焦化污泥炭重金属风险及其处理焦化废水研究

以焦化污泥制备焦化污泥炭,研究在炭化和硝酸改性过程中重金属形态变化和风险评价,并探索改性焦化污泥炭用于焦化废水处理的效能.焦化污泥(CWS)中Cr和Ni重金属含量远高于其他几种重金属,通过炭化得到焦化污泥炭(CWS-C),再活化后得到改性焦化污泥炭(CWS-N),生态风险因子(RI)从122.79(CWS)降低至33.70(CWS-N),说明CWS-N重金属污染风险很低.与CWS-C相比,CWS-N具有多种铁物相(FeO､Fe_(2)Al_(2)O_(4)､Fe_(3)O_(4)和Fe_(0.95)C_(0.005)),有利于Fe(II)/Fe(III)循环,能有效催化H_(2)O_(2)产生•OH,对焦化废水TOC的去除率高达66.3%.CWS-N上的活性组分铁的流失率低于0.5%,具有良好的催化稳定性.焦化废水中溶解性有机物主要为木质素类､脂质类和稠环化合物类,含N､S化合物占81.1%,经CWS-N催化降解后可去除大部分有机物.

铁基污泥炭活化过硫酸盐调理剩余污泥脱水的效能和机理研究

为了改善剩余污泥的脱水性能,采用铁基污泥炭(Iron-SBC)活化过硫酸盐(PDS)调理污泥。研究了PDS投加量、Iron-SBC投加量、反应时间、反应温度以及初始pH对剩余污泥脱水的影响,并分析了其机理。结果表明:65℃条件下,在单位质量TSS的PDS投加量150 mg/g、Iron-SBC投加量350 mg/g,初始pH=6.68时,经Iron-SBC/PDS调理20 min后,污泥毛细吸水时间、污泥比阻和泥饼含水率分别达到8.4 s、5.4×10^(12) m/kg、73.5%。机理分析表明,调理过程中发生了氧化反应,原本紧密平整的污泥絮体和胞外聚合物被破解,结合水被释放,污泥中高亲水性的紧密型胞外聚合物(TB-EPS)向松散型胞外聚合物(LB-EPS)和溶解性胞外聚合物(S-EPS)转化,对污泥脱水不利的蛋白质被氧化降解,TB-EPS的减少和铁离子的中和作用使Zeta电位上升;具有刚性结构的Iron-SBC降低了泥饼的压缩系数,同时在Fe3+絮凝作用下,污泥分形维数变大。最终在“氧化-骨架构建”耦合作用下,剩余污泥实现了深度脱水。

添加剂对污泥炭重金属稳定性的影响

将添加剂Fe_(2)O_(3)、赤泥、CaO与市政污泥以1∶10(质量比)混合共热解,制备改性污泥炭BC-Fe、BC-RM和BC-Ca。研究添加剂对污泥炭特性及重金属(Pb、Zn、Cu、Cr、Mn)形态分布的影响,采用风险评价编码法(RAC)评价污泥炭的生态风险。结果表明,三种改性污泥炭的比表面积较未改性污泥炭(BC)分别增大58.08%,189.58%和122.99%,孔隙结构得到改善;Fe_(2)O_(3)可显著抑制Zn在热解过程中的逸散;BC-Ca中Zn、Pb、Cr、Mn和Cu处于残渣态(F4)的比例较未改性污泥炭(BC)分别增加11.76%,13.03%,26.96%,5.55%和2.11%,且均为RAC低风险。

改性污泥炭/TiO_(2)/PVP/PVDF超滤膜的制备及其性能测试

采用铁离子改性污泥炭(Fe_(3)O_(4)/SAC磁质炭)、二氧化钛(TiO_(2))和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂进行聚偏氟乙烯(PVDF)膜的改性,并对共混膜的各项性能进行测试和表征。结果表明,当TiO_(2)和Fe_(3)O_(4)/SAC磁质炭质量分数分别为0.15%、0.2%时,膜的综合性能最佳。此时,接触角为48.5°,纯水通量为1243.43 L/(m^(2)·h),牛血清蛋白截留率为95.21%。

