征
• 3.3.4 污泥吸附剂吸附法烟气脱硫
• 2在污泥吸附剂上的吸附机理及吸附动力学研究'>3.4 SO₂在污泥吸附剂上的吸附机理及吸附动力学研究
• 3.4.1 吸附机理的研究探讨
• 3.4.2 吸附动力学
• 3.5 吸附热力学与吸附模型研究
• 3.5.1 吸附热力学
• 3.5.2 固定床吸附模型
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 改性污泥吸附剂的制备及其在烟气脱硫中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验设备及仪器
• 4.2.2 实验原料及试剂
• 4.2.3 改性污泥吸附剂的制备
• 4.2.4 烟气脱硫实验
• 4.2.5 吸附剂脱附再生法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 浸渍碳酸钠溶液对污泥吸附剂脱硫性能的影响
• 4.3.2 负载二氧化锰对污泥吸附剂脱硫性能的影响
• 4.3.3 负载氧化镁对污泥吸附剂脱硫性能的影响
• 4.3.4 负载复合金属氧化物对污泥吸附剂脱硫性能的影响
• 4.4 负载复合金属氧化物的污泥吸附剂吸附机理研究
• 2-H₂O与Mn-H₂O体系性质'>4.4.1 SO₂-H₂O与Mn-H₂O体系性质
• 2作用机理分析'>4.4.2 过渡金属氧化物与SO₂作用机理分析
• 2作用机理分析'>4.4.3 碱土金属氧化物与SO₂作用机理分析
• 4.4.4 EDS分析
• 4.4.5 XPS分析
• 4.4.6 傅里叶红外光谱分析
• 4.4.7 热分析
• 4.5 吸附动力学
• 4.6 吸附热力学
• 4.6.1 确定等温吸附方程
• 4.6.2 吸附热的测定
• 4.7 固定床吸附模型
• 4.8 本章小结
• 参考文献
• 第五章 污泥制备烟气脱硫吸附剂的初步工艺设计
• 5.1 引言
• 5.2 污泥吸附剂的制备
• 5.2.1 工艺流程
• 5.2.2 控制系统
• 5.2.3 各阶段处理工艺参数
• 5.2.4 工艺设备
• 5.3 经济分析
• 5.4 工业前景展望
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 下一步工作的建议
• 致谢
• 攻读博士学位期间主要科研成果