《低温氨水改性污泥炭处理废水的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低温氨水改性污泥炭处理废水的应用.docx（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、低温氨水改性污泥炭处理废水的应用摘要以市政污泥为原料制备污泥活性炭SAC，并利用氨水对其进行改性，考察低温条件下，氨水质量分数和改性时间对SAC吸附性能的影响。结果表明，在氨水质量分数为15%，改性时间为8h的最佳条件下，改性SACMSAC的碘吸附值到达386.5mg/g。氨水改性使SAC的比外表积和总孔容分别提高了78.3%和97.5%，同时降低了SAC外表的羧基、酚羟基等酸性含氧官能团。此外，将MSAC应用于处理焦化废水，结果表明，投加量为60g/L，pH为8，吸附时间为80min时，挥发酚和氰化物的去除率分别为66.2%和76.7%。关键词污泥活性炭；低温氨水改性；焦化废水；脱酚除氰随着
2、钢铁、纺织、石油化工等工业的飞速发展，大量挥发酚和氰化物被排放到环境中1。酚和氰不仅会产生恶臭，而且具有毒性、致癌和致突变性2。因而，有必要在污水排放前去除酚、氰等污染物。目前，生物降解、电化学氧化法、膜分离、吸附等处理技术已被广泛应用于污水处理中。其中，活性炭吸附能够简单、高效地吸附废水中的酚、氰等污染物3。然而，商业活性炭由于价格昂贵且不可再生，限制了其在废水处理中的应用。近年来，秸秆、果壳、废料等廉价生物质成为了制备活性炭的重要原料3-4。污泥是污水处理经过中不可避免的副产物，因其含有大量的碳源，成为了制备活性炭的重要原材料之一5-7。但是，污泥活性炭SAC的比外表积较低、吸附性能不高6
3、。外表氨改性能够有效改变活性炭的外表化学性质和纹理构造，进而提高其对苯酚等污染物的吸附效率8。但在高温条件下，氨水容易挥发，影响其对活性炭的改性效果9。因而，笔者重点研究低温氨水改性SACMSAC对焦化废水中挥发酚和氰化物的吸附效能，并采用扫描电镜SEM、傅里叶红外光谱仪FTIR、比外表积分析仪等分析MSAC的理化性质，揭示其对挥发酚和氰化物的吸附机理。1材料和方法1.1试验材料试验采用的脱水污泥取自唐山市某污水处理厂，其含水率为79.7%，灰分为45.7%。焦化废水取自首钢京唐公司的焦化厂。1.2SAC和MSAC的制备和改性将脱水污泥在105烘箱中烘干至恒重后，破碎过0.15mm100目筛。
4、然后根据文献9中的方法制备SAC。并在15下，用氨水对SAC进行改性，详细步骤：分别将20g的SAC置于250mL氨水质量分数为5%30%中浸渍015h，改性温度由恒温振荡器控制，震荡频率为150r/min，制备MSAC。所得MSAC经去离子水洗涤至中性后，105烘干备用。1.3SAC和MSAC的吸附试验在室温条件下，分别将220g的SAC、MSAC分别投加到200mL焦化废水中，吸附0140min，取样、过滤，检测滤液中的挥发酚和氰化物浓度。同样地，用1mol/L的HCl或NaOH调节废水pH为410，考察pH对活性炭吸附效果的影响。1.4分析方法挥发酚浓度和氰化物浓度分别采用4-氨基安替比
5、林和吡啶-巴比妥酸光度法进行测定10。碘吸附值按GB/T12496.81999（木质活性炭实验方法-碘吸附值的测定）进行检测。活性炭的孔隙和外表构造采用ASAP2020比外表积分析仪美国麦克仪器公司进行测定；采用FTIRIR-360型红外光谱仪，美国尼高力仪器公司分析外表的官能团；SAC和MSAC的外表形态采用SEMQUANTA200型扫描电子显微镜，美国FEI公司进行分析。2结果和讨论2.1改性条件对活性炭吸附性能的影响SAC的碘吸附值随改性时间和氨水质量分数的增长均呈现先升高后降低的变化趋势，最佳碘吸附值为386.5mg/g，此时改性条件：氨水质量分数为15%，改性时间为8h。碘吸附值的升
6、高主要是由于氨水改变了SAC的孔形态和外表的官能团11。据文献11报道，含氮官能团能够降低活性炭外表的羧基含量，进而提高其对污染物的吸附效果。而氨水的挥发性随氨水浓度和改性时间的增加而加剧，可能是导致碘吸附值降低的主要原因。2.2SAC和MSAC的物理化学性质2.2.1比外表积和孔径分布规律考察SAC和MSAC氨水质量分数为15%、改性时间为8h的吸附-脱附等温线和孔径分布发现，在相对压力P/P0=1.0时，MSAC的吸附值为220m3/gSTP，比SAC提高了1.83倍。根据国际纯粹与应用化学联合会IUPAC分类，SAC和MSAC的吸附等温线属于型12，这讲明SAC和MSAC具有丰富的介孔构
