开封市污水处理厂污泥中重金属分析及改性污泥吸附Cr(Ⅵ)研究

【摘要】：随着我国经济发展和城市化进程的加快，生活污水的排放量和处理比例也快速增加。污泥作为城市污水处理的副产物，其排放量也相应的迅速增长，关于污泥中污染物的分析测定、污泥的处理和处置问题已成为当今环境工程领域的重要研究内容。 本文以开封市西区和东区两座城市污水处理厂的剩余污泥为实验材料（编号分别为A、B），采用三种电热板消解体系（HNO3-HF-HClO4，王水-HClO4，H2O2-HNO3-HCl）和两种微波消解体系（H2O2-王水，H2O2-王水-HF）消解，利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）重点测定了污泥中Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn等11种重金属的含量，并对5种消解方法进行分析比较，实验结果表明，5种消解方法都能较准确地检测出污泥样品中的重金属含量。H2O2-王水-HF微波消解体系可实现对污泥中重金属的充分溶解，对样品中Cu、Pb、Cr、Ni的回收率可达96%-104%，相对标准偏差(RSD)为0.16%-3.48%。该方法具有精密度好、准确度高、耗酸量少、操作安全简便等优点，适用于污泥中重金属的分析测定。A、B两种污泥中重金属含量较高的是Fe、Ba，而Cu、Zn、Pb、Cd、Ni的含量均低于CJ/T309-2009标准控制限值。 采用化学试剂分布提取法（Tessier法）来研究两类污泥中重金属的形态，并评估其生物有效性和相关环境效应。实验结果表明，A、B污泥中Ba、Fe均以残渣态为主，不易被生物吸收利用，环境危害较小；Cu、Cr、Pb、Ni、Zn、Mn以有机结合态为主，属于潜在有效态，在一定条件下能造成环境的污染；Mn、Ni、Pb少部分以可交换态存在，其中Mn、Ni、Pb的生物有效态分别占25.21%、26.56%、26.81%，易在生物中富集吸收，环境危害性较大。 利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）结合盐酸双重活化对西区污水处理厂的污泥改性，制备了改性吸附剂，通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、比表面积测定仪（BET）等手段对改性前后污泥结构的变化进行了表征和分析。FTIR的分析结果可知，CTAB的离子基团成功嫁接到污泥结构中；BET比表面积分析结果显示，污泥改性后总比表面积略有增大。用改性污泥吸附六价铬模拟废水，实验结果表明，Cr(VI)初始浓度为20mg·L-1，溶液初始pH值为2.0，吸附反应时间为30min，吸附剂的投加量为8g·L-1，吸附反应温度为25℃时，Cr(VI)的去除率可达到91%以上。 在实验控制的温度和浓度范围内，改性污泥对Cr(VI)的吸附过程能更好的符合Langmuir吸附等温模型，相关系数达到0.9991，吸附是以单分子层吸附为主。准二级动力学方程拟合结果中相关系数达到0.9990，且得到的qe的实验值9.64mg·g-1接近于理论值9.68mg·g-1，能更好的描述改性污泥对Cr(VI)的整个吸附过程，且吸附过程是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。由改性污泥对Cr(VI)的吸附热力学分析可知，△G0均小于零，说明吸附是可以自发进行的；吸附焓变△H0及吸附熵变△S0均为负值，说明吸附过程为放热反应，且吸附发生后整个体系的混乱程度减小了。 【关键词】：污泥 重金属分析 改性 吸附
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 污泥简介11-12
• 1.1.1 污泥的来源及分类11
• 1.1.2 污泥的组成及性质11-12
• 1.2 污泥中重金属的分析方法12-14
• 1.2.1 污泥的消解方法12-13
• 1.2.2 重金属形态分布的分析方法13
• 1.2.3 重金属含量的测定方法13-14
• 1.3 污泥的处理及资源化利用途径14-15
• 1.3.1 污泥的传统处理方法14
• 1.3.2 污泥的资源化利用途径14-15
• 1.4 改性污泥吸附性能研究进展15-17
• 1.4.1 热活化法改性污泥15-16
• 1.4.2 酸改性污泥16-17
• 1.4.3 其他方法改性污泥17
• 1.5 研究的背景、意义及内容17-19
• 1.5.1 研究背景及意义17-18
• 1.5.2 主要研究内容18-19
• 参考文献19-25
• 第二章 开封市污水处理厂污泥中重金属分析25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验试剂和仪器26
• 2.3 实验方法26-28
• 2.3.1 样品的采集及预处理26
• 2.3.2 不同消解方法分析测定污泥中重金属含量26-28
• 2.3.3 污泥中重金属的总量测定28
• 2.3.4 污泥中重金属形态分布含量的测定28
• 2.4 结果和讨论28-36
• 2.4.1 检测方法及分析条件的选择28-29
• 2.4.2 不同消解方法测定污泥中重金属含量的比较29-32
• 2.4.3 污泥中重金属含量及形态分析32-36
• 2.5 本章小结36-38
• 参考文献38-41
• 第三章 CTAB 改性污泥吸附废水中六价铬41-61
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验试剂和仪器42
• 3.3 改性污泥吸附剂的制备与表征42-46
• 3.3.1 改性污泥吸附剂的制备42
• 3.3.2 污泥改性前后的表征与分析42-46
• 3.4 改性污泥吸附六价铬模拟废水实验研究46-56
• 3.4.1 模拟含铬废水的配制和标准曲线的绘制46
• 3.4.2 吸附实验方法46
• 3.4.3 改性污泥吸附 Cr(VI)影响因素的探讨46-51
• 3.4.4 改性污泥吸附 Cr(VI)的吸附等温线分析51-53
• 3.4.5 改性污泥吸附 Cr(VI)的动力学分析53-55
• 3.4.6 改性污泥吸附 Cr(VI)的热力学分析55-56
• 3.5 本章小结56-58
• 参考文献58-61
• 第四章 结束语61-63
• 4.1 主要研究结论61-62
• 4.2 需要进一步研究的内容62-63
• 硕士期间发表论文63-65
• 致谢65-66

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