污泥基生物炭的制备及其氮磷吸附性能的研究

发布时间：2018-01-22 03:09

  本文关键词： 污泥 热解 污泥基生物炭 改性 吸附剂 氮磷吸附　出处：《江南大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本文以市政脱水污泥为原料,采用热解碳化方法制备污泥基生物炭,并对其理化性质和氮磷吸附性能进行了表征。本文主要分为两大部分,第一部分主要为污泥热解条件的探究,首先采用单因素实验确定了适合本实验所用污泥的最佳热解条件;并将发酵产酸后的污泥残渣热解制备生物炭(FSBC),脱水污泥热解制备的生物炭(SBC)以及商业活性炭(CAC)进行比较,考察污泥在厌氧发酵前后制备的生物炭的物理性质及其氨氮、总磷吸附情况。第二部分为污泥基生物炭的改性,为了提高污泥基生物炭的吸附性能与理化性质,分别向污泥中掺杂不同比例的粉煤灰与玉米秸秆,分析无机与有机物的添加对污泥热解制备生物炭的影响,同时找出最佳添加量。最后针对污泥基生物炭的回收率低、不能重复利用的缺点,对SBC进行磁性改性。主要研究结果如下:(1)研究确定了污泥的最佳热解条件:热解温度700℃,热解时间120 min。在此条件下得到的污泥基生物炭的比表面积最高,为75.04 m2/g,孔体积可达0.12 cm3/g。制备得到的SBC的碘吸附值与亚甲基蓝吸附分别为540.51 mg/g,10.47 mg/g;(2)说明了污泥发酵有利于生物炭孔隙结构的发展。研究发现污泥发酵后制备的生物炭孔体积、比表面积均高于未发酵污泥制备的生物炭。模拟污水实验结果表明,三者对氨氮的吸附情况为CACFSBCSBC;总磷的去除能力为FSBCSBCCAC,污泥发酵组的氮磷吸附能力明显优于未发酵组。实际污水实验结果显示,三者的氨氮和总磷去除率情况均为CACFSBCSBC,CAC对总磷的去除率可达31%,FSBC为27%,而CAC、FSBC对氨氮的去除率则分别为7%和4%。FSBC与CAC对总磷和氨氮的去除率相差不大,表明FSBC作为低成本的氮磷吸附剂,有很大的应用潜力。(3)确定了污泥与粉煤灰的最佳配比。当污泥与粉煤灰的比重为1:1时,氨氮吸附值为28.20 mg/g,总磷吸附值为26 mg/g,远高于SBC。粉煤灰的确提高了SBC的氮磷吸附能力,但是其添加也降低了生物炭的SBET、亚甲基蓝吸附值,这是因为粉煤灰的添加降低了污泥中有机质的比重,在热解过程中不利于生物炭孔隙的发展。将粉煤灰的主要成分单独添加到污泥中制备生物炭,发现添加Fe2O3、Al2O3、CaO组的物理性质均高于SBC,表明铁铝钙氧化物在污泥热解中起催化作用。阳离子交换量以及吸附结果表明氧化铁、氧化钙能明显的促进生物炭的CEC和氮磷吸附性能。(4)发现了秸秆的添加会促进生物炭孔隙的发展。当污泥:秸秆(干重)=2:1时,产物的物理性质最佳,SBET可达157.52 m2/g,亚甲基蓝吸附值也能达到14.80 mg/g。秸秆的添加提高了污泥中有机质的含量,两者在热解过程中具有协同效应,共同促进了生物炭孔隙的发展。在模拟污水和实际污水的实验中,SSBC-2对氨氮表现出良好的吸附效果,吸附值达到12.29 mg/g。模拟污水实验中,SSBC-5对总磷的吸附效果最佳,为10.76 mg/g,对于实际污水中氮、磷的吸附,SSBC-2的氮、磷去除率最高,尤其是氨氮去除率高达65.37%。(5)证实了磁化改性方法三的效果最好。磁化改性实验中,产物的SBET、孔体积分别增大到100.68 m2/g、0.20 cm3/g,MBC-3的磁饱和强度最高,可达24.26 emu/g。铁盐附着生物炭中不断侵蚀生物炭孔壁,极大地促进了孔结构的生长,也提高了生物炭的磁性能。在模拟污水实验中,磁性生物炭对氨氮的吸附情况为MBC-3MBC-2MBC-1SBC;对总磷的吸附趋势为MBC-1MBC-2MBC-3SBC。对于实际污水吸附,氮磷去除率均为MBC-3MBC-2MBC-1SBC,MBC-3氮磷去除率分别为68.70%,17.74%。用磁棒将吸附后的磁性生物炭进行回收,回收率均能达到70%以上,MBC-3的回收率最高,达到86.5%。
[Abstract]:In this paper , the sludge - based biochar was prepared by using municipal dewatered sludge as raw material , and its physical and chemical properties and adsorption properties of nitrogen and phosphorus were characterized . The results showed that the best pyrolysis conditions of activated sludge were determined by single factor experiment . The results showed that the removal rate of ammonia nitrogen and total phosphorus was higher than that of unfermented sludge . ( 3 ) The optimum ratio of sludge to fly ash is determined . When the specific gravity of the sludge and fly ash is 1 鈭，

本文编号：1453455