城市污泥制备水中重金属吸附剂及其吸附特性研究

本实验利用城市污水厂的脱水污泥,通过化学活化法制备活性炭。研究活化温度、活化时间、固液比和活化剂浓度等因素对制备污泥活性炭的影响,确定氯化锌法制备污泥活性炭的最佳工艺为活化温度550℃、活化时间30 min、固液比1∶2、氯化剂浓度45%。将制备的污泥活性炭吸附Cu2+,Cr6+,Cd2+3种重金属离子模拟废水,研究pH值、吸附时间、污泥投加量、温度等因素对吸附过程的影响。实验结果表明,剩余污泥对Cu2+,Cr6+,Cd2+3种重金属离子都具有良好的吸附效果,在优化条件下,3种重金属离子去除率分别达到94%,76%,81%,吸附能力大小顺序为Cu2+Cd2+Cr6+。     

污泥基活性炭的制备、表征及其应用

以城市生活污水厂脱水车间污泥为原料,采用化学活化法(ZnCl2为活化剂)在活化剂浓度为45%、活化温度为600℃、浸渍温度为45℃、活化时间为50min条件下制备污泥基活性炭。对污泥基活性炭进行了孔结构、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、XRD等表征分析。结果表明:该条件下制备出的污泥基活性炭碘吸附值为427.51mg/g,比表面积为329.48m2/g,大孔、中孔、微孔容积分别为0.19,0.12,0.15cm3/g。平均孔径为3.953nm。将其应用于生活污水处理,考察了污泥基活性炭投加量、pH、吸附时间对其吸附性能的影响。     

污泥基活性炭去除水中重金属离子效能与动力学研究

以城市污泥为主要原料制备了污泥基活性炭(SAC),考察了其对重金属离子的吸附去除效能和吸附动力学规律.并选择了2种商品活性炭(煤质炭,MAC和椰壳炭,YAC)作为对比,以初始浓度为50mg/L的Cu(II),Pb(II),Cd(II),Cr(VI)4种重金属离子为去除对象,分别进行了3种活性炭的表面理化性质分析及其对4种重金属离子的吸附试验.结果表明,SAC的比表面积和微孔容积仅为YAC和MAC的1/3~1/2,吸附速率也相对较慢,但其对Cu(II),Pb(II),Cr(VI),Cd(II)的平衡吸附量却远大于2种商品活性炭,分别为9.9,8.9,8.2,5.4mg/g,说明SAC表面的高酸性基团含量对重金属离子的吸附起到了关键作用;Langmuir与Freundlich吸附等温模型均能较好地拟合SAC对Cu(II)和Pb(II)的吸附,SAC对Cr(VI)的吸附过程更符合Langmuir模型,而SAC对于Cd(II)的吸附过程用Langmuir与Freundlich两个模型均不能较好地拟合,说明SAC表面缺少能够与Cd(II)发生反应的结合位点.     

污泥基活性炭催化臭氧氧化降解水中微量布洛芬的效能研究

以城市污水处理厂脱水污泥和玉米芯为原料,氯化锌为活化剂制备污泥基活性炭(SAC),考察其催化臭氧氧化去除水中稳定性药物布洛芬(IBP)的效能.试验中对比考察了单独臭氧氧化、单独SAC吸附、SAC催化臭氧氧化这3种工艺对水中IBP(初始浓度为500μg.L-1)的去除效果,同时研究了臭氧与SAC投加量对催化效果的影响.结果表明,单独臭氧氧化对IBP的去除率随臭氧浓度的增加而增加,当臭氧浓度由0.75 mg.L-1增加至3.0 mg.L-1时,IBP的去除率由44.4%提高到100%;单独SAC对IBP的吸附去除效果较差,即使SAC投加量增至100 mg.L-1,吸附时间为40 min时,IBP的吸附去除率仅为44.56%;SAC催化臭氧氧化工艺中,IBP去除速率大大加快,在反应的初始阶段(0～5 min)SAC催化臭氧氧化对IBP的去除率要远远高于单独臭氧氧化和单独SAC吸附二者作用之和.臭氧与SAC的投加量对IBP的催化氧化去除效果具有较大影响.SAC催化臭氧氧化IBP分为瞬时需氧阶段反应(0～5 min)和慢速反应(5～40 min)两阶段.快速反应阶段以.OH与IBP反应为主,慢速反应阶段残余臭氧浓度很低,此时主要以SAC吸附去除IBP为主.     

