铁基污泥生物炭活化过硫酸盐处理难降解有机废水的研究

发布时间：2020-09-01 19:47

　　 本论文的目的是利用市政污泥为原料制备性能优良的过硫酸盐(PS)活化剂,用于难降解废水的处理,以求“以废治废”。难降解废水可生化性差,近年基于PS的高级氧化技术对其的处理被大量报道。市政污泥经过热解工艺后的固体残渣污泥生物炭(Sludge-derived Biochar,SDBC)被大量报道能够高效吸附有机污染物。市政污泥则被报道含有一定量的Fe,暗示了SDBC可能作为经济性高的PS活化剂,活化PS通过降解途径去除有机污染物,同时实现市政污泥的资源化利用。本研究制备了 SDBC,新颖地利用SDBC活化PS去除有机污染物对氯苯酚(4-CP)。研究进一步利用污泥本身具有的Fe离子原位添加NaBH4负载零价铁制备了 ZVI-SDBC提高体系效率,以及为便于磁性分离,采取先共沉淀后热解的“一锅法”负载Fe3O4制备了磁性SDBC(MSDBC-1),并将二者应用于PS体系去除模型化合物AO7。另外,作者选择了 7种常见阴离子验证SDBC/PS体系在实际应用中对阴离子影响的抵抗性。最后,研究选取了生活垃圾卫生填埋场渗沥液MBR出水作为实际废水验证SDBC/PS对其处理效果。经过以上研究得到的主要结果与结论如下:(1)SDBC成功活化了 PS,且其强大的吸附能力富集了表面污染物,促进了4-CP的降解。SDBC活化PS的主要活性成分为SDBC中常见的不定形Fe(Ⅱ)而非前人报道的持久性自由基,活化过程为非均相路径,且三次回用效率保持很好,几乎没有Fe的浸出,二次污染小。体系降解4-CP的pH依赖性极低,且主要自由基为SO4.-;(2)ZVI-SDBC的表征结果显示部分Fe被转化为Fe0,且ZVI-SDBC表现出较SDBC更高的PS活化能力。不同于SDBC/PS体系,ZVI-SDBC主要通过缓慢释放Fe~(2+)的均相路径活化PS,Fe~(2+)在A07的去除中起到重要作用。该体系在酸性条件下效率更高。ZVI-SDBC在回用实验中表现出明显低于SDBC的稳定性,但较前人研究的大部分ZVI/PS体系稳定性更高;(3)作者对比了 MSDBC-1与先热解后共沉淀制备的MSDBC-2。表征结果显示两种方法均成功负载Fe3O4于生物炭表面,且磁性能够达到分离要求。但MSDBC-2表面Fe3O4团聚明显且部分堵塞了 SDBC原有的孔径,MSDBC-1表面Fe与C物质之间形成更稳定的Fe-O-C化学键,且Fe均匀分布于生物炭的颗粒表面以及内部。分步消解实验与降解实验中Fe的浸出结果进一步确认了 MSDBC-1的稳定性,且MSDBC-1的可回用性令人满意。在MSDBC/PS体系的应用中,MSDBC-1表现出较MSDBC-2更高的活化PS的活性;(4)SDBC/PS去除4-CP的体系中,:NO3-和SO42-对体系的效率影响极低。HCO3-、CO32-和H2PO4-则对4-CP的去除表现出明显的抑制作用且抑制作用排序为H2PO4-HCO3-CO32-。Cl-和Br-在低浓度时(PS初始浓度的1-10倍)对体系展现促进作用。虽然大部分阴离子显示了抑制作用,但即使阴离子浓度达到PS初始浓度的200倍,4-CP的降解反应仍然在进行,显示了 SDBC/PS体系对阴离子影响具有一定的抵抗性。(5)在处理渗沥液MBR出水的实验中,SDBC/PS体系展现出较高的TOC与氨氮去除效率,且MBR出水的可生化性提升明显。酸性条件轻微有利于该体系对TOC的去除,但轻微不利于对氨氮的去除。综合上述结论,本研究为采用SDBC活化PS处理难降解有机废水提供了新思路,初步验证了 SDBC/PS体系在实际应用中的前景。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X703
【部分图文】：

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本文编号：2810184