城市污泥中腐殖酸的提取工艺及其性能研究

发布时间：2018-01-15 03:04

  本文关键词：城市污泥中腐殖酸的提取工艺及其性能研究　出处：《郑州大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：本文以某大型污水处理厂污泥处置系统消化前、后两个工段排放的剩余活性污泥为原料,采用碱溶酸析超声波辅助提取工艺,提取污泥腐殖酸(HA),并对纯化后产品的性能进行分析研究。以HA提取率作为考察指标,考察泥碱比、活化剂用量、碱液浓度、提取温度、超声功率、提取时间以及酸析终点pH对HA提取效果的影响;以单因素实验中对提取效果影响较大的几个条件为因素,设计正交实验优化提取工艺,经验证得出:消化前HA最佳提取工艺为:NaOH浓度0.6 mol/L、超声时间10min、超声功率312.5W、酸析至pH=1.5,在此条件下,消化前HA的提取率为90.3%,HA质量分数为81.30%;消化后HA最佳提取工艺为:NaOH浓度0.3 mol/L、10%HCl加入量7.5mL,提取温度30℃,酸析至pH=2.5,此时消化后HA的提取率为92.3%,HA质量分数为83.12%。采用红外光谱、元素分析、扫描电镜、凝胶色谱、紫外-可见光谱以及凝聚限度分析,对纯化后两种HA产品性能进行研究。结果表明,两种HA均由C、H、O、N、S五种元素组成,结构中含有大量的酚羟基、醇羟基、硝基等芳香族和脂肪族化合物,消化前和消化后HA的重均相对分子量分别为27095和25156,与矿源HA相比,污泥HA含有的官能团种类更多,比如:肽键、磺基、醚键、酰胺等,分子量更小,因此污泥HA具有生化腐殖酸的表观特征。两种HA表面疏松粗糙,具有很大的孔隙度,此结构可以为吸附以及其他用途提供有利的空隙和通道。两种HA的紫外光谱是单调而无特征性的,只在210nm附近有一个来自于芳香结构的吸收峰。污泥HA与矿源HA相比,污泥HA分子中含有更多的芳香基团,而矿源HA则含有更多的脂肪链结构。消化后HA分子中的含氧官能团含量大于消化前HA以及以土壤和沉积物为原料提取的HA;经过微生物的厌氧消化过程,消化后HA的腐殖化程度较消化前的升高,性质也更稳定。两种HA的絮凝极限值分别为20.0 mmol/L和38.8 mmol/L,比较矿源HA,污泥HA对电解质具有更好的稳定性和更强的抗硬水能力。采用热重分析法(TG-DTG)对消化后污泥HA的热分解行为及动力学规律进行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa积分法、Kissinger最大速率法和?atava-?esták积分法对热分解的非等温数据进行分析。结果表明,污泥HA的热分解过程主要发生在473.15~773.15K,且分为两个阶段;第一阶段的热分解过程满足机理函数Avrami-Erofeev(n=3)方程,积分表达式为:G(α)=-ln (1-α),表观活化能E=168.718 kJ/mol,指前因子A=1.770×10 s;第二阶段的热分解满足机理函数Avrami-Erofeev(n=4)方程,积分表达式为:G(α)=-ln (1-α),表观活化能E=136.446 kJ/mol,指前因子A=4.295×10 s;同时也相应得出热分解过程两个阶段的Gibbs自由能变?G≠、焓变?H≠以及熵变?S≠的值,为污泥HA的进一步研究提供理论基础。通过静态吸附实验,系统考察了吸附剂投加量、Cu~(2+)初始浓度、pH值和温度对吸附性能的影响,得出污泥HA对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附剂用量10mg、pH4.0、吸附温度298K、吸附的平衡时间为40~50min。吸附动力学研究表明,污泥HA对Cu~(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型,且R20.99;随着Cu~(2+)初始浓度的增大,平衡吸附量升高,而吸附速率常数K值降低,达到吸附平衡所需要的时间增加。吸附热力学研究表明,污泥HA对Cu~(2+)的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,且吸附过程的?G0、?H0均小于零,?S0大于0,表明污泥HA对Cu~(2+)的吸附过程是一个自发、放热,且熵增的过程,低温有助于吸附反应的进行。
[Abstract]:The results showed that the optimal extraction conditions were as follows : NaOH concentration 0.3 mol / L , ultrasonic time 10 min , ultrasonic power 312.5 W , extraction temperature 30 鈩，

本文编号：1426475