城市污水污泥中重金属的物化浸提及其形态研究

论文摘要

随着我国城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。大多数城市污泥都含有丰富的有机物、氮磷等营养元素,具有重新利用的价值,但由于污泥中除含有丰富的养分外,或多或少都含有重金属,限制了污泥的资源化利用。因此,如何有效移除重金属是解决污泥处理处置和资源化利用的关键性问题。本论文以哈尔滨太平污水处理厂的压滤间污泥为研究对象,对移除其中的六种重金属的化学方法及其影响因素进行实验研究,并且通过微波和超声强化手段,对前面实验所确定的复合试剂的浸提影响做强化对比实验,在优选微波和超声的时间和功率条件下,通过红外光谱和荧光光谱辅助分析对微波强化和超声强化复合试剂影响污泥重金属的形态分布做分析研究。通过设计正交实验结果的极差分析得出,对于浸提过程中的影响因素影响程度,浸提剂种类的影响程度最大,其次是浸提时间和固液比。对于酸类浸提污泥中重金属过程,pH值是重要的影响因素,浸提效果随着pH值的升高而降低。对于无机酸酸化过程,在pH为0—2之间的移除效果十分显著。低分子量有机酸在浓度为0.1mol/L的时候浸提率趋于稳定最大值,且草酸的浸提效果优于其它实验中低分子量有机酸。高分子量有机酸在浓度为0.1mol/L时浸提率普遍趋于稳定最大值,且HEDTA的浸提效果优于其它实验中高分子量有机酸。固液比对浸提剂的浸提重金属的效果主要影响在传质的影响,在实验范围内的最佳浸提固液比为1:50（g/mL）。在浸提时间为8h条件下,各种金属达到较好的浸提效果。复合试剂正交实验结果表明复合试5的组成在pH为3.5,草酸浓度10mmol/L,HEDTA浓度为75 mmol/L,硝酸铵浓度为2 mmol/L时达到各重金属平均浸提率最高值67.35%。微波对复合试剂有能量强化作用,对复合试剂的浸提效果有一定提高,但对各金属的影响效果有所差异,在实验范围内,最佳的微波作用时间为13min,最佳的微波作用功率为539W。超声对复合试剂浸提过程有协同作用,在实验范围内的中间值中取得最佳效果,时间为660s,功率为125W时,达到最理想协同效果。重金属的形态对于浸提剂对其的浸提效果有很大的影响,并且经过复合试剂的浸提后又改变了污泥中重金属的形态分布。从实验中看来,有机结合态的百分比下降,离子交换态-碳酸盐结合态比例有所增加。对于T-SEP每一步浸提,微波和超声强化所产生对污泥的影响都是有所差异的,主要表现为对有机基团的影响,及对胞外聚合物成分类蛋白、富里酸、腐殖酸的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 污泥处置利用现状及重金属污染风险的国内外研究进展
• 1.2.1 污泥处置利用的国外发展现状
• 1.2.2 污泥处置利用的国内发展现状
• 1.2.3 污泥土地利用中重金属的污染特点
• 1.3 污泥重金属非化学法处理技术的国内外研究进展
• 1.3.1 生物修复法移除污泥重金属研究进展
• 1.3.2 电动修复移除污泥重金属研究进展
• 1.3.3 超临界流体萃取法移除污泥重金属研究进展
• 1.4 污泥重金属化学方法处理技术研究国内外研究进展
• 1.5 本研究的目的意义及研究内容
• 1.5.1 目的意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 材料与方法
• 2.1 污泥样品的采集与处理
• 2.2 污泥中重金属的物化浸提方法
• 2.2.1 单一因素影响污泥重金属浸提效果的实验方法
• 2.2.2 复合试剂以及强化复合试剂的浸提效果的实验方法
• 2.2.3 污泥性质与重金属形态分布相关性实验方法
• 2.2.4 污泥重金属的总量测定
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 常规分析测试方法
• 2.3.2 电感耦合等离子体原子发射光谱测定浸出液重金属浓度
• 2.3.3 分子荧光光谱仪测定浸出液荧光物质
• 2.3.4 傅立叶变换红外光谱仪测定污泥有机基团
• 第3章 单一因素对污泥重金属的浸提效果影响
• 3.1 正交实验
• 3.1.1 正交实验结果与分析
• 3.1.2 浸提率的正交试验因素水平趋势
• 3.2 浸提剂种类及浓度对污泥重金属浸提率的影响
• 3.2.1 无机酸类浸提剂对污泥重金属浸提率的影响
• 3.2.2 低分子量有机酸类浸提剂对重金属浸提率的影响
• 3.2.3 高分子量有机酸类浸提剂对重金属浸提率的影响
• 3.3 固液比对浸提污泥中重金属的影响
• 3.3.1 采用不同固液比对浸提剂的浸提重金属效果的影响
• 3.3.2 固液比对各种重金属的浸提效果的影响
• 3.4 浸提时间对浸提污泥中重金属的影响
• 3.4.1 采用不同浸提时间对浸提剂的浸提重金属效果的影响
• 3.4.2 浸提时间对各种重金属的浸提效果的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 复合试剂及强化复合试剂浸提污泥重金属
• 4.1 复合试剂正交实验结果分析
• 4.2 微波强化复合试剂浸提污泥重金属
• 4.2.1 微波时间对污泥重金属浸提效果的影响
• 4.2.2 微波功率对污泥重金属浸提效果的影响
• 4.2.3 微波功密度对污泥重金属浸提效果的影响
• 4.3 超声强化复合试剂浸提污泥重金属
• 4.3.1 超声时间对复合试剂浸提污泥重金属的影响
• 4.3.2 超声功率对复合试剂浸提污泥重金属的影响
• 4.3.3 超声功密度对复合试剂浸提污泥重金属的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 污泥性质与重金属形态变化相关性的研究
• 5.1 复合试剂强化提取对污泥中重金属形态的影响
• 5.1.1 原始污泥中重金属形态分布
• 5.1.2 复合试剂强化浸提后的污泥中重金属形态分布
• 5.2 复合试剂强化浸提污泥傅立叶变化红外光谱（FTIR）特性
• 5.2.1 T-SEP 前污泥的红外光谱特性
• 5.2.2 T-SEP 提取重金属离子交换态后污泥的红外光谱特性
• 5.2.3 T-SEP 提取重金属碳酸盐结合态后污泥的红外光谱特性
• 5.2.4 T-SEP 提取铁锰氧化结合态后污泥的红外光谱特性
• 5.2.5 T-SEP 提取重金属有机结合态后污泥的红外光谱特性
• 5.3 复合试剂强化浸提污泥三维荧光光谱（3DEEMs）特性
• 5.3.1 T-SEP 提取有效态浸提液的三维荧光光谱特性
• 5.3.2 T-SEP 提取重金属铁锰氧化态浸提液的三维荧光光谱特性
• 5.3.3 T-SEP 提取重金属有机结合态浸提液的三维荧光光谱特性
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