污泥焚燒渣處理含鎳廢水的模擬實驗

李婉君，劉敬勇，胡勇毅，陳子龍，李艷芳，林茂煥

（廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

污泥焚燒渣處理含鎳廢水的模擬實驗

李婉君，劉敬勇*，胡勇毅，陳子龍，李艷芳，林茂煥

（廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

污泥焚燒渣具有較大的表面積，對鎳離子有一定的吸附能力。本文研究了吸附時間、鎳離子初始濃度、廢水pH和城市污泥焚燒渣投加量對廢水中鎳離子吸附率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)鎳離子初始質(zhì)量濃度為30 mg/L，廢水pH為7.0，吸附時間為6 h，城市污泥焚燒渣投加量為10 g/L時，吸附效果最佳。

污泥焚燒渣；鎳；吸附；廢水處理

1 前言

污水處理廠剩余污泥含水率高，易腐敗，有惡臭，如不加安全處理會造成嚴(yán)重的二次污染[1-2]。污泥焚燒渣是污水廠的剩余污泥(污水污泥)或工業(yè)污泥(如造紙污泥等)經(jīng)脫水焚燒后產(chǎn)生的。雖然經(jīng)焚燒后污泥中的病原體、病毒等有機體可以去除，但還殘留部分重金屬，如焚燒渣得不到很好的處理，富集的重金屬會導(dǎo)致環(huán)境污染，甚至通過食物鏈危害人們的身體健康[3-4]。研究發(fā)現(xiàn)，污泥焚燒渣富含硅、鋁，呈多孔蜂窩狀，有較大的比表面積，具有一定的吸附能力，對有機污染物及廢水中的大部分重金屬離子均有良好的吸附能力[5-6]。將污泥焚燒渣開發(fā)為吸附劑，既能減少污泥焚燒渣的排放，又能變廢為寶，循環(huán)利用，實現(xiàn)環(huán)境保護和經(jīng)濟效益的雙贏。本文以污泥焚燒渣作為吸附劑，研究了不同吸附時間、廢水pH、污泥焚燒渣投加量等條件下對鎳離子的吸附效果，為污泥焚燒渣開發(fā)為廢水處理吸附劑提供參考。

2 實驗

將城市污水處理廠的污水污泥在105 °C下烘干，然后在馬弗爐中于850 °C下焚燒3 h，將殘留的污泥灰渣磨成粉狀。

所使用的化學(xué)試劑有：Ni(NO3)2(AR)，0.1 mol/L HNO3，0.1 mol/L NaOH，0.01 mol/L HNO3，0.01 mol/L NaOH，試劑均為化學(xué)純。

所使用的設(shè)備有：SHA-C型水浴恒溫振蕩器(金壇市富華儀器有限公司)，pH計，WFX-210原子吸收分光光度計(北京瑞利)。原子吸收分光光度計的工作條件如下：

元素 Ni

波長 232.0 nm

狹縫 0.2 nm

燈電流 3.0 mA

燃燒器高度 7 mm

乙炔壓力 0.09 MPa

空氣流量 7.0 L/min

乙炔流量 1.2 L/min

火焰類型 氧化性藍色焰

廢水采用實驗室模擬配制：用分析天平準(zhǔn)確稱取0.124 01 g Ni(NO3)2，于去離子水中溶解并用2 000 mL的容量瓶定容，配制成含鎳 20 mg/L(記為ρ0)的模擬廢水。移取50 mL廢水于100 mL的高壓聚乙烯瓶中，用0.01 mol/L的HNO3或NaOH調(diào)節(jié)溶液pH，加入焚燒渣，在恒溫水浴中振蕩(速率200 r/min)，一段時間后對溶液中的鎳離子濃度進行取樣測試，得到鎳離子濃度ρ。最后按照式(1)計算焚燒渣對鎳離子的吸附率η。

3 結(jié)果與討論

3. 1 吸附時間對吸附率的影響

在含鎳廢水初始質(zhì)量濃度為20 mg/L，pH為6.0，振蕩時間為360 min，吸附溫度為(30 ± 1) °C，焚燒渣投加量為20 g/L的條件下，吸附時間對廢水中鎳離子的吸附率如圖1所示。

圖1 吸附時間對廢水中鎳離子吸附率的影響Figure 1 Effect of adsorption time on Ni2+ adsorption rate in wastewater