氧化钙对污泥炭重金属稳定性及其吸附性能的影响

鉴于CaO对生物质的热解产气、焦油重整具有催化作用,并可显著提升生物炭的吸附性能,将CaO与市政污泥以1∶10的质量比混合共热解,制备改性污泥炭(BC-Ca)。研究了CaO对污泥炭特性及重金属(Pb、Zn、Cu、Cr、Mn)形态分布的影响,采用风险评价编码法(RAC)评价污泥炭的生态风险,并采用静态吸附实验考察改性污泥炭对Cr(Ⅵ)的吸附效果。结果表明:BC-Ca中Zn、Pb、Cr、Mn和Cu处于残渣态(F4)的比例较未改性污泥炭(BC)分别增加11.76%、13.03%、26.96%、5.55%和2.11%,且均为RAC低风险;BC-Ca的比表面积较BC增大122.99%,孔隙结构得到改善;BC-Ca对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学模型,吸附容量随着温度的升高而增大,吸附速率主要由化学吸附机理控制;BC-Ca对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量较BC提高51.13%,去除率显著提高。

污泥炭与土壤不同配比对园林植物生长的影响

为探索生活污泥炭(炭)与土壤不同配比对园林植物生长的影响,采用完全随机组合设计,于2021年4月11日以一串红和莫娜紫香茶菜为试验材料,进行炭与生土/泥炭土的0~100%配比盆栽试验,测定植物的生长、成花和光合作用参数。结果表明,30%~40%炭土基质的植物分支数和叶片数多、冠幅大、花数较多,且花期最长,比纯生土或纯泥炭土,株高提升2~3.5 cm,SPAD值提升9.00%~10.00%、净光合速率提升21.56%~58.25%、气孔导度提升59.81%~100%、胞间CO_(2)提升3.70%~18.21%、蒸腾速率提升38.31%~71.45%,试验表明50%以下炭土基质的植物生长特性都高于生土或泥炭土。相同配比的炭-泥炭土基质中的植物的生长生理特性优于炭-生土基质。研究结果可为生活污泥炭高值化利用提供参考。

不同污泥炭对茶园土壤二氧化碳排放的影响

以市政污泥为原料,用不同方式制备污泥炭,探究污泥炭添加到红壤土后二氧化碳(CO_(2))排放变化.三种干热炭DC300、DC400、DC500是在300℃、400℃、500℃下热解30分钟所制,三种水热炭HC2h、HC6h、HC12h是在200℃下水热釜分别反应2 h、6 h、12 h.茶园土壤孵育实验中每种炭的添加比例为1%,2%和4%.通过静态箱体法测定各实验组土壤的CO_(2)气体排放速率,计算CO_(2)排放通量.结果表明干热炭的炭化温度越高,施加量越低,土壤CO_(2)排放量越少,固碳效果更好.水热炭化的时间越长,施加量越低,土壤CO_(2)排放量越少,固碳效果更好.水热炭和干热炭相比,DC500干热炭的固碳效果最好.

响应面法优化污泥炭催化湿式过氧化氢氧化降解间甲酚模拟废水

以污水处理厂剩余污泥为原料制备硝酸改性活性炭,用于催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)处理间甲酚模拟废水,以实现剩余污泥的资源化利用.使用物理吸附、程序升温脱附(TPD)、X射线荧光光谱(XRF)等表征方法对污泥炭的物理化学性质进行测定.而后采用响应面法(RSM)优化污泥炭CWPO降解间甲酚的反应条件,选取反应温度、反应时间、初始pH值、过氧化氢(H_2O_2)投加量及催化剂投加量为影响因子,总有机碳(TOC)去除率为响应值,应用中心组合设计(CCD)建立响应值与各影响因子之间关系的二次多项式数学模型,采用后退回归法进行模型精简,并通过方差分析对模型进行可信程度检验.优化结果表明,在反应温度为60℃,反应时间为120 min,初始pH=3.00,H_2O_2投加量为2.03 g·L^(-1),催化剂投加量为0.78 g·L^(-1)的条件下,可达到最佳效果,此时预测模型的TOC去除率为44.6%,间甲酚转化率为100%.通过模型验证实验得到的TOC去除率为46.6%,仅与理论值相差2.0%,在95%的置信区间内,说明该模型具有可靠性.最后采用GC-MS对污泥炭CWPO降解间甲酚中间产物进行分析.

