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一体化污水处理设备厂
时间:2020-09-29 点击次数:498

  目前,我国染料的年产量,每年约有10%~15%的染料废水排入环境,对环境造成重大沾染。染料废水重要来源于染料及染料旁边体生产行业跟染料利用行业,存在组成庞杂、水量跟水量变更大、色度高、BOD跟COD浓度高、悬浮物多、难生物降解等特点。吸附法是一种有效处理难降解染料废水的方法,该方法存在操作便利、适应范畴较广、对沾染物的去除后果较好等特点。然而,因为吸附资料的利用本钱较高,导致吸附法难以普遍利用于染料废水的处理中。

  现有的染料一体化污水处理设备厂方法仍然采取传统的生化法处理,由此产生大量的印染污泥。然而,这些污泥的处理势必会占用大量的土地资源,并且存在二次沾染的危险。经前期剖析发明,印染污泥中含有大量的有机质、SiO2等物质,若将印染污泥进行高温煅烧,有机质挥发会留下大量的孔隙,SiO2又可供给骨架结构,从而制得污泥活性炭。将印染污泥制备成活性炭,不仅可能缓解大量污泥对环境造成的二次沾染问题,还可能将污泥活性炭用于处理印染废水,达到以废治废的目标。因此,研发一种利用本钱较低、处理后果较好的吸附资料,对吸附法在染料废水中的实际产业化利用存在重要事实意思。

  本研究以印染污泥为原资料制备污泥活性炭,并将该污泥活性炭用于处理亚甲基蓝模仿染料废水。通过对污泥活性炭进行表征,剖析其孔隙结构及名义特点。研究不同反应前提对污泥活性炭吸附亚甲基蓝的影响,判断更优吸附前提。通过热力学剖析,判断吸附等温方程并剖析吸附容量。该实验结果为印染污泥的资源化利用以及染料废水的有效治理供给技巧支撑。
  1 资料与方法
  1.1 资料
  实验用污泥取自福建省某印染废水处理厂经压滤后的污泥。亚甲基蓝、氯化锌、盐酸均购自国药集团化学试剂有限公司,锯末为杨木锯末。实验所用水由Milli-Q超纯水机制得。
  1.2 方法
  1.2.1 污泥活性炭的制备
  本实验利用氯化锌作为活化剂,经过高温煅烧制备污泥活性炭。首先,称取一定量的原料污泥,经晾晒、烘干等工序后使污泥含水率降至10%以下。之后,进行破碎、研磨、筛分,由此得到干污泥。而后,将一定量的干污泥与一定量的锯末放入氯化锌溶液,其中,干污泥与氯化锌溶液的品质比为
  1:2,浸渍24 h后,将装有污泥的坩埚放至管式炉中进行分段煅烧,第1段在300 ℃下煅烧30 min,第2段在500 ℃下煅烧1 h,反应实现后天然冷却至室温。取出样品,并将其研磨、筛分,而后分辨用稀盐酸跟蒸馏水将样品荡涤数次,荡涤之后的样品在105 ℃下烘干2 h,即得到污泥活性炭[14]。依据在制备污泥活性炭进程中所加入锯末百分比不同,将0%、1%、2%跟3%锯末投加量分辨表示为AC-0、AC-1、AC-2、AC-3。
  1.2.2 吸附实验
  首先,以亚甲基蓝配置不同浓度的模仿染料废水。而后,将一定量的污泥活性炭样品投入盛有亚甲基蓝溶液的锥形瓶中,并将锥形瓶放至水浴恒温振荡器中进行吸附实验。在实验进程中,逐时取出定量的溶液,并将其离心分别,测定上清液中亚甲基蓝的浓度[15]。
  1.2.3 表征与测试方法
  通过扫描电镜察看污泥活性炭的微观形貌;利用紫外可见分光光度计对溶液中亚甲基蓝的浓度进行测定;利用X射线衍射仪对污泥活性炭进行物相剖析。锌离子浓度由电感耦合等离子体光谱仪测定剖析。