從圖 1可以看出，城市污泥焚燒渣對廢水中鎳離子的吸附率大致隨吸附時間的延長而增大，當(dāng)吸附時間達到360 min時，鎳離子的吸附率最大；繼續(xù)延長時間，吸附率反而有下降的趨勢。其原因是當(dāng)吸附達到平衡時，繼續(xù)反應(yīng)會使已吸附的鎳離子重新溶解到溶液中。因此，最佳吸附時間為360 min。

3. 2 鎳離子初始質(zhì)量濃度對吸附率的影響

在焚燒渣投加量為20 g/L，pH為6.0，吸附溫度為(30 ± 1) °C，振蕩頻率為200 r/min的條件下，鎳離子的初始質(zhì)量濃度對吸附率的影響如圖2所示。

圖2 鎳離子初始質(zhì)量濃度對廢水中鎳離子吸附率的影響Figure 2 Effect of initial mass concentration of Ni2+ on Ni2+ adsorption rate in wastewater

從圖 2可以看出，鎳離子初始質(zhì)量濃度不同，其吸附率也明顯不同，但并不是鎳離子初始濃度越高，吸附效果越好。為了保證吸附效率，鎳離子初始濃度應(yīng)控制在30 mg/L為宜。

3. 3 焚燒渣投加量對吸附率的影響

在pH為6.0，吸附溫度為(30 ± 1) °C，鎳離子的初始濃度為20 mg/L，振蕩頻率為200 r/min的條件下，焚燒渣投加量對吸附率的影響如圖3所示。

圖3 焚燒渣投加量對廢水中鎳離子吸附率的影響Figure 3 Effect of addition amount of sludge incineration residue on Ni2+ adsorption rate in wastewater

從圖 3可以看出，隨著焚燒渣投加量的增大，吸附率明顯提高。焚燒渣投加量一定時，隨著振蕩時間的延長，吸附率逐漸提高。振蕩360 min后，吸附率均達到70%以上。焚燒渣的投加量為10 g/L時，吸附效果較好，而且成本較低。

3. 4 廢水pH對吸附率的影響

在鎳離子的初始質(zhì)量濃度為20 mg/L，焚燒渣投加量為20 g/L，吸附時間為360 min，溫度為(30 ± 1) °C的條件下，廢水pH對鎳離子吸附率的影響如圖4所示。

圖4 廢水pH對廢水中鎳離子吸附率的影響Figure 4 Effect of pH on Ni2+ adsorption rate in wastewater

由圖4可以看出，當(dāng)廢水pH為7時，吸附率最大。pH太低不利于吸附劑吸附鎳離子，其原因可能是 H+與金屬離子的競爭吸附導(dǎo)致焚燒渣對金屬離子的吸附效率下降。故廢水pH為7.0最佳。

4 結(jié)論

(1) 污泥焚燒渣對廢水中的金屬離子具有良好的吸附效果。當(dāng)廢水pH為7.0，振蕩時間為360 min，吸附劑的投加量為10 g/L時，效果較佳。

(2) 并不是鎳離子的初始質(zhì)量濃度越高，吸附效果就越好。為了保證吸附效率，鎳離子初始質(zhì)量濃度應(yīng)控制在30 mg/L。

[1] 夏暢斌, 張玲, 周藝, 等. 城市污泥改性物對電鍍廢水中 Cr(VI)的吸附研究[J]. 材料保護, 2006, 39 (7): 61-63.

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[ 編輯：吳定彥 ]

LI Wan-jun, LIU Jing-yong*, HU Yong-yi, CHEN Zhi-long, LI Yan-fang, LIN Mao-huan

Sludge incineration residue has the features of large surface area and certain adsorption property with Ni2+. The effects of adsorption time, initial concentration of Ni2+, pH and the addition amount of sludge incineration residue on Ni2+adsorption rate in wastewater were studied. The results showed that the adsorption property is the best under the conditions of initial mass concentration of Ni2+30 mg/L, pH 7.0, adsorption time 6 h and sludge incineration residue 10 g/L.

sludge incineration residue; nickel; adsorption; wastewater treatment

Faculty of Environmental Science and Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China

X781.1

A

1004 – 227X (2010) 07 – 0033 – 03 Simulated experiment of treating nickel-containing wastewater with sludge incineration residue //

2010–02–20

2010–03–21

廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技立項及挑戰(zhàn)杯項目（090112）。。

李婉君（1988–），女，廣東中山人，本科在讀，從事環(huán)境生物工程研究。

劉敬勇，講師，(E-mail) www053991@126.com。