污泥炭吸附剂对气态汞的吸附

在固定床反应器上研究污泥炭吸附剂对气态汞(Hg0(g))的吸附特性,并对其吸附机理进行探讨。实验结果表明:污泥炭吸附剂对Hg0(g)的吸附容量随着吸附温度的升高、气体流量的增大而降低,随着Hg0(g)质量浓度的增加而增大;在吸附温度为130℃、Hg0(g)质量浓度为65.2μg/m3、气体流量为1 L/min时,污泥炭吸附剂对Hg0(g)的吸附容量达到81.8μg/g,优于选定的商品活性炭。污泥炭吸附剂对Hg0(g)的吸附机理主要包括物理吸附、化学吸附、化学反应以及三者相结合的共同作用。

炭化温度对污泥炭吸附染料废水性能的影响

在300、350、400、450、500、550℃中对印染污泥进行炭化,制备的污泥炭用于吸附3种染料,结果表明:污泥炭对染料的吸附性能随着温度升高而上升,在达到450℃后趋于平缓甚至略有下降.进一步用450、500、550℃炭化的印染污泥炭和活性炭吸附染料,结果显示:3个温度炭化的污泥炭对染料的去除率不存在显著差异,且与活性炭在吸附饱和状态下的染料吸附率也差异不显著,去除率均大于90%;简易再生实验结果显示:污泥炭再生效率随炭化温度的升高有升高的趋势,且污泥炭再生效率高于活性炭.因此,印染污泥炭化替代活性炭进行染料废水的深度处理具有一定的可行性,450℃是一个可以考虑的炭化温度.

镁基污泥炭催化臭氧氧化去除废水中偶氮染料特性研究

采用金属镁和污泥炭制备出镁基负载污泥炭材料并被作为臭氧催化剂,以偶氮染料橙黄II废水作为目标污染物,探究了催化剂投加量等因素对橙黄II降解率的影响。结果表明:使用体积为100 mL的橙黄II废水,在污染物橙黄II初始浓度为100mg/L,向水中通入的臭氧量为500mg/h,加入镁基负载率为5%的催化剂0.5 g,反应温度为25℃,废水pH为5时,反应12 min时去除率达99%。镁基催化臭氧氧化对橙黄II的去除效果较单独臭氧高,镁基负载污泥炭的存在,增加了臭氧与催化剂的接触,同时激发了臭氧分解产生的羟基自由基,从而促进废水中污染物的快速降解,为臭氧氧化染料废水提供了有效催化材料。

铈改性污泥炭吸附剂的制备及效能研究

利用哈尔滨市某污水处理厂的剩余污泥为原料,采用化学活化法制备出一系列污泥炭吸附剂,并利用稀土元素铈对其改性,将其应用于H_2S臭气的脱除。利用比表面和孔结构分析仪、扫描电镜、FT-IR和XPS等对该吸附剂进行表征,用吸附装置对硫化氢进行吸附效能试验。结果表明,利用铈无论是掺杂改性,还是负载改性所制备的污泥活性炭吸附剂的脱臭性能都大大提高;改性后的污泥炭吸附剂仍为中孔,但孔径变小,不过表面活性官能团大大增加,使其与硫化氢的物化吸附以及化学和催化反应增强,从而使铈改性后的污泥炭吸附剂更有利于H_2S的脱除。

