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《昆明理工大学》 2010年
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镧负载粉煤灰基吸附剂深度处理稀土冶炼氨氮废水

袁艳梅  
【摘要】:我国具有得天独厚的稀土资源优势,其中包头市的稀土资源占全国的83%。随着我国稀土产业的发展,稀土行业的污染问题也日益突出。 现有稀土冶炼工艺比较复杂。由于化学药剂的引入而产生大量废水,其中,高浓度氨氮废水是稀土工业三大废水之一。包头部分未经处理的稀土工业废水任意排放,已经导致黄河包头段水质污染并呈逐年恶化的趋势。因此,对稀土冶炼氨氮废水的有效处理与达标排放势在必行。 本论文在文献调研和现场调查的基础上,采用“化学沉淀-吹脱”作为稀土冶炼氨氮废水预处理手段,重点开展了以吸附法作为深度处理方法的相关研究,从“以废治废”的角度选用粉煤灰为载体,通过硫酸浸渍预处理后,应用沉淀法将稀土氧化物La203负载于粉煤灰上,制备了镧负载粉煤灰基吸附剂,并研究考察了吸附剂制备条件对吸附性能的影响;同时,以静态吸附实验研究考察了吸附剂粒径、吸附剂用量、废水pH值、吸附时间以及共存阳离子对吸附性能的影响。通过吸附等温线和吸附速率曲线的测定,进行了吸附热力学和动力学的研究,并考察了吸附剂的再生性能;利用SEM、XRD和XPS表征手段对镧负载粉煤灰基吸附剂的表面形貌、晶体结构和表面化学成分进行研究,初步探讨了镧负载粉煤灰基吸附剂对废水中氨氮的吸附机理。最后,提出了针对稀土冶炼氨氮废水处理的“化学沉淀-吹脱-吸附组合工艺”,并进行了简单的技术经济分析。 研究结果表明: (1)镧负载粉煤灰基吸附剂制备的最佳条件为镧离子浸渍浓度为0.35%、浸渍pH为11、微波辐照功率为385W、微波辐照时间为10min,各因素对氨氮去除率影响大小为:镧离子浸渍浓度微波功率浸渍pH值微波辐照时间。 (2)镧负载粉煤灰基吸附剂吸附氨氮的最佳条件为:吸附剂粒径为≥160目,用量为50 g·L-1,废水pH值为10,吸附时间为2h。碱性条件下,氧化镧不易溶出,且碱性条件也有利于氨氮的去除,在吸附时间为3h内,粉煤灰表面氧化镧附着稳定。 (3)对吸附剂等温吸附线进行拟合发现,镧负载粉煤灰基吸附剂对氨氮的吸附更符合Freundlich吸附等温方程,且吸附容易进行,与原粉煤灰及预处理粉煤灰相比,其吸附性能更优。吸附速率曲线的拟合表明,镧负载粉煤灰基吸附剂对氨氮的吸附量随时间的变化更符合Bangham方程,即该吸附符合一级反应动力学方程。 (4)通过对吸附剂的再生性能考察发现,再生pH值6时,再生吸附剂的吸附容量很小,而当pH值6时,其吸附性能较好,表明碱性再生条件有利于再生吸附剂去除氨氮。经一次再生后,吸附剂的吸附容量为8.38mg·g-1,再生6次时,吸附剂仍具有一定的吸附能力,达7次后,吸附容量已经很小。 (5)通过吸附机理的初步探讨发现,镧负载粉煤灰基吸附剂对氨氮的去除主要是通过吸附和离子交换作用实现的,其中主要包括粉煤灰晶体结构对氨氮的物理和化学吸附、铝离子的离子交换吸附、氧化镧的表面羟基化而发生的离子交换吸附以及络合反应。 根据研究报道,对现有处理工艺的优缺点进行分析比较,结合预处理工艺和深度处理工艺,设计了湿法稀土冶炼氨氮废水处理工艺:化学沉淀-吹脱-吸附组合工艺,在满足同样出水中氨氮浓度的条件下,无论从投资估算还是运行费用看,该组合工艺都具有较大的优势。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

【引证文献】
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