  2.1 污泥活性炭表征剖析
  通过SEM-EDX技巧对制备的污泥活性炭进行表征剖析,图1为100 000倍下1%锯末增加的污泥活性炭的SEM图。印染污水处理设备不是多净化几遍的问题,而是整个净化工艺都要发生变化,这需要大量的资金。有位从事多年污水处理行业的人士给出了一个计算模型,一个污水处理厂从一级B排放标准到一级A排放标准的追加投资,等于该处理厂原始投资成本的50%-70%。可能看出,以污泥为原料制备得到的活性炭存在丰富的孔隙结构,这些孔隙有利于加强污泥活性炭的吸附机能。由图1可能看出,制备得到的活性炭名义以C跟O元素为主,包含局部的AL、Zn跟S元素,这是因为污水处理进程中投加的药品以及活性炭制备进程投加的活化剂所导致的。
 
  通过X射线衍射仪对污泥活性炭的晶体结构进行剖析,实验结果如图2所示,贸易化活性炭在27°邻近呈现C的标准峰,而所制得的活性炭与半成品活性炭因为活化温度的关联并不产生晶型的变更,仍旧是无定形的状况,然而在直接热解产生的炭渣中却察看到C以及Al2O3的峰。
 
  图2 不同资料的XRD剖析
  由表1可能看出,污泥活性炭的比名义积约为369 m2·g−1,远高于半成品活性炭的12.7 m2·g−1。增加锯末可能明显进步活性炭的比名义积,在锯末增加量为1%时更高可达588 m2·g−1。并且随着锯末含量的升高,微孔比名义积跟微孔孔容分辨增高,说明锯末的存在进步了活性炭中微孔的比例,这可能是因为锯末的增加有利于活化剂的开孔。在增加1%锯末的污泥活性炭中,微孔供给了大概56.6%的比名义积跟50.1%的孔容,而残余的比名义积跟孔容则是由中孔跟大孔供给的。
 
  表1 污泥活性炭性质
  为1 %锯末增加的样品活性炭的N2吸附-脱附等温线。污水处理成套设备除了对污水处理工艺进行改进、强化脱氮除磷功能外,污水处理厂的设备改造、过程控制、水力条件优化也不容忽视。业内人士提出,可以采用高效、无堵塞的水泵和变频设备,提高设备的效率,降低能耗和运行费用,减少设备检修率。低p/p0区曲线凸向上,在较高p/p0区,N2 在介孔中呈现了毛细管凝集效应,等温线敏捷回升后趋于平坦。在压力濒临1之后,N2 在大孔上吸附,曲线回升。因为毛细管凝集,在0.45~0.95之间呈现了吸附-脱附滞后回线,脱附等温线在吸附等温线的上方,存在明显的IV型吸附脱附曲线特点。
 
  图3 污泥活性炭的N2吸附-脱附等温线
  2.2 不同资料吸附亚甲蓝机能比较
  将40 mg所制备的污泥活性炭样品投入到50 mL亚甲基蓝溶液中,考察不同吸附资料对亚甲基蓝的吸附机能。可能看出贸易化活性炭的吸附后果更好,反应10 min可能将亚甲基蓝吸附完全,AC-1在30 min对亚甲基蓝吸附率达到99.3%;直接热解产生的炭渣在30 min的吸附率仅为4.5%。说明活性污泥制备的活性炭直接热解产生的炭渣存在较大的上风跟实用价值。
 
  图4 不同资料对亚甲基蓝吸附的影响
  2.3 锯末增加量对污泥活性炭吸附效力的影响
  将40 mg所制备的污泥活性炭样品投入到50 mL亚甲基蓝溶液中。考察不同锯末增加的活性炭对亚甲基蓝的吸附机能。AC-0在30 min内对亚甲基蓝的吸附率仅为76.9%,而AC-1在30 min内对亚甲基蓝的吸附率为99.3%。这是因为锯末的增加可能进步活性炭的含碳量,从而改良其吸附机能[23]。然而,AC-2跟AC-3对亚甲基蓝的吸附率约为93%,说明适量的锯末增加反而会影响活性炭的吸附机能。相较于AC-1、AC-2、AC-3的微孔比名义积跟孔容均有所进步,总的比名义积却略微有所降落,说明中孔跟大孔在污泥活性炭中占的比例降落,导致亚甲基蓝在孔道中传质阻力增加,从而降落了对亚甲基蓝的吸附作用。因此,1%锯末的活性炭对亚甲基蓝吸附机能更好。
 
