1、目錄摘要.1Abstract.1第一章 緒論11.1課程研究背景.11.2含鉻廢水處理現(xiàn)狀 .11.3污泥活性炭的研究現(xiàn)狀11.4本章結(jié)論1第二章 污泥活性炭制備方法與材料.12.1實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備.12.2原料與特性分析12.3實(shí)驗(yàn)藥品與試劑12.4模擬廢水的配置.12.5污泥活性炭的制備.12.6吸附12.7測(cè)定方法.12.8本章結(jié)論1第三章 結(jié)果與討論13.1獲得率的測(cè)定.13.2吸附動(dòng)力學(xué)分析.13.3浸泡重金屬測(cè)定.13.4結(jié)論.1參考文獻(xiàn).1第一章 緒論1.1課題研究背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鉻及其化合物在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，涉及了冶金、電鍍、制革、油漆等一系列行業(yè)，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同

2、時(shí)，也產(chǎn)生了大量的含鉻廢水;含鉻廢水排入環(huán)境后，對(duì)大氣、水體、環(huán)境都會(huì)造成污染，嚴(yán)重威脅著生態(tài)環(huán)境和人體的健康；鉻的化合物以二價(jià)(如CrO)、三價(jià)(如Cr2O3)和六價(jià)(如CrO3)的形式存在，但以三價(jià)和六價(jià)的化合物最為常見(jiàn)。其毒性則以六價(jià)鉻最強(qiáng)，約為三價(jià)鉻的一百倍，三價(jià)鉻次之，而二價(jià)鉻和鉻本身毒性很小或無(wú)毒性;六價(jià)鉻具有強(qiáng)水溶性，因此其能夠容易的隨著雨水進(jìn)入水體，鉻化物可以通過(guò)消化道、呼吸道、皮膚和粘膜侵人人體，在人體的肝、腎、內(nèi)分泌系統(tǒng)和肺部積聚。毒理作用是影響體內(nèi)物質(zhì)氧化、還原和水解過(guò)程，與核酸、核蛋白結(jié)合影響組織中的磷含量。鉻化合物具有致癌作用。鉻化合物以蒸汽和粉塵的方式進(jìn)入人體組織中

3、，代謝和被清除的速度緩慢，會(huì)引起鼻中隔穿孔、腸胃疾患、白血球下降、類(lèi)似哮喘的肺部病變。皮膚接觸鉻化物可引起愈合極慢的“鉻瘡”。水中的鉻可在魚(yú)的骨骼中積累，此時(shí)Cr3+ 比Cr6+的毒性還大。濃度為3.0 mg/ L即對(duì)淡水魚(yú)有致死作用；濃度為0.01mgL，便可使一些水生生物致死，使水體的自?xún)糇饔檬艿揭种啤Ｈ粲煤t的污水灌溉農(nóng)田，鉻便在植物體內(nèi)積聚，土壤中有機(jī)質(zhì)的消化作用受到抑制，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。鉻的污染主要是由工業(yè)引起。因此，各國(guó)對(duì)排放的廢水、漁業(yè)水域水質(zhì)、農(nóng)田灌溉水質(zhì)、地面水以及飲用水的鉻含量，均有嚴(yán)格規(guī)定。我國(guó)已把六價(jià)鉻規(guī)定為實(shí)施總量控制的指標(biāo)之一，并規(guī)定工業(yè)排放的廢水中六價(jià)鉻最高濃度為0

4、.5 mgL，總鉻的最高濃度為1.5mgL，且不得用稀釋法代替必要的處理；生活飲用水中鉻含量不得超過(guò)0.05mgL。因此研究對(duì)含鉻廢水的除鉻技術(shù)成為了研究的熱點(diǎn)，除鉻技術(shù)的發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。1.2含鉻廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀含鉻廢水的處理是指采用物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法將含鉻廢水中的鉻去除的過(guò)程，目前常用的方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜分離法、生物法、吸附法、漂白粉氧化法、鐵氧體法等。（1）化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是目前應(yīng)用較為廣泛的含鉻廢水處理方法。其基本原理是在酸性條件下向廢水中加入還原劑，將Cr6+還原成Cr3+，然后再加入石灰或氫氧化鈉，使其在堿性條件下生成氫氧化鉻沉淀，從而

5、去除鉻離子。可作為還原劑的有：SO2、FeSO4 、Na2SO3、NaHSO3、Fe等。還原沉淀法具有一次性投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好、操作管理簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，但在采用此方法時(shí)，還原劑的選擇是至關(guān)重要的一個(gè)問(wèn)題。（2）離子交換法離子交換法是借助于離子交換劑上的離子和水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)除去水中有害離子。目前在水處理中廣泛使用的是離子交換樹(shù)脂。對(duì)含鉻廢水先調(diào)pH值，沉淀一部分Cr3+后再行處理。將廢水通過(guò)H型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層，使廢水中的陽(yáng)離子交換成H+而變成相應(yīng)的酸，然后再通過(guò)OH型陰離子交換成OH-，與留下的H+結(jié)合生成水。吸附飽和后的離子交換樹(shù)脂，用NaOH進(jìn)行再生。離子