多孔污泥炭吸附剂的制备及其表征

以城市污水处理厂的脱水污泥为原料,经过化学活化,高温碳化,氢氟酸浸泡,制备多孔污泥炭.通过实验确定了多孔污泥炭的最佳制备条件:固液比为1∶2,碳化温度为400℃,碳化时间为60min.在此实验条件下制备的多孔污泥炭的碘值为682.99mg/g.各因素对制备的多孔污泥炭的碘值影响大小顺序依次为:碳化温度>固液比>碳化时间.综合扫描电镜观察和比表面积测定的结果可以得知,氢氟酸浸泡去除了污泥碳中的灰分,制得的多孔污泥炭微孔更加丰富,比表面积为194.72m^2/g,平均孔径为4.25nm,孔容积为0.196 5cm^3/g.

改性污泥炭催化氧化处理间甲酚废水

用硝酸改性污泥炭表面官能团制备污泥炭催化剂SC-G,采用SEM、N_(2)物理吸附、TPD和XPS对催化剂的形貌、结构和表面官能团进行表征。结果表明,硝酸改性的SC-G保持了原有的柱状形态,催化剂表面C—O及C=O官能团含量下降,有利于提高催化剂的催化氧化性能。SC-G作为湿式H_(2)O_(2)氧化(CWPO)催化剂,间歇反应30 min后,对目标污染物间甲酚的去除率达97.6%。CWPO连续评价中,480 h内间甲酚的去除率大于85%,活性稳定性较好。SC-G催化的非均相CWPO反应中,主要的活性氧化物质是·OH。动力学模型为准一级动力学模型。

污泥炭基微电解填料的制备、表征和实验研究

污泥通过水热碳化和热解炭化方法制备得到污泥炭,其含碳量为38.46%、碘吸附值为224mg/g、比表面积为214m^(2)/g,表明污泥炭有较高的含碳量和比表面积,还包含Al_(2)O_(3)、SiO_(2)等矿物成分。以污泥炭为原料,与铁粉、合金粉、粘土等原料按照一定配比混合、造粒、烘干,在氮气保护气氛下烧结得到污泥炭基微电解填料。在印染废水pH为3.5左右,固液比为1:2,曝气2h,自制的TG1和TG5填料对印染废水COD去除率分别达到50.40%和57.07%。进一步通过连续流实验比较了自制的填料和市售填料的微电解效果,自制的TG5填料对印染废水COD的平均去除率最高,去除率为26.18%,微电解后pH也最高。TG1和TG5填料的表征分析表明,填料内部有较多空隙,均匀分布的单质铁、碳和合金元素在填料内部可形成大量的微原电池,用于印染废水微电解反应时可破坏发色基团,提高电化学反应速率。

氮杂化污泥炭催化过硫酸盐去除水中卡马西平

为了制备低廉高效碳基催化材料,本文在高温条件下,改变尿素与污泥炭的投加比制备高活性氮杂化污泥炭,用于催化过硫酸氢钾(PMS)去除水中卡马西平(CBZ),对比分析制备的不同氮杂化污泥炭对CBZ的去除效果的影响,筛选出适合该催化体系的最优尿素投加量,并探究了该体系的最佳反应条件、环境因子影响及主要活性因子。结果表明:在尿素与污泥炭的质量比为1:4条件下,制得的氮杂化污泥炭(4-SC)对CBZ的去除性能表现最优;酸性(pH 3.5)或偏碱(pH9)条件均能高效活化PMS降解水中的CBZ;在实验条件为pH 3.5,4-SC投加量0.4 g/L,PMS投加量4.88 mmol/L时,水中的CBZ几乎被完全去除(达到99.42%);高浓度的无机盐离子和腐殖酸(HA)均对CBZ的去除过程产生抑制作用,而低浓度的无机盐离子和HA等对CBZ的去除过程几乎无影响;单线态氧在该体系中对CBZ的去除起主要作用。综上所述,4-SC能够高效催化PMS降解水中CBZ,而且具备在实际水体中应用的潜在价值。

