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重金属污染底泥固化体负载铁去除水中磷

摘要:重金属污染底泥固化体负载铁去除水中磷,重金属由于其不可降解性、对环境的持久危害性以及较强的生物毒性与生物蓄积性,使得底泥重金属污染成为备受关注的环境问题之一。近些年

  重金属超标因为其不生物降解性、对自然环境的长久不良影响及其极强的生物毒性与微生物低毒性,促使淤泥工业污染变成备受关注的环境污染问题之一。近几年来有权威专家对在我国湘江、大河、巢湖、洪泽湖、昆明滇池等关键湖长制水体的淤泥重金属超标现况开展调查分析,结果显示,各湖长制水体中的淤泥重金属超标成分大多数高过本地土地质量情况值,存有着多多少少的淤泥工业污染难题,环境污染率做到近80.1%,环境污染现况令人担忧。水质水体富营养化难题一样也是在我国绝大多数湖长制水体遭遇的一大自然环境挑戰,随着着人们生产制造生活水平慢慢提升 的是氮、磷等微量元素的应用与消耗量的飙升,有专家学者强调在操纵水质水体富营养化难题应该放开对氮的操纵,侧重于磷的管理方法。文中对于河堤中的淤泥工业污染难题及其水质水体富营养化,运用免煅烧干固防老化技术性,操纵淤泥中的重金属超标空气污染物进行析出,并使其转换为具备一定结构力学抗压强度的干固体,再根据铁改性材料的方法将干固体转换为一种吸咐原材料,可以除去水里的磷。将河堤中受环境污染的危险废物转换变成整治河堤的新型功能材料,取之于河堤,用之于河堤,为淤泥的解决与应急处置及其水污染治理的整治出示基础理论参照。

  一、原材料与方式

  1.1 人力配备工业污染淤泥

  实验用河堤淤泥采自于上海振兴河(上海黄浦江干支流)海安县路桥区段,对试供淤泥中的重金属超标成分开展剖析,結果如表1所显示,发觉该流域淤泥中重金属超标成分较低,均在上海土地质量情况值下列,为更强点评环氧胶泥干固/防老化对工业污染淤泥的干固实际效果,选择比较普遍的Pb,C和Cu3种重金属超标,以《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600—2018)挑选值的2倍为加上量,来配置工业污染淤泥。

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  1.2 原材料与机器设备

  混凝土:本科学研究采用环氧胶泥环氧固化剂,来自安徽海螺股权有限责任公司的大海螺牌PI52.5型号规格粉煤灰水泥。

  药物:磷酸二氢钾、氯化铁、冰醋酸、硫酸、高氯酸、盐酸、硫酸、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、硝酸铜、氰化钠镉、硝酸铅、氢氧化钠溶液、碳酸氢纳、氧化钠,之上均为分析纯。

  仪器设备:DYE-300S型抗压强度抗压强度一体机、UV-2600型紫外线光度计、YH-40B型规范混凝土胶砂试体养护箱、ZHL-280型水浴恒温振荡器、上海一恒牌箱式电阻炉。

  1.3 实验方式

  1.3.1 淤泥干固体的制取

  向配置好的淤泥中添加粉煤灰水泥,混凝土摄入量各自为淤泥品质的10%,20%,30%和40%,将原材料放置搅拌器中以150r•min−1的转速比充足拌和。选用70.7mm×70.7mm×70.7mm规范试块实体模型为搅拌均匀的原材料注模,应用振动平台将浆体震动夯实至表层无显著坍塌,放置阴凉的地方24小时出模。在养护箱控温(20℃)控湿(≥90%)的标准下保养7,14和28d。

  1.3.2 铁改性材料淤泥干固体

  将淤泥干固体放置1mol•L−1的FeCl3中泡浸24小时,再应用箱式电阻炉600℃培烧1h。用纯净水不断清理至液體回应,风干预留。

  1.3.3 除磷实验

  称量一定量的KH2PO4于双蒸水中,配置成浓度值为5.00×10−4g•L−1的仿真模拟含磷量自来水。在100mL的仿真模拟水质采样中放进一定量的改性材料干固体,调整pH,在恒温摇床中以180r•min−1的速率震荡一段时间,取上清液过0.45μm滤纸,测量上清液中磷浓度值。