炼油厂和城市污泥基活性炭的制备及性能研究

分别以炼油厂污水污泥和城市污水污泥为原料,以Zn Cl2为活化剂,采用化学活化法制备出2类污泥活性炭,借助DTATG、BET、SEM等手段对其进行表征分析,以吸附碘值考察了2类污泥活性炭的吸附性能。研究结果表明,炼油厂污泥中固定碳的含量大约是城市污泥的2倍,但其灰分含量较城市污泥低约18%。TG分析表明前者的最佳炭化温度为720℃,而后者为680℃。前者的比表面积比后者高约10%。炼油厂污泥炭具有更加明显的分层结构,表面孔分布更加丰富。2类污泥炭的碘吸附值均介于300~400 mg/g之间,而炼油厂污泥炭略高。     

剩余污泥的吸附特性及其在污水处理中的应用

本文简述了剩余活性污泥的结构和组成;总结了活性污泥吸附重金属离子及染料的作用机理;讨论了接触时间、温度、pH值、吸附质的初始浓度和污泥量、污泥的种类及特性及污泥的预处理方法等因素对活性污泥吸附特性的影响;阐述了解吸的研究现状;提出了活性污泥吸附的深入研究方向.     

响应面法优化制备污泥基活性炭

利用响应面法进行试验设计,选定炭化温度、升温速率、炭化停留时间及保护气体流量为影响因素,对利用污水厂二次污泥制备污泥基活性炭的工艺条件进行优化.通过响应面法得到了污泥基活性炭的碘吸附值与4种因素之间的非线性回归方程,确定了制备污泥基活性炭的最优工艺条件为:炭化温度530 ℃、升温速率17 ℃ · min-1、炭化停留时间22 min、保护气体流量280 mL · min-1.在最优条件下,制备的污泥基活性炭碘吸附值为675.9 mg · g-1,比表面积为639.5 m2 · g-1,平均孔径为4.1 nm,中孔孔径为3~5 nm;羧基、内酯基和酚羟基含量分别为1.625、0.125和0.375 mmol · g-1,更适合吸附大分子污染物和金属离子.     

基于生命周期的污泥基活性炭制备工艺环境影响研究

利用污泥制备活性炭是具有广泛应用前景的污泥资源化利用途径.但是目前对污泥基活性炭(SDAC)制备工艺进行评价的研究较少.以污水厂污泥制备活性炭为对象,建立了制备工艺流程图,运用生命周期评价(LCA),定量揭示制备工艺的环境影响及关键影响因素.结果表明,整个制备工艺中焙烧步骤对环境的影响占主导地位,其次是研磨或浸渍步骤,最后是洗涤和干燥步骤.水蒸气物理活化、CO2物理活化、KOH浸渍法、ZnCl2浸渍法、H3PO4浸渍法、ZnCl2 熔融盐法、物理化学法的能量消耗量分别为 68.976,79.776,47.376,53.964,48.564,45.828,46.764 MJ/kg活性炭,而全球变暖潜力值分别为14.93,17.06,15.54,13.42,14.51,12.65,13.91 kg CO2 eq/kg活性炭.LCA结果表明,利用CO2物理活化方法制备活性炭对环境影响最大,而ZnCl2熔融盐法对环境影响最小.对ZnCl2熔融盐法敏感性分析结果表明,用电量和活化剂是进一步优化活性炭制备方法的两个关键因素.基于生命周期视角,ZnCl2熔融盐法制备SDAC效果更优,同时应强化设备节能改造,可显著降低SDAC制备过程环境影响.     

硫酸—微波法制备污泥活性炭研究

以污水厂剩余污泥为原料,采用微波辐照硫酸活化的方法制备污泥活性炭。微波功率、辐照时间和硫酸浓度对污泥活性炭吸附性能具有显著影响,在最佳工艺条件微波功率500W、微波辐照时间240s、硫酸浓度25%～30%条件下制得的活性炭碘值为476.25mg/g,亚甲基蓝吸附量为12.20mg/g。     

