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《河北工程大学》 2018年
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改性活性炭吸附养猪废水厌氧发酵液中Cr(Ⅵ)的试验研究

王丽君  
【摘要】:养猪废水厌氧发酵液作为农业重要的水资源来源,其中含有氮、磷、钾等元素可以作为营养元素被植物吸收利用,亦可以节约水资源,缓解用水紧张。但是,目前许多养殖户在养殖过程中,为了避免畜禽生病、提高其饲料利用率,在饲料中添加一定量重金属,如:铜、锌、铁、砷、铬、铅等。这些元素很难被畜禽消化吸收,绝大部分会通过粪便和尿液被排出体外,如果农田长期灌溉含大量重金属的废水,对土壤、地下水和农作物都会造成危害。为了避免养猪废水厌氧发酵液的危害,去除其中重金属,将氮磷资源化已成为研究热点。本研究采用活性炭吸附法去除养猪废水厌氧发酵液中的重金属,活性炭具有比表面大、孔隙发达、材料易得等优点。为了提高活性炭对重金属的吸附性能,采用柠檬酸对活性炭进行改性,以Cr(Ⅵ)为研究对象,探讨了柠檬酸改性活性炭的表面物理性质和其对Cr(Ⅵ)的吸附效果和吸附机理。论文主要研究内容和结论如下:(1)考察了不同材质的活性炭(煤质、木质、杏壳、椰壳)最佳改性条件。煤质和杏壳的最佳改性浓度为2%柠檬酸,椰壳和木质的最佳改性浓度为4%柠檬酸,改性时间为2h,改性温度为25℃。通过单因素吸附试验,各类改性活性炭在最佳条件下的吸附能力为:椰壳木质杏壳煤质。(2)采用Boehm、BET、FT-IR、XRD和SEM等方法对柠檬酸改性椰壳活性炭进行表面物理化学性质的表征。结果表明:柠檬酸改性使得活性炭孔隙坍塌,比表面积、微孔面积和体积等减小;柠檬酸改性使得活性炭表面官能团含量增加,增加了0.470mmol/g,尤其羧基含量增加最多,为0.434mmol/g,这与FT-IR结果一致。(3)通过单因素试验研究了不同水质条件对活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影响,通过吸附等温线模型和吸附动力学模型对吸附机理进行了初步探讨,对柠檬酸改性活性炭的最佳再生条件进行了研究。结果表明,pH是影响活性炭吸附Cr(Ⅵ)效果最主要因素,在pH=4时,对5mg/L的Cr(Ⅵ)溶液去除率达到了最大,为97.73%。随着吸附的进行,在360min达到了动态平衡。阴离子浓度对活性炭吸附Cr(Ⅵ)有较大影响,随着阴离子浓度的增加,活性炭对Cr(Ⅵ)的去除率在下降。改性炭吸附过程遵循Langmuir等温吸附方程,吸附形式主要为单层吸附;符合准二级动力学模型。使用0.2mol/L的NaOH,再生6h对改性炭的再生效果最好。(4)以养猪废水厌氧发酵液为研究对象,分析了吸附过程中的影响因素,同时研究了这些影响因素对活性炭吸附氮磷的影响。并以Cu(II)为代表,研究了养猪废水厌氧发酵液中存在的竞争吸附。结果表明,养猪废水厌氧发酵液复杂的水环境,使得在相同条件下改性炭对Cr(Ⅵ)的去除率下降。pH是影响改性炭吸附氮磷主要的因素,主要是NH_4~+和P存在形式随pH在变化。改性炭对NH_4~+的去除率随pH的增加呈先增加后减小的趋势,当pH从4增加到9,改性炭对NH_4~+的去除率从11.07%增加至27.09%;当pH继续从9增加到11时,改性炭对NH_4~+的去除率从27.09%减小至24.36%。改性炭对P的去除随pH的增加在减小,从14.23%下降至8.50%。改性炭对Cu(II)的吸附随pH的增加从52.18%增加至83.00%,活性炭对Cu(II)的去除一部分是自身的吸附,另一部分是沉淀作用。控制pH对改性炭去除养猪废水厌氧发酵液中重金属至关重要。改性炭吸附过程遵循Langmuir等温吸附方程,吸附形式主要为单层吸附;符合准二级动力学模型。
【学位授予单位】:河北工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X713

【参考文献】
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