铁盐改性牡蛎壳回收剩余污泥中磷的研究

论文摘要

本研究以回收剩余污泥中的磷资源为目的,先将剩余污泥中的磷通过热解、酸解、热和酸联合作用释放出来,再以牡蛎壳和铁盐为原料制备除磷吸附剂,经过吸附-解吸过程进行磷的回收。主要考察了剩余污泥的特性及含磷量,加热、加酸、热和酸联合作用对剩余污泥中磷和金属溶出率的影响,牡蛎壳改性及其对含磷溶液中磷的吸附-解吸特性等。结果表明：剩余污泥中磷含量有较高,其含量与水源和处理工艺等密切相关,从剩余污泥中回收磷具有可行性。加热和加酸均能促进剩余污泥中磷的释放,但是二者联合作用时,剩余污泥中磷的释放效果更佳。在投加2%HCl条件下,当加热温度由50℃升高至80℃时,污泥中PO43--P释放率由30.4%提高到84.1%,提高了1.8倍；TP释放率由36.3%提到98.0%,提高了1.7倍。不管是热处理还是酸处理抑或二者联合处理时,从剩余污泥中释放出的磷均以PO43--P为主,尤其是酸处理时PO43--P所占比例更高。热和酸联合作用时污泥中的金属溶出率也比较高,主要因为热和酸联合作用时,细胞壁被酸腐蚀,胞内和胞外的金属和磷都释放到液相中所致。铁盐改性牡蛎壳要比原始牡蛎壳具有更大的比表面积,孔容率,铁盐的浓度和铁盐种类都对改性牡蛎壳的吸附除磷能力有影响。铁盐含量为14%的改性牡蛎壳对磷的去除率为99.87%。改性牡蛎壳比表面积为16.955m2/g,孔容率为0.01969cm3/g,孔径为3.870nm。改性牡蛎壳对磷的平衡吸附量受溶液pH,初始磷浓度,温度的影响,其吸附等温线符合Langmuir方程；吸附动力学曲线能较好的吻合准二级动力学模型。吸附饱和的改性牡蛎壳可以在HCl溶液中解吸再生,在2.5%HCl溶液中解吸1h后,解吸率达到99.97%,HCl解吸液可以多次解吸,经过8次重复解吸后,溶液中磷浓度为37.3g/L解吸率仍在85%以上,改性牡蛎壳经过四次吸附-解吸,其再生率降为76.82%。向多次解吸富集磷的HCl溶液中投加CaCl2进行磷回收,结果表明污泥消解液中磷的回收率在90%以上。表明将剩余污泥消解,用改性牡蛎壳吸附-解吸磷,从而实现磷的回收具有可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 引言
• 1 综述
• 1.1 磷污染与水体富营养化
• 1.1.1 水体富营养化形成原因及危害
• 1.1.2 水体中磷的来源与存在形式
• 1.1.3 富营养化的防治与治理措施
• 1.2 剩余污泥
• 1.2.1 剩余污泥的性质与现状
• 1.2.2 剩余污泥主要处理处置技术
• 1.3 磷回收的必要性
• 1.3.1 磷的重要性
• 1.3.2 磷的稀缺性
• 1.4 磷的去除与回收方法
• 1.4.1 污水中磷的去除方法
• 1.4.2 污水污泥中磷的回收方法
• 1.5 研究课题的提出及研究内容
• 2 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 材料来源
• 2.1.2 实验试剂与仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 剩余污泥特性考察
• 2.2.2 剩余污泥中磷及金属释放条件考察
• 2.2.3 吸附剂的制备
• 2.2.4 铁盐改性牡蛎壳吸附除磷等温线
• 2.2.5 吸附热力学考察
• 2.2.6 吸附动力学研究
• 2.2.7 pH对改性牡蛎壳吸附除磷的影响
• 2.2.8 吸附剂解吸实验方法
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 实验测定及分析方法
• 4^<sub>3--P及TP标准曲线'>2.3.2 PO₄^<sub>3--P及TP标准曲线
• 3 剩余污泥特性分析
• 3.1 剩余污泥产量与工艺分析
• 3.2 剩余污泥主要组成成分
• 3.3 剩余污泥含水率和pH
• 3.4 剩余污泥磷含量及有机质含量
• 3.5 剩余污泥金属含量
• 3.6 本章小结
• 4 剩余污泥中磷释放效果研究
• 4.1 温度对污泥释磷效果的影响
• 4.2 无机酸对污泥释磷效果的影响
• 4.2.1 无机酸浓度及种类对释磷效果的影响
• 4.2.2 无机酸投加方式对释磷效果的影响
• 4.3 热和酸联合作用对污泥释磷效果的影响
• 4.4 本章小结
• 5 剩余污泥中金属溶出效果研究
• 5.1 加热时污泥中金属溶出率
• 5.2 加酸时污泥中金属溶出率考察
• 5.3 热和酸联合作用对污泥中金属溶出率考察
• 5.4 本章小结
• 6 铁盐改性牡蛎壳对剩余污泥消解液中磷回收的考察
• 6.1 吸附剂的SEM表征及BET分析
• 6.2 吸附剂吸附除磷影响因素考察
• 6.2.1 铁盐含量及其铁盐种类对改性牡蛎壳吸附除磷的影响
• 6.2.2 pH对吸附剂吸附除磷的影响
• 6.2.3 初始磷浓度对吸附剂吸附除磷的影响
• 6.2.4 反应温度对吸附剂吸附除磷的影响
• 6.3 吸附剂吸附除磷等温线考察
• 6.4 吸附剂吸附除磷动力学特征
• 6.5 解吸液浓度及解吸平衡时间的考察
• 6.6 解吸液重复利用效果的考察
• 6.7 吸附剂多次吸附解吸性能考察
• 6.8 吸附剂对剩余污泥消化液中磷回收的考察
• 6.9 磷回收工艺确立
• 6.10 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