染料在污泥试样吸附富集及与其结构性关系研究.pdfVIP

摘要 摘 要 一方面，染料的生产和使用过程中会产生大量的难以处理的高浓度有机染料 废水，染料废水带来的的水体污染已成为人们关注的环境热点问题之一。另一方 面，在进行废水处理的同时，污水处理厂又会产生大量的剩余污泥，这种污泥处 理不当会形成二次污染。鉴于此，本文开展了以城市污水处理厂产生的剩余活性 污泥为原料制取污泥吸附剂，进行染料废水吸附富集的研究。 用城市污水处理厂的剩余活性污泥制取污泥吸附剂，包括干污泥、热解污泥、 改性污泥三种污泥吸附剂，对二十余种不同结构染料的废水进行了吸附试验研 究，进行了吸附动力学和吸附热力学研究，并探讨了其吸附机理。建立吸附等温 线、吸附速率曲线，考查温度、初始浓度等因子对吸附的影响，确定吸附平衡时 间、吸附量以及吸附速率常数等参数。． ‘· 本文在污泥吸附剂吸附染料试验的基础上，进行定量吸附富集构效关系的研 究，以图论、拓扑学为基础，以统计学、计算机为手段，对染料分子结构及其结 构参数进行了描述。选择二十余种不同结构类型的染料，进行分子结构参数选择 与计算，进而与试验获取的理化数据，通过统计分析及人工神经网络的方法，建 立了定量吸附富集构效关系模型，并进行了模型的验证。 本文以分子拓扑学、结构性能相关研究为基础，通过C”语言建立了定量相 关数学模型，定量描述染料分子结构与其吸附性质之涮的关系，全部模型实现软 件化，其研究结果为环境科学的研究与应用提供理论指导，具有一定的学术价值 和实用性。通过对该领域研究，掌握当今较前沿的知识，为今后工作的开展奠定 一个良好的基础。 通过对本论文的研究，得到以下成果： 以城市污水处理厂剩余活性污泥为原料，制作干活性污泥、热解活性污泥和 改性活性污泥三种吸附剂。根据吸附性能和吸附剂比表面积，确定吸附剂的最佳 制取条件。热解污泥：取干污泥于500℃下热解l小时制取。改性污泥：用4mol／L 活化剂(ZnCl2)浸渍干污泥，80℃水浴24小时，在550℃下热解l小时制取： 摘要 进行了吸附动力学的研究，研究结果表明，染料在污泥上的吸附行为符合 Lagergren动力学方程。干污泥吸附除活性嫩黄KD．3G外，改性污泥除活性嫩黄 KD一3G和碱|生艳蓝B外，都属于二级动力吸附。部分染料也符合‘级动力吸附 模型，但其相关性不如二级吸附好，因此，可以认为染料吸附属于二级动力学吸 附； 进行了干污泥吸附热力学的研究，试验结果表明，染料在污泥上的吸附行为 全部符合Freundlich型等温吸附，部分染料同时也符合Langumir型等温吸附。 说明染料在于污泥上的吸附不是简单的化学单分子层吸附，而是物理、化学和生 物吸附综合作用的结果，是多层吸附； 研究探讨了浓度、温度对部分染料干污泥吸附性能的影响，结果表明，浓度 越高平衡吸附量愈大，吸附平衡时间愈短。提供浓度对吸附有利。而温度的变化 对平衡吸附量的影响较小，只是随着温度的升高，吸附平衡时间延长，低温有利 于吸附： 考查了影响吸附速率因素，干污泥和改性污泥吸附染料都存在孔内效应，具 有孔内效应染料数目，干污泥吸附少于改性污泥吸附的情况。同时，研究结果还 表明，孔内扩散不是唯一的吸附速度控制步骤： 碱性嫩黄0、直接深棕M、活性嫩黄X一6G等分子较小的染料，吸附等温线为 反S型等温线，是常见的物理物理吸附，在低压或低浓度时首先形成单分子层I吸 附，随着压力或浓度的增加，逐渐产生多分子层吸附，表现为这类吸附的染料有： 而直接耐晒黄Rs、活性嫩黄KD一3G、直接耐晒大红4BS等分子较大的染料等温吸 附表现为．低浓度时是凸的，随着浓度的增加，由多层吸附逐渐产生毛细管凝结： 此外，多分支复杂结构染料活性艳红M．8B和直接耐晒蓝B2RL，属于Langmuir 等温吸附，是单分子层吸附，吸附以化学吸附主。 改性污泥吸附染料的去除率最好达到84．2％，是碱性艳蓝B，最低去除率是 活性嫩黄KD一3G，去除率是322％；干污泥去除率最好达到93．1％，是碱性品 红，最低去除率是活性嫩黄X一6G，为7．1％。总体上看，除个别染料，改性污泥 的平衡吸附量及去除率比干污泥要好，但吸附平衡时|-BJ较长。 从分子结构上看，非偶氮结构的、小分子的染料易被改性污泥吸附，吸附量 大，去除率高，而大分子的双偶氮染料不易被吸附；对