基于载镁生物质炭的废水氮磷回收及其对水中铅、铜去除性能的研究

摘要

利用直接沉淀-热改性法制备镁盐改性生物质炭(Mg(OH)2-BC），通过吸附-鸟粪石结晶沉淀深度耦合技术，在模拟沼液中实现了该材料对氮、磷的高效回收。并将Mg(OH)2-BC回收氮磷后的产物，鸟粪石负载-生物质炭(MAP-BC)应用于废水中铅、铜等重金属离子的去除，为畜禽沼液中氮、磷营养素的资源化回收利用提供了一种可行的路径。研究的主要结论如下:
　　(1)以生物质炭为基底材料，通过与氯化镁及氢氧化钠在液相中直接沉淀反应制备前驱体，烘干后置于马弗炉中在450℃下真空焙烧2h后可得到Mg(OH)2-BC。
　　(2)当改性材料投加量为0.3g/L;混合液初始氮、磷浓度分别为120mg/L、60mg/L;混合液初始pH=8;反应温度为298.15K时，Mg(OH)2-BC对模拟沼液中氮磷的吸附量分别可达130.0mg/g和58.83mg/g。实验结果表明，Mg(OH)2-BC吸附氮磷的最优溶液初始pH为8;Mg(OH)2-BC对溶液中氮磷的吸附更符合准二级动力学模型及Langmuir吸附等温模型，反应为自发的放热反应，低温有利于吸附进行。
　　(3)Mg(OH)2-BC回收污泥消化液中氮磷的最优投加量为0.7g/L，对污泥消化液中氮磷的最大吸附量分别可达35.71mg/g，182.14mg/g，最大去除率分别可达35.97％，82.26％。
　　(4)MAP-BC对废水中重金属的吸附试验表明，溶液初始pH变化时，MAP-BC去除重金属的最终产物的形态会随之变化，且MAP-BC对Pb2+和Cu2+的去除效果与溶液初始pH值正相关。MAP-BC可大幅度提高溶液pH，使重金属离子生成金属氢氧化物沉淀。除此之外，MAP-BC还可通过生成铅-磷酸盐沉淀来去除Pb2+;通过生成铜-氨-磷酸盐络合物和氢氧化物沉淀去除Cu2+。
　　(5)动力学及热力学研究表明，MAP-BC对模拟重金属污染废水中Pb2+、Cu2+的吸附过程更符合准二级动力学模型及Langmuir模型，对二者的最大吸附量可达694.44mg/g及176.68mg/g。其反应为自发进行的吸热反应，高温有利于吸附的进行。四种共存离子中，Fe3+对Pb2+和Cu2+的去除呈正效应，Al3+则起负效应;Cl-对Pb2+和Cu2+的去除几乎无影响，SO42-对Pb2+的去除起正效应，对Cu2+的去除几乎无影响。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景及选题依据

1．2 鸟粪石法研究现状

1．2．1 鸟粪石结晶法研究现状

1．2．2 鸟粪石结晶法的影响因素

1．3 生物质炭吸附技术研究现状

1．3．1 不同种类生物质炭对氮磷的吸附

1．3．2 不同种类改性生物质炭对氮磷的吸附

1．3．4 载镁生物质炭吸附剂的研究进展

1．4 铅、铜废水治理技术综述

1．4．1 铅、铜废水治理技术

1．4．2 用含磷吸附剂去除废水中重金属的研究现状

1．5 研究内容与意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

1．5．3 技术路线

2 实验材料与方法

2．1 实验仪器及药品

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验材料及药品

2．2 实验方法

2．2．1 材料制备

2．2．2 批量氮磷吸附实验

2．2．3 批量铅、铜吸附实验

2．2．4 污染物浓度测定方法

2．2．5 样品表征分析方法

3 载镁生物质炭对废水氮磷回收性能的研究

3．1 Mg(OH)2一BC的制备

3．1．1 制备方法

3．1．2 材料表征

3．2 Mg(0H)2一BC对氮磷的吸附性能研究

3．2．1 投加量对氮磷吸附的影响

3．2．2 混合液氮磷初始浓度及配比对氮磷吸附的影响

3．2．3 混合液初始pH对氮磷吸附的影响

3．2．4 吸附动力学

3．2．5 吸附热力学

3．2．6 回收产物分析

3．2．7 Mg(OH)2一BC对实际废水中氮磷的回收效果

3．3 本章小结

4 MAP—BC对废水铅、铜去除性能的研究

4．1 材料制备

4．2 载镁生物质炭对废水铅、铜的去除性能研究

4．2．1 MAP—BC投加量对铅铜去除的影响

4．2．2 溶液初始pH对铅铜去除的影响

4．2．3 吸附动力学

4．2．4 吸附热力学

4．2．5 MAP—BC吸附铅铜机理

4．2．6 共存离子的影响

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 存在问题及研究展望

5．2．1 存在问题

5．2．2 研究展望

附录

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的论文及研究成果