7、造12。SAC和MSAC的孔径为140nm，其中孔径为110nm所占的比例相对较高，这与先前的一些研究结果一致11。MSAC的比外表积SBET和总孔容Vtotal比SAC分别提高了78.34%和97.51%，相应的平均孔径从3.6732nm增加至4.0680nm，这主要是由于氨水与SAC中的一些含氧官能团或灰分发生反响，而后的酸和去离子水冲洗使孔径得以扩增，更有利于污染物的吸附。2.2.2活性炭的形态分析氨改性明显地改变了SAC外表的形态。SAC外表主要由不规则的片状和块状颗粒构成，外表不光滑，孔径变化相对较大。MSAC外表的颗粒更小，外表的孔隙愈加发达，孔径愈加均匀。2.2.3FTIR分析众
8、所周知，活性炭的吸附性能与其外表的羧基、羟基、酚羟基和内酯基等官能团有重要关系12。SAC和MSAC的FTIR，35003200cm-1代表酚羟基中的OH伸缩振动3，1731cm-1代表羧基和酯基中的C=O振动5，769659cm-1主要是OH面外弯曲振动，MSAC谱线上的吸收峰均明显降低。30002850cm-1的吸收峰代表CH伸缩振动，16001450cm-1代表C=C骨架振动，13001000cm-1，代表CO伸缩振动，MSAC和SAC图谱上的相关吸收峰未发生明显变化7。总之，SAC和MSAC主要由C、H、O、N元素组成，经氨改性后，MSAC外表的酸性含氧官能团有所降低。2.3SAC和M
9、SAC对焦化废水的处理效果2.3.1投加量对吸附效果的影响当吸附时间为80min，pH为7.8时，SAC和MSAC投加量对挥发酚和氰化物吸附效果的影响。挥发酚和氰化物的去除率随SAC投加量的增加逐步升高，最大去除率分别为41.7%和49.3%。而对于MSAC来讲，挥发酚和氰化物的去除率随投加量的增加先快速升高而后维持相对稳定，吸附平衡出如今MSAC投加量为60g/L时，此时挥发酚和氰化物的去除率约为SAC的1.64倍和1.58倍。这是由于对挥发酚、氰化物的吸附效率主要取决于活性炭的外表积和活性基团，经过氨水改性后，MSAC的SBET和Vtotal均得到了显著提高，相应的酸性含氧官能团含量降低，
10、有利于挥发酚和氰化物的去除。与先前研究相比4，笔者研究中的MSAC投加量相对较高，这可能与两个因素有关：一是制备活性炭的材料和方法不同；二是焦化废水中含有氨氮等其他可被活性炭吸附的污染物质。2.3.2废水pH对吸附效果的影响当吸附时间为80min，SAC和MSAC投加量分别为60g/L时，废水pH对挥发酚和氰化物吸附效果的影响见图由图5可知，SAC和MSAC作为吸附剂时，挥发酚和氰化物的去除率随pH的变化规律类似。以MSAC为例，当pH从4升高到8时，氰化物的去除率从30.2%快速升高到78.04%，而当pH继续升高至10时，氰化物的去除率相对稳定。同时，挥发酚的去除率随pH的升高先升高后降低
11、，最大去除率66.2%出如今pH为8时。综合考虑对挥发酚和氰化物的吸附效果，最佳pH为8，此时SAC对挥发酚和氰化物的去除率约为MSAC的一半。2.3.3吸附时间对吸附效果的影响SAC和MSAC的投加量分别为60g/L，pH为8时，吸附时间对挥发酚和氰化物吸附效果的影响。从MSAC的吸附曲线来看，氰化物的去除率随吸附时间的延长先快速升高而后趋于稳定，而挥发酚的去除率则随着吸附时间的延长呈现先增加后减小的趋势。反响80min时，挥发酚和氰化物的吸附到达平衡，此时挥发酚和氰化物的去除率分别为66.2%和76.7%。这是由于在吸附初期，MSAC外表存在大量的活性基团，且MSAC外表与废水之间的浓度梯
12、度较大，对酚和氰的吸附较快。随着大量的酚氰被吸附到MSAC外表，活性基团逐步减少，吸附到达平衡。对SAC来讲，挥发酚和氰化物的去除率随吸附时间的变化规律与MSAC类似，只是到达吸附平衡的时间100min略有延长，此时挥发酚和总氰的去除率仅为35.6%和42.2%。1改性条件对SAC的吸附性能产生很大影响，最佳改性条件：氨水质量分数为15%，改性时间为8h，温度为15，相应的碘吸附值为386.5mg/g。2MSAC对焦化废水中的挥发酚和氰化物的去除率分别到达66.2%和76.7%，远高于SAC。3氨水改性使SAC的孔隙愈加发达，孔径以中孔为主，同时改变了SAC的外表官能团构成，更有利于酚和氰的吸附和扩散。作者:刘亚利李欣荆肇乾张卫东王祝来单位:南京林业大学土木学院