给水厂污泥颗粒制备及其对城市地表径流重金属的控制

发布时间：2020-04-14 19:16

【摘要】：城市地表径流中所携带的重金属等污染物在降雨冲刷作用下进入城市水体,对城市水环境造成严重危害。如何有效去除城市地表径流中的重金属对保护城市水环境具有重要意义。给水厂脱水污泥具有较高的比表面积,可对地表径流中的重金属吸附去除。但是,给水厂污泥呈块状、易于板结,作为吸附填料工程应用时易导致设施渗透速率下降,加快设施堵塞而降低设施使用寿命,难以实现径流重金属的长久去除及污泥的资源化利用。因此,本研究拟通过研发制备一种给水厂污泥颗粒实现给水厂污泥稳定颗粒化,阐明其对重金属的吸附性能和吸附机理,并考察其作为填料应用时对模拟径流雨水中重金属的去除效果。针对给水厂污泥的工程应用难题,采用粘土与给水厂脱水污泥混合粘结的方法制备了一系列不同质量比的污泥颗粒,并考察水力冲刷散失率、铝溶出量和对重金属的吸附效果等多重因素,最终确定了泥土比(污泥和粘土的质量比)为1:2的污泥颗粒为备用给水厂污泥颗粒。利用扫描电镜、比表面积测定、X射线衍射及红外光谱等方法对制备所得污泥颗粒进行表征。结果显示,污泥颗粒表面粗糙多孔,比表面积为24.5261m~2/g、孔隙0.08cm~3/g;主要由Si、Al、Fe等元素组成,表面含丰富的活性基团。通过静态实验考察污泥颗粒对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附-解吸行为,结果表明:污泥颗粒对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附去除率随反应时间及初始浓度的增加而增大;准二级动力学方程及Langmuir等温方程可以更好地描述污泥颗粒对四种重金属离子的吸附过程,说明污泥颗粒对四种重金属离子的吸附为单分子层化学吸附;污泥颗粒对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程为吸热的熵增反应,温度越高越有利于吸附反应自发进行;对Pb~(2+)的吸附过程为放热的熵减反应,温度越低越有利于反应自发进行。污泥颗粒对四种重金属离子的吸附去除率随pH值的升高而增大,在pH=4~5时,污泥颗粒对四种重金属离子的吸附去除效果最好;四种重金属离子共存时,污泥颗粒可优先吸附Cu~(2+),对四种重金属离子的吸附顺序为:Cu~(2+)Pb~(2+)Cd~(2+)Zn~(2+),主要吸附机理为静电吸引、羟基取代、表面络合。污泥颗粒对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的脱附率随时间的增加而增大,在300min左右达到最大值;随溶液pH值增加,污泥颗粒对重金属离子的脱附率逐渐减小,pH=2时,脱附效果较好;污泥颗粒对四种重金属离子有较好的循环吸附性能,吸附-解吸3次之后对各重金属的去除率仍保持在75%以上。模拟降雨考察给水厂污泥颗粒作为填料应用时对城市地表径流雨水重金属的去除效果,结果表明:装置对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除率随重现期和降雨间隔的增大而减小,随降雨历时和填料深度的增加而增大;装置装填给水厂污泥颗粒后对重金属的去除效果优于装填传统介质的装置。污泥颗粒中已积蓄的Cu、Zn、Pb、Cd可释放出来,温度越高释放量越大;降雨重现期越大释放量越大,降雨历时越长释放量越大。但,在各影响因素下,给水厂污泥颗粒中重金属的释放量均小于惰性填料。
【图文】：

图 2-3 给水厂污泥粉末与颗粒外观图Figure 2-3 The appearance image of power and granular sludge from water supply plants（a）给水厂污泥颗粒粉末 （b）给水厂污泥颗粒2）SEM-EDAX 分析利用扫描电镜与 X 射线能谱仪观测给水厂污泥颗粒表面形貌像及其元素，结果如图 2-4、2-5 所示。图 2-4 中 (a)、(b)、(c)、(d)分别代表污泥颗粒放00、5000、20000、50000 倍的电镜扫描图；图 2-5 为污泥颗粒的元素组成(a) (b)(c) (d)

第 2 章 给水厂污泥颗粒制备及表征图 2-3 给水厂污泥粉末与颗粒外观图igure 2-3 The appearance image of power and granular sludge from water supply pl（a）给水厂污泥颗粒粉末 （b）给水厂污泥颗粒SEM-EDAX 分析用扫描电镜与 X 射线能谱仪观测给水厂污泥颗粒表面形貌像及其果如图 2-4、2-5 所示。图 2-4 中 (a)、(b)、(c)、(d)分别代表污泥颗5000、20000、50000 倍的电镜扫描图；图 2-5 为污泥颗粒的元素组(a) (b)(a)(b)
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X52

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本文编号：2627618