  图5 锯末增加量对污泥活性炭吸附机能的影响
  2.4 初始pH对吸附后果的影响
  在不同初始pH前提下,考察污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附机能。如图6所示,在不同pH前提下,30 min内污泥活性炭对亚甲基蓝均有较好的吸附后果。然而随着pH的升高,亚甲基蓝的吸附速率有所降落。活性炭名义有大量的含氧官能团,它们作为吸附位点与亚甲基蓝产生吸附作用。当溶液pH升高,OH−与活性炭名义的含氧官能团产生竞争吸附,导致对亚甲基蓝的吸附减弱。
  图6 初始pH对污泥活性炭吸附机能的影响
  2.5 温度对污泥活性炭吸附机能的影响
  将40 mg所制备的污泥活性炭样品投入到50 mL亚甲基蓝溶液中,考察不同反应温度对污泥活性炭吸附亚甲基蓝的影响。如图7所示,温度对污泥活性炭的吸附机能的影响较大。随着反应温度的升高,污泥活性炭对吸附亚甲基蓝的吸附效力明显进步。吸附反应个别是放热进程,所以只有达到了吸附均衡,升高温度会使吸附量降落。但在低温时,有些吸附进程短时光内达不到均衡,而升高温度会使吸附速率加快,并呈现吸附量增加的情况。温度为45 ℃时,污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附效力更高,但在实际利用中,吸附反应温度很难达到45 ℃,所以本实验并未考虑高于45 ℃的情况。因此反应温度选定为25 ℃。
 
  图7 吸附温度对亚甲基蓝吸附量的影响
  2.6 初始浓度对污泥活性炭吸附机能的影响
  考察亚甲基蓝初始浓度对污泥活性炭吸附机能造成的影响。由图8可知,亚甲基蓝的初始浓度不同,会导致污泥活性炭的吸附机能存在差别。初始浓度在较低的范畴内时,污泥活性炭的吸附率随初始浓度的变更不大。但随着初始浓度的进一步进步,浓度达到80 mg·L−1时,污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附机能明显降落。
 
  图8 初始浓度对亚甲基蓝的吸附量的影响
  2.7 吸附等温线
  Langmuir吸附等温式同时实用于化学吸附跟在常温、常压下的物理吸附,描述的是单分子层吸附[25],其线性表白式为:
  Ce/qe = 1/bQm + Ce/Qm
  Freundlich等温吸附方程是一个教训公式,其线性表白情势为:
  lnqe = lnKF + 1/nlnCe
  式中:Ce为吸附均衡时亚甲基蓝的浓度,mg·L−1;qe为吸附均衡时的吸附容量,mg·g−1;Qm为单层饱跟吸附量,mg·g−1;b为Langmuir常数,L·mg−1;KF为Freundlich常数;n为浓度指数。
  分辨采取Langmuir跟Freundlich吸附等温式对亚甲基蓝的吸附数据进行拟合剖析,结果见表2。可知,Langmuir跟Freundlich吸附等温式均可能较好地表白亚甲基蓝在污泥活性炭上的吸附。比较回归系数R2可知,Langmuir吸附等温式优于Freundlich吸附等温式,说明污泥活性炭对亚甲基蓝为单分子层吸附。从Freundlich等温式可知,1/n为0.704 2,说明n值大于1,污泥活性炭对亚甲基蓝更轻易吸附。污泥活性炭对亚甲基蓝的饱跟吸附量为79.33 mg·g−1。由图9可知,污泥制备的活性炭在利用落伍行浸出实验,锌离子的浓度均低于1.0 mg·L−1,满意综合污水排放标准。
 
     Langmuir跟Freundich方程拟合结果
   图9 不同pH下AC-1中 Zn2+溶出量
 
  1)一体化污水处理设备厂直接热解产生的炭渣,制备得到的活性炭对亚甲基蓝存在较好的吸附容量。印染污水处理设备不是多净化几遍的问题,而是整个净化工艺都要发生变化,这需要大量的资金。有位从事多年污水处理行业的人士给出了一个计算模型,一个污水处理厂从一级B排放标准到一级A排放标准的追加投资,等于该处理厂原始投资成本的50%-70%。
  2)随着pH的升高,因为活性炭与亚甲基蓝之间的静电力作用,污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附速率有一定降落,酸性前提下较好,中性前提下较差。
  3)在5~45 ℃的范畴内,污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附才干随着温度的升高而进步。
  4) 污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附进程合乎Langmuir吸附,亚甲基蓝的饱跟吸附量为79.33 mg·g−1。

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