海藻酸钙交联沸石微球对污泥中重金属除去的模拟应用研究

【摘要】：污水处理厂每天会产生大量的污泥,其中有机质、氮、磷的含量均远远高于西北地区土壤中相应的成分含量,有着极好的农业肥料应用前景,目前最大的限制因素是污泥中重金属超标问题。本文通过将海藻酸钠与沸石的混合溶液滴加到氯化钙溶液中发生凝胶反应制备出了一种新型的重金属吸附微球,首先研究了海藻酸钙交联沸石微球对溶液中以Pb~(2+)和Cd~(2+)为代表的重金属离子吸附特性;进一步采用五步提取法结合原子吸收分光光度计测出西安三个污水处理厂的干污泥样本中Pb、Cu、Cd、Zn四种重金属不同形态的含量,以迁移性的强弱和对环境的危害(T1T2T3T4T5)将五种形态分为不稳定态和稳定态,T1、T2、T3、T4属于不稳定态,T5属于稳定态,利用地累指数法进行环境风险评价;最后基于海藻酸钙交联沸石微球处理吸附重金属的特性,进行实验室模拟应用研究,讨论在微球投入污水处理过程中对污泥中重金属总量、各重金属形态比例和环境风险评价的影响。研究得出的结果如下:(1)海藻酸钙交联沸石微球在Pb~(2+)和Cd~(2+)的离子浓度为150mg/L时的吸附饱和量分别为21.6mg/g、12.4mg/g,通过分析吸附重金属离子符合准二级动力学模型说明是复合吸附的过程,既有物理吸附又有化学吸附。对比同条件下单一的沸石的吸附饱和量17.1mg/g、6.7mg/g,分别提升了26.3%和85.1%,对Cd~(2+)吸附量的提升尤为明显。(2)海藻酸钙中有大量负电荷的羧酸根离子(COO-)能与Pb~(2+)和Cd~(2+)结合,生成藻酸的重金属盐沉淀被储存在囊腔内与沸石活性点相互独立,削弱铅镉的相互抑制性,增大在两种重金属共存时海藻酸钙交联沸石微球的吸附饱和容量。能适应多种重金属离子共存的条件,适合处理含有多种重金属的市政污泥。(3)取自三个污水处理厂的污泥利用地累指数法进行环境风险评价,Pb和Zn属于2级中度污染,Cd和Cu属于3级强污染,不经过处理的话进入生态环境将会造成严重危害,尤其是Cd和Pb对人来说具有较强的毒性。(4)以西安草滩污水处理厂A~2/O生物反应池产生的污泥为模拟对象,经过海藻酸钙交联沸石微球的处理,污泥中重金属环境风险评价Pb和Zn由中度污染降低到了无污染级别;Cd和Cu强污染降低到了中度污染级别,经过处理的污泥更加适合堆肥。