磁性污泥炭在四环素降解中的应用研究

随着污泥数量和处理量的增加,人们的关注度越来越高,特别是对于环境友好和高附加值的再利用需求尤为突出。为此,以磁性多孔污泥炭(MPC)作为新型催化剂,对过硫酸盐存在下四环素的催化氧化过程进行了研究。结果表明,MPC在活化过硫酸盐和产生活性氧自由基(SO_4^-·和·OH)方面具有强大的催化活性,在初始pH为10时,降解270 min后,四环素和总有机碳的清除率达到89%和70.5%。不同起始pH下的降解动力学实验表明,四环素降解过程是pH依赖型的,碱性环境条件有利于降解的发生。

竹屑与污泥共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响

以污泥和竹屑为原料,于箱式气氛炉中700℃无氧热解,考察了不同比例的竹屑(0、25%、50%)与污泥混合共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响。实验结果表明,随着热解温度的升高,污泥炭产率和污泥炭的H/C比显著降低,然而其pH值、灰分含量以及比表面积都显著增加,污泥炭芳香化程度也明显提高。通过重金属风险评估,竹屑的添加使得纯污泥风险水平由中等风险降至低风险,这说明竹屑的添加可有效降低污泥中重金属潜在的生态风险水平,且当竹屑添加比例为25%时处理效果最优。本研究结果为污泥与竹屑资源化和无害化利用提供了理论依据。

不同热解活化条件下制备的污泥炭常温催化氧化NO

以市政污泥为原料制备污泥炭(SC),开展了SC常温催化氧化NO的实验研究。通过对不同热解温度(600、700和800℃)和不同干基污泥(DS)/KOH混合质量比下(4∶1、3∶1、2∶1和1∶1)的NO脱除特性研究,探究了污泥裂解活化工艺对NO常温催化氧化的影响规律和作用机理。结果表明,热解温度和KOH活化均对SC的催化活性有显著影响,当热解温度由600℃升至800℃,裂解样的NO转化率由12%升至36%;不同热解温度下,SC的催化活性均随KOH用量增加呈先增大后减小趋势;当热解温度为700℃、DS/KOH=3∶1时,SC的催化活性最优,达到56%;对该样品进一步进行氢气还原处理后,其脱硝效率进一步提升,达到76.5%。研究发现,SC的催化活性与其比表面积有强相关性,其反应机理遵循Eley-Rideal(E-R)模型。

酸改性颗粒污泥炭催化降解左氧氟沙星机制

以厌氧颗粒污泥制备了颗粒污泥炭,并用酸进行改性,研究其在异相类芬顿体系中降解左氧氟沙星(LEVO)效能.无机酸改性颗粒污泥炭(GSC-H_(3)PO_(4)､GSC-H_(2)SO_(4)和GSC-HCl)和未改性颗粒污泥炭(GSC-0)的吸附作用均低于5%,而颗粒污泥(GS)和草酸改性颗粒污泥炭(GSC-H_(2)C_(2)O_(4))的吸附去除率约为20%.待吸附平衡后,进行异相类芬顿反应,催化剂对LEVO和总有机碳(TOC)的去除率顺序为:GSC-H_(3)PO_(4)>GSC-H_(2)SO_(4)>GSC-HCl>GSC-H_(2)C_(2)O_(4),远高于GSC-0､GS和未加催化剂的反应.GSC-H_(3)PO_(4)表面铁含量高达12.73%,能催化产生更多的⋅OH,有利于有机污染物的降解.GSCH_(3)PO_(4)对LEVO和TOC的去除率分别高达98.5%和51.9%,重复使用5次后,催化剂上铁的溶出率低于0.8%,仍保持较高的催化效率.通过三维荧光光谱分析和中间产物检测,提出一种LEVO降解途径.此外,GSC-H_(3)PO_(4)催化剂还能有效处理医院废水.