  二、結果与探讨

  2.1 干固体的理化性质检验

  为保证淤泥干固体作为水质除磷原材料的全过程中不容易对水环境治理导致二次污染,产生潜在性绿色生态风险性,且具有一定的物理性能,必须对制取好的淤泥干固体开展重金属超标毒副作用浸取检验与无侧限抗拉强度开展检验。

  2.1.1 重金属超标毒副作用浸取

  本实验采用我国环保企业规范《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》(HJ/T300—2007)[8]仿真模拟酸碱性标准下各重金属超标浸取浓度值。配置乙酸钠萃取液:将5.4mL冰醋酸迁移至1L的容量瓶中,纯净水定容,调整pH至2.88±0.05,即是萃取液。将淤泥干固体粉碎碾磨,过9.5毫米不锈钢筛网。称量干固体3g,迁移至五十米L离心管中,并加上40mL的萃取液,保证非均相之比1:20。放置旋转式震荡器上,以(30±2)r•min−1的转速比波动16~20h。波动进行后放置离心脱水机中,以4000r•min−1的转速比抽滤10min,取上清液过0.45μm滤纸,经ICP-MS测量重金属超标浸取浓度值。3种人力加上重金属超标的浸取浓度值如图所示1所显示。

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  根据毒副作用浸取实验发觉,历经粉煤灰水泥干固以后,干固体里的重金属超标浸取浓度值拥有明显的减少。当混凝土摄入量做到40%,保养混凝土强度为28d时,Cd,Cu与Pb防老化率做到92.5%,91.8%和99.5%;Cd,Cu和Pb的浸取浓度值各自为1.00×10−4,1.18×10−2和1.40×10−4g•L−1。其浸取浓度值均小于国家行业标准《生活垃圾填埋场控制标准(GB16889—2008)》中的重金属超标毒副作用浸取限制值,合乎解决后干固原材料的检测标准。

  2.1.2 无侧限抗拉强度

  本实验将依据国家行业标准《土方试验标准》(GB/T50123—1999)中要求检验方式对淤泥干固体开展无侧限抗拉强度检验,将各保养混凝土强度的淤泥干固体放置抗压强度抗压强度一体机安装板的管理中心部位,以0.1kN•s−1的加荷速率地为干固体施压直到干固体产生粉碎,纪录载荷曲线图最高值,测试3组平行面样,取算术均值为载荷值。运用公式计算(1)测算干固体无侧限抗拉强度:

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  式中:f为无侧限抗拉强度;P为载荷最高值;A为干固体的承受力总面积。不一样混凝土摄入量下淤泥干固体无侧限抗拉强度如图2所显示。

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  淤泥干固体在混凝土摄入量30%保养14d时抗拉强度做到1.01MPa,超出《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》(CJJ90—2002)中划分的干固物安全性垃圾填埋最少规定值0.98MPa。当混凝土摄入量40%保养28d时抗拉强度做到3.81MPa,考虑《公路路面基层施工技术规范》要求抗拉强度最低限1.50MPa,做到垃圾填埋或是做为土工合成材料的抗压强度规范。且历经环氧胶泥环氧固化剂解决获得的干固体自身具有出色的防透水性、防腐蚀,考虑事后资源化再生运用规定。

  2.2 改性材料干固体吸咐影响因素

  从淤泥干固体的安全系数与结构力学抗压强度考虑,采用混凝土摄入量40%保养混凝土强度28d的干固体经FeCl3改性材料,将制取好的改性材料干固体用以水里的磷的除去。根据更改危害除磷实际效果的要素:载铁量、吸咐時间、改性材料干固体泥量、pH,先后调查这4个要素对磷除去实际效果的危害。

  2.2.1 铁成分对改性材料干固体吸咐特性的危害

  取配备好的不一样浓度值的FeCl3水溶液十米L倒进100mL量杯之中,调节铁摄入量(以摩尔质量计)为0,11.1,22.4,56.0,112.0,168.0,224.0和280.0g•kg−1,取20g干固体预浸6小时后风干,取下放置箱式电阻炉中培烧改性材料,并对制取好的不一样铁成分改性材料干固体的吸咐除磷特性开展研究,結果如图所示3所显示。

