本文選題：Cu + Zn��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2016年碩士論文

【摘要】：污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有的重金屬Cu~(2+)和Zn~(2+)嚴重超標,限制污泥利用,并且對環(huán)境危害性極大�；鹆Πl(fā)電廠燃煤后產(chǎn)生的固體廢棄物粉煤灰的大量堆積,在占用土地資源的同時對周邊環(huán)境造成了嚴重污染。嘗試采用粉煤灰去除污水中的Cu~(2+)和Zn~(2+)以及鈍化污泥中的Cu~(2+)和Zn~(2+),以達到以廢治廢、節(jié)約經(jīng)濟成本的目的。研究在“十二五”國家水專項的支持下,開展了粉煤灰的對比、改性、吸附重金屬、鈍化污泥以及污泥的淋濾實驗的理論性研究。首先,對黑龍江省和遼寧省的粉煤灰組分進行分析,研究表明兩地的粉煤灰主要含有SiO_2(石英)、Al_3Si_2O_(13)(莫來石)和SiO_2(方石英)等晶相結構,且化學組成所含比例及比表面積(~1.00m2/g)相似;表面形貌均為多孔玻璃球狀且顆粒尺寸相似;兩地粉煤灰表面均含有大量的C-C骨架震動峰(1087、1091 cm-1)、對稱Si-O-Si彎曲伸縮振動峰(796 cm-1)、Si-O彎曲振動峰(459cm-1)。其次,采用正交實驗考察不同改性方法對粉煤灰吸附重金屬離子的效果,優(yōu)化了酸(堿)的濃度、酸(堿)灰比、浸漬時間,或微波功率、微波時間等參數(shù)。當微波功率為400 W、輻照10 min、NaOH為6 mol/L、浸漬時間為3 h、堿灰比為5:1時,所制得的改性粉煤灰比表面積最大為21.01 m2/g,成了新的礦物質Ca2SiO4,表面激發(fā)出大量的-OH伸縮振動峰(3614 cm-1、3564 cm-1)、Si-O(661 cm-1)、-NH2(1620 cm-1)、-NH2(599 cm-1)和-CH3(2970 cm-1)等官能團,顆粒表面粗糙且吸附孔道增多,因此其鈍化重金屬能力明顯增強,且改性粉煤灰較原狀粉煤灰激發(fā)出更多的晶相物質,表面具有更多的活性基團,有利于促進Cu和Zn重金屬由不穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉化和吸附重金屬。本研究進而通過動力學模型、熱力學模型、吸附等溫線等多種吸附實驗確定其外在化學條件對最佳改性粉煤灰吸附Cu~(2+)和Zn~(2+)的影響。結果表明,改性粉煤灰吸附Cu~(2+)和Zn~(2+)的反應過程中,隨著pH、初始離子濃度以及改性粉煤灰投加量的增加,吸附去除率越大;并且該反應符合Langmuir模型,Cu~(2+)和Zn~(2+)的理論最大吸附量分別為26.25 mg/g和22.03 mg/g;該反應符合擬二級吸附動力學模型;根據(jù)吸附熱力學模型可知,該反應屬于吸熱的化學自發(fā)反應。最后,考察了最佳改性粉煤灰對Cu~(2+)和Zn~(2+)的鈍化時間和投加量對鈍化效果的影響。結果表明,隨著粉煤灰的投加量增加污泥中重金屬Cu和Zn的鈍化效果越好,當投加量為40%時,鈍化效果趨于穩(wěn)定,并且改性粉煤灰對污泥中Cu~(2+)和Zn~(2+)的鈍化效果優(yōu)于未改性粉煤灰。當鈍化時間為7d時,污泥中Cu和Zn的重金屬形態(tài)已經(jīng)趨于穩(wěn)定化,不隨時間的推移而改變其形態(tài)。研究通過土柱淋溶實驗表明該改性粉煤灰鈍化后的污泥,重金屬固化較穩(wěn)定,不隨淋濾而大量析出。該改性粉煤灰鈍化污泥的處理成本為(40~60)元/噸,比傳統(tǒng)處理污泥(200~600)元/噸,更加節(jié)約經(jīng)濟成本
[Abstract]:The heavy metals (Cu~(2) and Zn~(2 (heavy metals) in the sludge produced by the sewage treatment plant (WWTP) exceed the standard seriously, limit the sludge utilization, and do great harm to the environment. The accumulation of fly ash, a solid waste produced by coal-fired power plants, causes serious pollution to the surrounding environment while occupying land resources. Fly ash is used to remove Cu~(2 and Zn~(2 in wastewater and Cu~(2 and Zn~(2 in passivated sludge to reduce the cost of waste treatment. With the support of the "12th Five-Year Plan" National Water Project, the theoretical study on the experiments of fly ash contrast, modification, adsorption of heavy metals, passivation sludge and sludge leaching was carried out. Firstly, the composition of fly ash in Heilongjiang Province and Liaoning Province is analyzed. The results show that the fly ash of the two places mainly contains SiOSt2 (quartz Al3Si2OSch) and SiO2 (cristobalite) crystal structure, and the proportion of chemical composition and specific surface area is 1.00m2g. The surface morphology is spherical and particle size is similar to that of porous glass, and there are a large number of C-C skeleton vibration peaks of 1087 ~ 1091 cm ~ (-1) on the surface of fly ash in both places, and a symmetrical Si-O-Si bending