给水污泥及其制备陶粒对水中磷的吸附性能研究

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针对目前水体除磷和给水污泥资源化利用的现状,分别采用酸活化处理给水厂铁盐污泥和热活化处理给水厂铝盐污泥,并将两种活化污泥作为吸附剂,进行了水中磷的去除性能研究。针对粉末状吸附剂在实际操作中泥水分离困难的问题,以铝盐污泥为主料制备陶粒吸附剂,考察了原料配比,预热温度和预热时间、烧结温度和烧结时间对陶粒强度和磷吸附性能的影响,制备了具有一定机械强度和较高的磷吸附能力的陶粒,用陶粒进行了对水中磷的静态吸附实验和动态吸附实验,考察了陶粒对磷的吸附性能。研究结论如下:(1)采用硫酸对铁盐污泥进行了活化,其中0.5mol/L和1mol/L硫酸活化的污泥粉末(A-0.5和A-1)对磷的吸附效果较好,吸附量分别为3.72mg/g和3.79mg/g,差别不大,出于经济性考虑,采用A-0.5作为吸附剂进行对水中磷的吸附性能研究。实验结果表明,酸性条件更有利于磷的吸附。添加NaCl、ZnSO4和Na2SO4作为干扰离子对磷吸附效果影响不大。A-0.5的吸附容量随反应时间的延长而增大,反应温度升高有利于磷的吸附。A-0.5对磷的吸附过程符合准二级动力学方程。Langmuir模型能很好地描述A-0.5对磷的吸附过程。A-0.5对磷的吸附是一个自发、吸热、熵增的过程。(2)采用高温活化铝盐污泥,其中经过900℃高温处理的污泥粉末(H-900)对磷的吸附效果最好,吸附量为6.22mg/g,采用H-900作为吸附剂进行对水中磷的吸附性能研究。实验结果表明,碱性条件不利于H-900对磷的吸附。NaCl不会对吸附效果产生明显的影响,Na2SO4会抑制污泥对磷的吸附,而添加ZnSO4后污泥对磷的吸附量增大。H-900的吸附容量随反应时间的延长而增大,温度升高,H-900对磷的吸附量增加。H-900对磷的吸附过程符合准二级动力学方程。Langmuir模型能很好地描述H-900对磷的吸附过程。反应体系是一个自发、吸热、熵增的过程。(3)以给水铝盐污泥为主料制备陶粒。陶粒原料的最佳配比为:给水铝污泥∶碳酸钙=94∶6。烧制条件为:生料球自然养护24 h,在100℃下烘箱干燥20min;预热温度600℃,预热时间30min;烧结温度1124℃,烧结时间10min。制得陶粒的粒径大小分布在1-2mm,比表面积为30.02 m2/g,吸附孔径为4.256nm,密度为1 g/m3,陶粒的中孔、大孔存在的比例较大。(4)用制得的陶粒进行对水中磷的吸附性能研究,实验结果表明,pH=4时陶粒对磷的吸附效果最好,吸附量为3.6mg/g,随着溶液初始pH升高,吸附量减小。陶粒对磷的吸附量随反应时间的延长而增大,升温有利于陶粒对磷的吸附。陶粒对磷的吸附过程符合准二级动力学模型。Freundlich模型更好的描述了给水污泥陶粒对磷的吸附过程。热力学分析表明该吸附反应是一个自发、吸热、体系自由度增大的过程。(5)用制得的陶粒填充吸附柱,进行磷吸附动态实验,结果表明,进水流速为5mL/min和15mL/min时,达到吸附终点时对应的耗竭时间分别为1935min和940min。Thomas模型和Yoon-Nelson模型均可以较准确的描述给水污泥陶粒对磷的动态吸附过程。给水污泥陶粒作为水处理填料具备可行性。本研究根据我国给水污泥的特点,选择了两种具有代表性的给水厂铁盐污泥和铝盐污泥为原料,采用酸活化、热活化和制备陶粒的方法处理污泥,为陶粒的制备及污泥的资源化利用提供理论指导。同时,考察了处理得到的吸附剂对水中磷的吸附性能,为水体除磷技术提供参考。
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