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  由图3由此可见,摄入量为0即未改性材料的淤泥干固体自身具备一定的吸咐除磷实际效果,除去高效率约为41.2%。但经铁改性材料后的淤泥干固体对磷的污泥负荷明显提升 ,并且伴随着铁摄入量的提升而提升。当铁摄入量从11.3g•kg−1提升到112.0g•kg−1时,改性材料淤泥干固体对磷的污泥负荷由76.2%做到最大98.7%,自此,再提升铁的摄入量,污泥负荷不会再提升并且还略微降低。这是由于当铁成分较较少时,没法匀称遮盖干固体,不可以产生详细的铁氧化物包囊层,导致改性材料干固体除磷高效率不足高。当铁成分做到适合的值,产生一层匀称高密度的化合物遮盖塑料薄膜,与磷酸根触碰总面积较大 ,吸咐工作能力提高。当铁负荷过多时,非常容易将干固体里的孔隙度阻塞,对除磷实际效果导致不好危害。因而,铁改性材料干固体最佳的铁成分配制为112.0g•kg−1(Fe/干固体)。

  2.2.2 吸咐時间对吸咐磷的危害

  取5.00×10−4g•L−1磷水溶液100mL、调整pH为6,改性材料干固体投加比20g•L−1,各自在15,30,45,60,75,90,105和120min取上清液过0.45μm滤纸,测量上清液磷浓度值,結果图4所显示。

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  改性材料干固体的磷污泥负荷伴随着時间呈持续上升发展趋势,在吸咐時间做到90min时,磷污泥负荷约98.1%。王诗博等运用硝酸铁对麦饭石开展改性材料,在6小时时磷污泥负荷为98%;张挺运用铝改性材料陶粒对磷酸根的在五十米in磷污泥负荷做到51.8%,相比于选用不一样金属盐开展改性材料,铁改性材料淤泥干固体对磷的吸咐時间与污泥负荷拥有较好实际效果。

  2.2.3改性材料干固体泥量对吸咐磷的危害

  取5.00×10−4g•L−1磷水溶液100mL,调整pH为6,向锥形瓶找加0,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.0和3.0g改性材料淤泥干固体,吸咐90min后磷污泥负荷如图所示5所显示。

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  改性材料干固体投加比为1g•L−1时,磷污泥负荷就能做到85%,泥量为20g•L−1时有最好磷污泥负荷,为98.1%,再次提升泥量污泥负荷不会再产生变化。但随着泥量的提升,企业改性材料干固体的吸咐量呈下降趋势,企业吸咐量最高值出現在泥量1g•L−1时,做到1.73×10−4g•kg−1。

  2.2.4 pH对吸咐磷的危害

  取5.00×10−4g•L−1磷水溶液100mL,向锥形瓶找加20g•L−1改性材料淤泥干固体,调整pH为2,3,4,5,6,7,8,9和10,磷水溶液初始pH为5.5,吸咐90min后磷污泥负荷如图所示6所显示。

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  由图6能够看得出当pH为2~10时,改性材料干固体的磷除去首先扩大后减少,当pH为6时有最大磷污泥负荷。它是因为改性材料干固体对磷的吸咐主要是借助有机化学吸咐,是根据磷酸根将铁氧化物表层融合的水分更换出去,而在强碱标准下,氢氧根离子浓度值上升,具有合理吸咐功效的Fe-OH逐渐向Fe-OH2 变化,导致磷污泥负荷的减少。当水溶液中的pH较高,水溶液中的OH−浓度值升高,这时改性材料干固体表层吸咐结构域被OH−所占有,对磷吸咐高效率导致危害。

  2.3 吸附等温线

  20,30和40℃下各自取浓度值为1.0×10−3,2.0×10−3,5.0×10−3,1.0×10−2,1.5×10−2,2.5×10−2,5.0×10−2和0.1g•L−1磷水溶液100mL,改性材料干固体投加比为20g•L−1,调整pH为6,开展震荡吸咐。等温过程吸咐特点能够根据Langmuir实体模型与Freundlich实体模型2种实体模型开展线性拟合。线性拟合方程组如式(2)和(3):

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  式中:Ce为均衡浓度值;Qe为均衡时吸咐量;Qm为较大 吸咐量;b为Langmuir参量;Kf为Freundlich参量;n为吸咐指数值。

  依据二种实体模型各自绘图吸附等温线,线性拟合线性相关如表2所显示:

