超聲輔助處理凈水污泥用于去除廢水中磷和氨氮研究.pdf

1、凈水污泥是自來水生產(chǎn)的副產(chǎn)物，數(shù)量多而且分布廣。對凈水污泥的處置問題已納入我國的“十二五”規(guī)劃。資源化再利用是可持續(xù)緩解凈水污泥所產(chǎn)生的環(huán)境及社會問題的有效途徑。本文在全面了解國內(nèi)外有關凈水污泥資源化利用研究的基礎上，研究利用超聲輔助技術，對凈水污泥進行適當處理，使其可有效用于去除廢水中的磷和氨氮污染物。本研究旨在探索凈水污泥資源化利用的新方法，探討“以廢治廢”技術的可行性，具體內(nèi)容如下:
　　1、超聲輔助酸化法處理凈水污泥及其過

2、程強化的機理研究
　　考察了酸濃度、超聲功率、超聲作用時間、攪拌強度、固-液比以及固體顆粒粒徑等因素對凈水污泥中鋁、鐵離子回收率的影響，確定出適宜的操作條件。采用碘釋放法、金屬薄膜腐蝕法以及熱敏探頭法間接測量了超聲功率、攪拌強度、酸濃度及固-液比等因素對反應器內(nèi)超聲空化強度的影響，對超聲空化作用機理進行了分析。結果表明:適宜的操作條件可降低反應器內(nèi)超聲衰減程度，使超聲空化強度增大、分布均勻，回收效果增強。粒內(nèi)擴散是回收過程控制步驟

3、，動力學分析驗證了由超聲空化產(chǎn)生的湍動效應、聚能效應以及微擾效應對回收過程的液膜擴散、表面反應以及顆粒內(nèi)層擴散的強化作用。
　　2、超聲酸化處理凈水污泥產(chǎn)生的剩余泥的除磷性能及機理研究
　　利用XRF、ICP、XRD、FT-IR、SEM、EDS以及BET比表面測試等手段，對凈水污泥(DWS)、剩余泥(DWSR)以及焙燒凈水污泥(C-DWS)和焙燒剩余泥(C-DWSR)的性質(zhì)進行了測試。結果顯示，DWSR中的總鋁、鐵含量相比D

4、WS分別減少了50％和70％; DWS中無定形氫氧化鋁和氫氧化鐵有部分轉(zhuǎn)變成DWSR中的硫酸鋁和硫酸鐵;C-DWS和C-DWSR中的鋁、鐵含量約為焙燒前的1.1倍。
　　利用靜態(tài)吸附實驗考察了溶液pH、溶液初始濃度、吸附劑投加量、吸附時間及吸附溫度等因素對除磷性能的影響。結果表明:DWSR和C-DWSR除磷的效果受pH影響較大，在適宜pH條件下，DWSR和C-DWSR的最大磷去除量約為DWS和C-DWS的4倍。半連續(xù)動態(tài)實驗表明D

5、WSR對廢水中磷的去除效果沒有受到溶液中競爭離子的影響，出水pH為中性，有利于實際應用。
　　DWS、C-DWS以及C-DWSR可用Langmuir、Freundlich、D-R以及Temkin吸附等溫模型擬合;擬合參數(shù)顯示DWS與C-DWS的吸附能力接近，與C-DWSR相差較大;C-DWSR的平均吸附能約為DWS和C-DWS的70％，反映出不同的除磷機理。四種除磷吸附劑的動力學數(shù)據(jù)與擬二級動力學方程擬合度最高，在溶液濃度為50m

6、g/L時，DWSR的擬二級反應速率常數(shù)約為DWS的20倍。當溶液濃度較低和較高時，液膜擴散和粒內(nèi)擴散分別為過程的控制步驟，相比于DWS，DWSR的除磷速率受液膜擴散的影響更明顯。熱力學分析結果顯示，DWS和C-DWS除磷是吸熱、熵增大的自發(fā)過程;DWSR和C-DWSR除磷是放熱、熵增大的自發(fā)過程。DWS、C-DWS主要通過表面羥基與磷酸根發(fā)生配體交換吸附除磷;DWSR和C-DWSR主要利用鋁、鐵離子與磷酸根發(fā)生化學凝聚沉淀反應除磷。

7、r>　　3、凈水污泥的水熱處理及產(chǎn)物的結構分析研究
　　采用改進的水熱合成法，以DWS為原料，在超聲輔助作用下，按兩條路線制成銨離子吸附材料M-DWS1＃和M-DWS2＃。同M-DWS1＃相比，M-DWS2＃的制備工藝具有原料利用率高、廢棄物排放少的優(yōu)勢。利用XRF、XRD、SEM、EDS及FT-IR等手段和BET比表面(SSA)、陽離子交換容量(CEC)、zeta電位和等電點(IEP)測試等方法，對DWS、M-DWS1＃和M-D

8、WS2＃的性質(zhì)進行了表征。結果表明:DWS中的無定形片層結構轉(zhuǎn)變成M-DWS2＃中的細小顆粒及M-DWS1＃中的粒徑為30nm的球形顆粒，顆粒內(nèi)大量的微孔結構以及顆粒邊面上大量的斷鍵使其表面性能發(fā)生改變。M-DWS1＃和M-DWS2＃的SSA分別增至DWS的8倍和4倍;IEP由DWS的6.1下降至5.2和4.5，CEC則分別比DWS增大了7倍和3倍。
　　4、M-DWS1＃和M-DWS2＃的銨離子吸附性能及吸附機理研究
　　

9、利用靜態(tài)吸附實驗，考察了溶液初始pH、初始濃度、吸附劑投加量、吸附時間及溫度等因素對吸附效果的影響。實驗測得在pH為7-8、溶液濃度為50mg/L、投加量為10g/L時，M-DWS1＃和M-DWS2?？煞謩e達到90％和80％的銨離子去除率。由Langmuir方程得出M-DWS1＃和M-DWS2＃的飽和吸附量分別為6.11和5.10mg/g;由D-R方程得出平均吸附能均在8-16kJ/mol范圍內(nèi)，說明該過程為離子交換吸附。測定的動力學數(shù)