利用剩余污泥处理重金属废水的研究

论文摘要

随着工农业生产的迅速发展和城市化进程的加快,大量重金属离子排放到环境中,使水污染问题越来越严重,引起环境和生态恶化。作为污水生化处理产物的剩余污泥,其产量急剧增加,一方面任意堆放占用大量土地并可能造成二次污染,另一方面污泥中的大量有益成分不善加利用又造成资源浪费。生物吸附法作为新兴的一种水处理方法,以其原料来源丰富,品种多,成本低,吸附设备简单,易操作,速度快,选择性好,尤其是使用生物吸附剂处理低浓度重金属废水去除效果好,并且可以回收贵重金属等特点,引起了国内外大量研究人员的重视,具有广阔的发展前途和应用前景。利用剩余污泥作为生物吸附剂吸附含重金属废水,特别是重金属浓度低于100 mg/L的废水,达到以废制废的目的。本课题研究了利用剩余污泥处理重金属废水,在pH值、吸附时间、污泥投加量、温度、重金属离子初始浓度和预处理等方面研究了剩余污泥的生物吸附性能,并对剩余污泥进行了SEM、FT-IR及重金属形态分析,初步揭示剩余污泥去除重金属机理。研究结果表明:（1）废水的初始pH值是影响剩余污泥吸附Cr（Ⅵ）的重要因素,适宜pH值为1.0～2.0;吸附是一个快速过程,适宜吸附时间为30 min;在pH值为1.0,污泥投加量为8 g/L,30℃吸附30 min,对50 mg/L Cr（Ⅵ）废水的去除率可达99.65%;在20～60℃污泥吸附不受温度影响;用Langmuir和Freundlich等温吸附模型描述了污泥对Cr（Ⅵ）的吸附结果;剩余污泥经强酸、强碱以及有机溶剂预处理后,Cr（Ⅵ）的去除率均在99%以上。扫描电子显微镜（SEM）显示吸附前后污泥的形貌变化不明显,能谱仪（EDS）分析显示污泥中元素含量发生变化。剩余污泥经FT-IR分析,-COOH,-OH和-NH2等活性基团参与了废水中Cr（Ⅵ）的去除。（2）剩余污泥对重金属废水中Cu2+、Ni2+、Cr（Ⅵ）有良好吸附效果,且吸附是一个动态快速的过程。温度不影响污泥吸附重金属,而pH值、污泥投加量影响显著,剩余污泥对Cr（Ⅵ）的吸附性能高于Cu2+和Ni2+。（3）连续试验考察了废水初始浓度和pH值在不同时间内对去除率的影响。浓度越大,去除率越低,随着时间的延长,出水浓度逐渐上升。低pH值有利于Cr（Ⅵ）的去除。（4）Cr（Ⅵ）的浓度可通过Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）间的氧化还原反应及Cr（Ⅵ）的吸附得到降低。Cr（Ⅲ）的去除主要是形成氢氧化铬沉淀与胞外聚合物的吸附以及向细胞内的转移。剩余污泥生物吸附剂对Cr（Ⅵ）产生了还原作用,生成了大量的Cr（Ⅲ）。吸附后剩余污泥中铬的形态分布比较一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 环境中重金属的来源、危害与处理方法
• 1.1.1 重金属污染来源
• 1.1.2 重金属的危害及污染现状
• 1.1.3 传统处理方法
• 1.2 剩余污泥的产生与处置
• 1.2.1 剩余污泥的产生与分类
• 1.2.2 剩余污泥的危害
• 1.2.3 污泥处置概况
• 1.3 利用剩余污泥处理重金属废水技术现状及其研究进展
• 1.3.1 剩余污泥吸附法处理重金属废水
• 1.3.2 剩余污泥中微生物体对可溶性金属离子的同化吸收作用
• 1.3.3 生物转化处理重金属废水
• 1.3.4 生物混合基质对颗粒态金属的截留作用
• 1.4 研究背景及意义
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 研究内容
• 1.5.1 生物吸附剂制备及其性能的研究
• 1.5.2 剩余污泥富集废水中重金属离子的试验研究
• 1.5.3 剩余污泥处理重金属废水的机理探讨
• 1.5.4 剩余污泥处理含重金属废水工艺流程及参数确定的初探
• 2 实验材料与分析方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 试验污泥
• 2.1.2 试验用模拟废水
• 2.2 试验仪器与试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 重金属离子的测定
• 2.3.2 吸附试验方法
• 2.3.3 金属离子去除率、吸附能力计算方法
• 2.3.4 吸附热力学模型
• 2.3.5 扫描电镜生物样品的制备方法
• 2.3.6 红外光谱分析
• 2.3.7 污泥中重金属总量分析
• 2.3.8 污泥中重金属的形态提取
• 3 剩余污泥处理重金属废水研究
• 3.1 不同污泥吸附剂吸附含Cr（Ⅵ）废水比较及制备方式研究
• 3.1.1 不同生物吸附剂的吸附量
• 3.1.2 生物吸附剂的制备
• 3.2 剩余污泥处理含铬废水的影响因素研究
• 3.2.1 pH值对剩余污泥处理含铬废水的影响
• 3.2.2 吸附时间对剩余污泥处理含铬废水的影响
• 3.2.3 污泥投加量对剩余污泥处理含铬废水的影响
• 3.2.4 作用过程中温度的影响
• 3.2.5 初始浓度对剩余污泥处理含铬废水的影响
• 3.2.6 等温吸附模型
• 3.2.7 预处理对剩余污泥处理含Cr（Ⅵ）废水的影响
• 3.2.8 小结
• 3.3 剩余污泥吸附铜、铬、镍的试验研究
• 3.3.1 pH对剩余污泥吸附重金属离子的影响
• 3.3.2 温度对剩余污泥吸附重金属离子的影响
• 3.3.3 时间对剩余污泥吸附重金属离子的影响
• 3.3.4 污泥投加量对剩余污泥吸附重金属离子的影响
• 3.3.5 剩余污泥吸附重金属离子热力学方程
• 3.3.6 小结
• 3.4 利用剩余污泥处理含铬废水的连续试验研究
• 3.4.1 反应器的选择
• 3.4.2 工艺流程的选取
• 3.4.3 连续试验考察
• 3.4.4 小结
• 4 剩余污泥除铬机理及废水中铬的迁移转化探讨
• 4.1 除铬机理
• 4.1.1 pH对Cr（Ⅵ）生物吸附的影响
• 4.1.2 吸附前后SEM/EDS分析
• 4.1.3 吸附前后污泥的红外光谱分析结果
• 4.1.4 Cr（Ⅵ）的去除机理
• 4.1.5 Cr（Ⅲ）的去除机理
• 4.2 废水中铬的迁移转化
• 4.2.1 吸附后溶液中残存离子的分析
• 4.2.2 剩余污泥中铬的形态分析
• 4.3 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 致谢