vibration peak of 796 cm ~ (-1) and a peak of 459 cm ~ (-1) of Si-O bending vibration. Secondly, the effects of different modification methods on the adsorption of heavy metal ions by fly ash were investigated by orthogonal experiment. The parameters such as acid (alkali) concentration, acid (alkali) cement ratio, impregnation time, microwave power and microwave time were optimized. When the microwave power is 400 W, the NaOH is 6 mol / L for 10 min, the impregnation time is 3 h, the ratio of alkali to cement is 5:1, The modified fly ash has a maximum specific surface area of 21.01 m2 / g, resulting in a new mineral Ca _ 2SiO _ 4. The surface excites a large number of -OH stretching vibrational peaks 3614 cm ~ (-1), 3564 cm ~ (-1) C ~ (-1) -O _ (1) C ~ (m-1) ~ (1) -NH ~ (2 +) ~ (1) -NH _ (599 ~ (9) cm ~ (-1) and -Ch _ (3) O _ (2970 cm ~ (-1). Therefore, the ability of passivation of heavy metals is obviously enhanced, and the modified fly ash excites more crystalline phase substances and has more active groups on the surface than the unmodified fly ash. It is beneficial to promote the conversion and adsorption of Cu and Zn heavy metals from unstable to stable. In this study, the effects of external chemical conditions on the adsorption of Cu~(2 and Zn~(2 by modified fly ash were determined by kinetic model, thermodynamic model, adsorption isotherm and other adsorption experiments. The results show that the adsorption removal rate increases with the increase of pH, initial ion concentration and the dosage of modified fly ash during the reaction of modified fly ash adsorbing Cu~(2) and Zn~(2). The theoretical maximum adsorption capacity of the reaction is 26.25 mg/g and 22.03 mg / g, respectively, which accords with the pseudo-second-order adsorption kinetic model. According to the adsorption thermodynamic model, the reaction belongs to endothermic spontaneous chemical reaction. Finally, the effects of passivation time and dosage of modified fly ash on Cu~(2 and Zn~(2) were investigated. The results showed that the passivation effect of heavy metals Cu and Zn in sludge increased with the addition of fly ash, and the passivation effect tended to be stable when the dosage was 40%. The passivation effect of modified fly ash to Cu~(2 and Zn~(2 in sludge is better than that of unmodified fly ash. When the passivation time was 7 days, the heavy metal forms of Cu and Zn in sludge tended to stabilize and did not change with time. The experiment of soil column leaching showed that the sludge after passivated by modified fly ash was stable in solidification and did not precipitate in large quantities with leaching. The treatment cost of the modified fly ash passivated sludge is 40 ~ 60 yuan / ton, which is more economical than that of the traditional sludge treatment of 200 ~ 600 yuan / ton.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703

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本文編號：1975318