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污泥质吸附剂制备及脱除H_2S臭气效能研究

作　者: 张林欢
导　师: 闫波
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 剩余污泥污泥质吸附剂铈改性 H2S
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着城市污水处理厂污水处理能力的提高，污水污泥的处理处置问题日益成为人们关注的焦点。传统污泥处置方式的局限性越发突出，污泥制吸附剂是一种新型的污泥资源化方法，将其应用于H₂S臭气的脱除，以实现废物资源化和以废治废的目的。本文利用城市污水处理厂的剩余污泥为原料，采用化学活化法制备污泥质吸附剂。以碘值和亚甲蓝值为衡量指标，筛选活化剂种类，研究制备污泥质吸附剂的影响因素，包括活化剂浓度、固液比、活化温度、活化时间等。结果表明：以ZnCl2为活化剂制备污泥质吸附剂的最佳工艺条件是活化温度550℃，固液比1.5，活化剂浓度4mol/L，活化时间60min，制得的污泥质吸附剂的碘值为599.32mg/g，亚甲蓝值为236.74mg/g。为提高污泥质吸附剂的脱硫性能，利用稀土元素铈制备改性污泥质吸附剂，并探讨最佳工艺条件。结果表明：在炭化温度650℃、浸渍时间15h、炭化时间2h、铈掺杂量5%的工艺条件下，制备出的铈掺杂污泥质吸附剂的H₂S吸附穿透时间为171min，脱硫效果最好；在焙烧温度750℃、铈负载量3%、焙烧时间1.5h、浸渍时间6h的工艺条件下，制备出的铈负载污泥质吸附剂的H₂S吸附穿透时间为183min，脱硫效果最好，而改性前污泥质吸附剂的H₂S吸附穿透时间仅为47min。通过比表面积及孔结构、SEM、XRD、TG-DTG、FI-IR、XPS等表征手段对污泥质吸附剂进行分析，结果表明：污泥质吸附剂有较高的比表面积和丰富的中孔结构，吸附剂表面的含氧官能团利于H₂S的吸附脱除。污泥质吸附剂对H₂S的去除既有物理作用，又有化学作用。铈改性后的污泥质吸附剂化学作用更大，CeO₂良好的氧化性能促使H₂S的氧化，此外，吸附剂表面的金属氧化物是吸附H₂S的活性位点，铈有助于金属氧化物在污泥质吸附剂表面的细化分散，利于H₂S的吸附脱除。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9
  1.2 城市污水处理厂恶臭的来源与危害  9-10
  1.3 城市污水处理厂污泥的处理与处置  10-12
    1.3.1 传统污泥处置方式  10-11
    1.3.2 污泥资源化技术  11-12
  1.4 污泥质吸附剂的制备  12-14
    1.4.1 物理活化  13
    1.4.2 化学活化  13
    1.4.3 化学物理活化  13-14
    1.4.4 催化活化  14
  1.5 污泥质吸附剂在脱臭方面的应用  14-15
    1.5.1 去除 H_2S  14-15
    1.5.2 去除 SO_2  15
  1.6 铈在环境工程中的应用  15-17
    1.6.1 铈改性 TiO_2光催化剂  15-16
    1.6.2 铈催化脱硫  16
    1.6.3 铈催化活化污泥质吸附剂  16-17
  1.7 课题来源及主要研究内容  17-18
    1.7.1 课题来源  17
    1.7.2 主要研究内容  17-18
第2章实验材料与方法  18-25
  2.1 实验材料  18-19
    2.1.1 污泥的来源  18
    2.1.2 实验药品及仪器设备  18-19
  2.2 污泥质吸附剂的制备方法  19-20
  2.3 污泥质吸附剂的测定方法  20-22
    2.3.1 含水率的测定  20-21
    2.3.2 产率的测定  21
    2.3.3 碘吸附值的测定  21
    2.3.4 亚甲基蓝吸附值的测定  21-22
  2.4 污泥质吸附剂的表征方法  22-23
    2.4.1 比表面积和孔结构分析  22
    2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）  22
    2.4.3 热重-差热 (TG-DTG)  22-23
    2.4.4 X 射线衍射仪（XRD）  23
    2.4.5 傅里叶变换红外光谱（FI-IR）  23
    2.4.6 X 射线光电子能谱 (XPS)  23
    2.4.7 元素分析  23
  2.5 污泥质吸附剂脱臭实验方法  23-25
第3章污泥质吸附剂的制备及吸附性能研究  25-36
  3.1 污泥的组成与性质  25
  3.2 活化剂的筛选  25-26
  3.3 正交实验确定污泥质吸附剂制备的主要影响因素  26-29
  3.4 单因素实验确定污泥质吸附剂的制备条件  29-35
    3.4.1 活化温度  29-31
    3.4.2 固液比  31-32
    3.4.3 活化剂浓度  32-34
    3.4.4 活化时间  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章铈改性污泥质吸附剂的制备及脱臭效果研究  36-51
  4.1 铈掺杂污泥质吸附剂的制备及脱臭效果研究  36-43
    4.1.1 正交实验确定铈掺杂污泥质吸附剂制备的主要影响因素  36-37
    4.1.2 单因素实验确定铈掺杂污泥质吸附剂的制备条件  37-43
  4.2 铈负载污泥质吸附剂的制备及脱臭效果研究  43-50
    4.2.1 正交实验确定铈负载污泥质吸附剂制备的主要影响因素  43-45
    4.2.2 单因素实验确定铈负载污泥质吸附剂的制备条件  45-50
  4.3 本章小结  50-51
第5章污泥质吸附剂的表征及脱臭机制分析  51-61
  5.1 比表面积和孔结构分析  51-53
  5.2 表面形貌分析  53-54
  5.3 物相分析  54-55
  5.4 热重-差热分析  55-57
  5.5 表面官能团定性分析  57-58
  5.6 表面官能团定量分析  58-59
  5.7 污泥质吸附剂脱臭机制分析  59-60
  5.8 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-67
攻读硕士学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

污泥质吸附剂制备及脱除H_2S臭气效能研究

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