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  改性材料干固体吸咐全过程与Langmuir实体模型相关系数r各自为0.9501,0.954与0.9564,拟合程度不错,能够测算出在20,30和40℃下改性材料干固体单分子层较大 吸咐量各自为6.438,6.815和7.325g•kg−1。改性材料干固体较大 吸咐量随溫度上升而提升,表明吸咐除磷的全过程为放热反应全过程,适度的提升 工作温度有益于提高改性材料干固体的吸咐除磷特性。与Freundlich实体模型相关系数rR2分别为0.9876,0.9892和0.9864。线性拟合的相关系数r要好于Langmuir实体模型线性拟合,总体上Freundlich实体模型更能叙述改性材料干固体吸咐磷酸根的全过程,这也表明改性材料干固体对磷的吸咐全过程存有表层不规律性的多分子结构层提升吸咐,而不仅有单分子层吸咐全过程。

  2.4 吸附动力学

  取5.00×10−4g•L−1与0.01g•L−1磷水溶液各100mL,向锥形瓶找加20g•L−1改性材料淤泥干固体,调整pH为6,取震荡吸咐15,30,45,60,75和90min时的上清液,测量磷吸咐量并与吸附动力学实体模型开展线性拟合,线性拟合結果如图所示7与图8所显示:原始磷浓度值为5.00×10−4g•L−1与0.01g•L−1下改性材料干固体吸咐量与准一级动力学方程的相关系数r各自为0.8959和0.8649。与准二级动力学方程的相关系数r为0.9799和0.9597,表明改性材料淤泥干固体与准二级动力学方程的拟合程度更加贴近。

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  2.5 过柱及循环系统应用频次

  本科学研究采用不一样浓度值的HCl,NaOH,NaHCO3及其纯净水对改性材料干固体开展过柱。过柱实际效果如图所示9所显示:在应用1mol•L−1的NaOH对改性材料干固体开展过柱时,脱附率做到最大的97.1%。应用的过柱剂水溶液的pH持续上升,过柱实际效果主要表现出了减少发展趋势,在应用1mol•L−1的HCl水溶液开展过柱时,脱附率仅为6.4%,表明过柱液的pH越高,对吸咐后的改性材料干固体过柱实际效果越好。改性材料干固体做为吸收剂具备不错的反复运用特性。

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  三、结果

  (1)历经粉煤灰水泥干固以后,受环境污染淤泥干固体里重金属超标浸取浓度值显著降低。当混凝土摄入量做到40%保养時间为28d时,Cd、Cu与Pb防老化率做到92.5%,91.8%和99.5%;Cd,Cu和Pb的浸取浓度值各自为1.00×10−4,1.18×10−2和1.40×10−4g•L−1。其浸取浓度值均小于国家行业标准《生活垃圾填埋场控制标准(GB16889—2008)》中的重金属超标毒副作用浸取限制值,合乎解决后干固原材料的检测标准。

  (2)混凝土摄入量40%保养28d时的干固体抗拉强度做到3.81MPa,超出《公路路面基层施工技术规范》要求抗拉强度最低限1.50MPa,做到垃圾填埋或是做为土工合成材料的抗压强度规范,考虑事后资源化再生运用规定。

  (3)未改性材料的淤泥对磷的除去高效率约为41.2%。经铁改性材料后淤泥干固体对磷的污泥负荷随铁摄入量的提升而提升。当铁摄入量从11.3g•kg−1提升到112.0g•kg−1时,改性材料淤泥干固体对磷的污泥负荷由76.2%做到最大98.7%。铁改性材料干固体最佳的铁成分配制为112.0g•kg−1(Fe/干固体)。

  (4)历经铁改性材料的淤泥干固体对磷的污泥负荷伴随着時间及其泥量呈持续上升发展趋势,在吸咐時间做到90min时均衡,在泥量做到20g•L−1时有最好的磷污泥负荷98.1%,随着着泥量的提高,企业吸咐量展现下降趋势,在泥量为1g•L−1时企业吸咐量达最高值,为1.73×10−4g•kg−1。除磷最好pH为6。

  (5)改性材料干固体吸咐全过程合乎Freundlich实体模型,吸附动力学与准二级动力学方程的拟合程度更加贴近。改性材料干固体对磷的吸咐关键由有机化学吸咐来把控。

  (6)应用NaOH,HCl,纯净水及其NaHCO3对吸咐后的改性材料干固体开展过柱,应用1mol•L−1的NaOH对改性材料干固体开展过柱时,脱附率做到最大的97.1%。过柱液pH越低,对改性材料干固体过柱实际效果越好,可做为反复运用的水里除磷原材料。(来源于:上海理工大学
自然环境与建筑学院)

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作者: 三六五环保公司

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