污泥制备活性炭过程中重金属含量的变化趋势

对采集的两类污泥(城市污泥、制药污泥)及其制备的活性炭进行消解处理,采用火焰原子吸收法对消解液中重金属的含量进行测定,初步探讨了污泥资源化过程中重金属的变化规律。研究结果表明:两类污泥中重金属的含量变化范围很大,其中Zn含量最高,最高值达2859.4mg/kg,其次为Cu、Pb、Cr,Cd最少;除Cr元素外,城市污泥中重金属元素Zn、Cu、Pb、Cd含量普遍高于制药污泥;由污泥烧制的活性炭中重金属含量明显减少,表明污泥烧制成活性炭后Cu、Cr、Pb、Cd更加稳定。     

3类金属离子对活性污泥吸附水体腐殖酸的影响

研究了3类金属离子对活性污泥吸附水体腐殖酸效果的影响.结果表明,盐类金属离子(Na )、硬度金属离子(Ca2 、Mg2 )和水解金属离子(Al3 、Fe3 )均能在一定程度上提高吸附效率.作为活性污泥助凝剂,以大于10-2mol/L硬度离子的促进效果为好.加入10-2mol/L Ca2 、Mg2 48 h后溶液中的腐殖酸浓度分别为(0.64±0.17)mg/L和(2.32±0.40)mg/L,其去除率分别为98.4%和94.2%;当加入10-1mol/L Ca2 、Mg2 48 h后,其去除率均接近100%,而且Ca2 离子促进作用要优于Mg2 .盐类金属离子、硬度金属离子、水解金属离子提高活性污泥吸附腐殖酸的主要作用机理可能分别是压缩双电层、架桥作用、吸附共沉淀.同时,投加金属离子也可能使活性污泥上的吸附位性质改变或失效,对腐殖酸的吸附有一定的负面影响.     

Mn2+、Mo6+和Zn2+对活性污泥内胞外聚合物组分的影响

通过测定不同浓度的金属离子对活性污泥比耗氧率的影响, 确定了Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度, 并研究了在各自促进浓度范围内3种金属离子对活性污泥内胞外聚合物(EPS)组分(蛋白质、糖类和核酸)含量变化的影响.结果发现, Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度均为1mg·L^-1. Mn²⁺和Zn²⁺对EPS各组分的影响较大, 而Mo⁶⁺基本没有产生影响. 试验同时发现, 经低温贮存的污泥, 其EPS含量下降, 其中多糖含量下降最为明显.     

腐殖质对污泥厌氧消化的影响及其屏蔽方法

《巴黎气候协定》的签署意味着污水处理碳中和运行时代的来临,这就需要将剩余污泥尽可能最大程度地转化为可再生能源—甲烷(CH4).细胞破壁、木质纤维素破稳及腐殖质解抑制是提高污泥厌氧消化能源转化率的主要技术手段.相对于细胞与木质纤维素,腐殖质不仅结构更为复杂、自身难以生物降解,而且还会抑制其它有机物水解.虽然腐殖质亦有促进酸化、产氢/乙酸、产甲烷过程的微弱可能,但它对水解过程的抑制是肯定的、显著的、难以逆转的.因此,需要深入了解污泥中腐殖质来源、形成、结构及性质,综合分析它对污泥厌氧消化水解、酸化、产氢/乙酸、产甲烷阶段的各种影响,探讨消除腐殖质抑制水解过程的不同技术路径,重点描述外加金属离子对腐殖质的屏蔽作用.以期为提高污泥厌氧消化能源转化率制定可行的技术路线.     

剩余污泥重金属污染现状及其治理技术

概述了城市污水处理厂剩余污泥中重金属的污染现状,并总结分析了剩余污泥中重金属的治理技术,介绍了污泥重金属的稳定化技术（钝化作用、固化作用、微波固定化作用）以及重金属污染物的去除技术（化学方法、电动修复技术、生物浸滤、植物修复法）。对这些技术的原理以及研究情况进行了综述,并对其技术的特点进行分析,可为污泥重金属污染治理提供理论依据。     

我国剩余污泥厌氧消化的主要影响因素及强化

我国剩余污泥厌氧转化率显著低于发达国家,泥质是影响污泥厌氧消化性能的重要因素,而我国剩余污泥泥质相比于发达国家的典型差异主要体现在3个方面,即污泥龄长、微细砂含量高和金属离子含量高.因此,系统性研究了泥龄、微细砂和金属离子对剩余污泥厌氧消化性能的影响,进行量化比较,并进行有针对性的强化研究.结果表明,微细砂对VS降解率的消极影响并不明显,而泥龄和金属离子是主要的抑制因素,泥龄的抑制程度显著高于金属离子(P0.05),且随着泥龄的增加,金属离子的抑制作用呈进一步增强的趋势,因而总结得出长泥龄为限制我国污泥厌氧消化性能的最主要因素.经高温热水解预处理(160℃, 0.55 MPa, 30 min)后,长泥龄污泥的累积产甲烷量和VS降解率显著提升,接近于泥龄为5 d时的值,因此高温热水解具有突破长泥龄所致的污泥厌氧产甲烷瓶颈的潜力.     

活性炭纤维对铅镉二元离子吸附作用的研究

以活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)为吸附剂,研究吸附剂投加量、时间、初始溶液pH和重金属浓度等影响因素对二元溶液中Pb(II)和Cd(Ⅱ)去除效果的影响。实验结果表明,ACF适应的pH范围宽(3.0～5.6),吸附平衡时间短(2 min),对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附容量随溶液pH增加而增大。在溶液pH为5.6,ACF用量为0.004 g/L时,ACF对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附容量分别为232.4和33.8 mg/g。ACF对Pb(Ⅱ)的吸附满足Freundlich等温吸附模型,对Cd(II)的吸附满足Langmuir等温吸附模型。环境扫描电镜照片显示ACF在吸附铅镉二元溶液后,表面聚集很多细小颗粒物,能量色散X射线光谱仪分析进一步验证颗粒物的主要组成为铅和镉元素,红外光谱分析则表明Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)与ACF的表面官能团结合实现了ACF对废水中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除。     

中和沉淀渣的稳定化研究

本研究用铁酸盐(FeSO_4·7H_2O)包复中和沉淀渣。实验证明,影响因素有加入的铁酸盐总量、反应温度、空气鼓泡速度、反应pH、氧化还原电位和加料次数。当加入铁酸盐总量减少时,包复效果变差;温度升高,对Mn包复不利;温度降低,使Cd、Cu和Zn的包复效果变坏;空气鼓泡速度变小,反应速度变慢;降低pH值,有利包复,但pH小于9时,不易控制;氧化还原电位对包复影响不明显;增加加料次数,有利包复。通过这种处理,在中和沉淀渣的小颗粒上形成完全的铁酸盐包复膜,在弱酸性条件下重金属离子不再浸出。     

ToxTell生物传感器在Cu2+、Cd2+冲击活性污泥系统分析中的应用

探讨了不同浓度Cu2＋及Cu2＋和Cd2＋联合对活性污泥系统COD去除的影响,并采用ToxTell生物传感器,以活性污泥为指示微生物,分析了上述金属离子的毒性抑制作用.结果表明,Cu2＋浓度低于10 mg.L-1时,不会对该活性污泥系统带来明显的冲击作用,Cd2＋的加入明显增强了对该活性污泥系统COD去除的抑制作用,上述金属离子在抑制时间为1.5 h时对系统COD去除抑制率达到最大,随着曝气时间的延长,COD去除率呈逐渐上升趋势;ToxTell生物传感器的毒性分析结果与COD去除抑制率相近,初步证实该生物传感器能很好地用于活性污泥处理系统受Cu2＋、Cd2＋离子冲击的预警监测.     

金属离子及盐度对硝基苯厌氧生物降解过程的影响

以硝基苯废水处理反应器内的污泥为菌源,采用间歇反应的方法分别考察Fe3+,Ni2+,Zn2+,Al3+,Cr(Ⅵ)和Cu2+ 6种金属离子及盐度对硝基苯厌氧生物降解过程的影响.结果表明,适宜质量浓度的Fe3+,Ni2+,Zn2+,Al3+和Cr(Ⅵ)可促进硝基苯的降解. 当ρ(Fe3+)为5 mg/L,ρ(Ni2+),ρ(Zn2+)和ρ(Al3+)为1.0 mg/L及ρ〔Cr(Ⅵ)〕为0.50 mg/L时,硝基苯的降解速率提高5%～23%. 当ρ(Fe3+),ρ(Ni2+),ρ(Zn2+),ρ(Al3+),ρ〔Cr(Ⅵ)〕和ρ(Cu2+)分别大于50,10.0,5.0,5.0,5.0和0.25 mg/L时,金属离子开始对硝基苯降解菌产生抑制作用,毒性顺序为Cu2+>Cr(Ⅵ)>Al3+>Zn2+>Ni2+>Fe3+. 硝基苯降解菌生长的最佳盐度为0.25%～1.00%.