6、交換法的優(yōu)點(diǎn)是處理效果好，廢水可回用，并可回收鉻酸。尤其適用于處理污染物濃度低、水量小、出水要求高的廢水。缺點(diǎn)是工藝較為復(fù)雜，且使用的樹(shù)脂不同，工藝也不同;一次投資較大，占地面積大，運(yùn)行費(fèi)用高，材料成本高，因此對(duì)于水量很大的工業(yè)廢水，該法在經(jīng)濟(jì)上不適用。（3）電解還原法電解還原法是鐵陽(yáng)極在直流電作用下，不斷溶解產(chǎn)生亞鐵離子，在酸性條件下，將Cr6+還原為Cr3+。用電解法處理含鉻廢水，優(yōu)點(diǎn)是效果穩(wěn)定可靠，操作管理簡(jiǎn)單，設(shè)備占地面積小，廢水中的重金屬離子也能通過(guò)電解有所降低。缺點(diǎn)是耗電量較大，消耗鋼板，運(yùn)行費(fèi)用較高，沉渣綜合利用等問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。（4）鐵氧體法鐵氧體法實(shí)際上是硫酸亞鐵法的發(fā)展

7、，向含鉻廢水中投加廢鐵粉或硫酸亞鐵時(shí)，Cr6+ 可被還原成Cr3+。再加熱、加堿、通過(guò)空氣攪拌，便成為鐵氧體的組成部分，Cr3+轉(zhuǎn)化成類(lèi)似尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧體晶體而沉淀。鐵氧體是指具有鐵離子、氧離子及其他金屬離子所組成的氧化物。鐵氧體法不僅具有還原法的一般優(yōu)點(diǎn)，還有其特點(diǎn)，即鉻污泥可制作磁體和半導(dǎo)體，這樣不但使鉻得以回收利用，又減少了二次污染的發(fā)生，出水水質(zhì)好，能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，鐵氧體法也有試劑投量大，能耗較高，不能單獨(dú)回收有用金屬，處理成本較高的缺點(diǎn)。(5)生物法生物法包括生物沉淀、生物絮凝等，生物法的實(shí)質(zhì)是利用微生物及其新陳代謝的吸附作用、酶的崔化轉(zhuǎn)化作用、絮凝作用等對(duì)廢水中的Cr6+的

8、還原、富集；雖然傳統(tǒng)的物理法、化學(xué)法在處理廢水有一定的成效，但是耗資太大，并且可能產(chǎn)生二次污染，生物法具有成本低、效果好、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的科研開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在已經(jīng)有許多菌種被運(yùn)用到廢水的處理，取得了較好的效果。(6)吸附法固-液界面存在吸附，固體表面有吸附水中溶解物及膠體物的能力，吸附法就是利用這一原理處理廢水；吸附劑具有巨大的比表面積以及表面能，因此能將廢水中的金屬離子除去；此外，吸附劑對(duì)水量和水質(zhì)具有較強(qiáng)的抗沖擊能力，使用后可以再生，且不產(chǎn)生二次污染，來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際操作中，要根據(jù)廢水水質(zhì)及污染物的不同特性選擇恰當(dāng)?shù)奈絼@樣才會(huì)有較好的處理效果。吳克明

9、等采用活性炭填充反應(yīng)柱的方法處理含鉻廢水，六價(jià)鉻的去除率可以達(dá)到98%，處理過(guò)后的水質(zhì)排放符合國(guó)家工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)：賈陳忠等利用處理含鉻廢水，反應(yīng)過(guò)后得到了活性炭工作的飽和吸附容量為803.41mg Cr6+/g,六價(jià)鉻的去除率達(dá)99%以上。近年來(lái)，利用農(nóng)業(yè)秸稈制備制備活性炭用以吸附廢水中有毒有害物質(zhì)稱(chēng)為了研究的熱點(diǎn)；張繼義、徐春梅等研究了氯化鋅法改性小麥制備生物碳質(zhì)吸附劑的最佳工藝條件以及產(chǎn)品對(duì)水體中磷酸根的去除效果，研究表明：當(dāng)氯化鋅質(zhì)量濃度為250mg/l、浸漬比為2.2:1、活化溫度600、活化時(shí)間45min時(shí)，所得到的小麥秸稈生物碳質(zhì)吸附劑的得率為37.85%，對(duì)廢水中磷酸根的去除

10、率為99.33%；1.3污泥活性炭的研究現(xiàn)狀用城市污水處理廠(chǎng)的污泥制備活性炭是上世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的一種新型利用途徑，因?yàn)槠渲苽涑杀镜停猛炯捌鋸V泛，制成的活性炭產(chǎn)品可以用于污水處理去除污水中有毒有害物質(zhì)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，因此對(duì)污泥活性炭的研究成為了熱點(diǎn)。四川省樂(lè)山市環(huán)境科學(xué)研究所萬(wàn)紅云利用活性污泥制造活性炭，并對(duì)活性炭的媳婦等溫線(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道；2001年中國(guó)環(huán)境科學(xué)院胡華龍等利用石化污泥生產(chǎn)新型除油吸附劑的實(shí)驗(yàn)研究；張仲燕、卞華松等采用先干燥再浸漬活化流程對(duì)有機(jī)污泥進(jìn)行了改制含碳吸附劑工藝的研究；改制成碘值為512mg/g以上的含碳吸附劑，并利用其處理電泳漆廢水和含苯酚廢水；余

11、蘭蘭、鐘秦等以城市污水處理廠(chǎng)剩余污泥為原料，采用不同活化方法制備活性炭吸附劑，采用單因素實(shí)驗(yàn)黨法，對(duì)比不同活化劑的活化效果，并對(duì)影響活化產(chǎn)物吸附性能的因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：化學(xué)活化法制備的活性炭吸附劑吸附性能較好，用化學(xué)活化法制備的活性炭吸附劑處理城市污水。COD的去除率較高，污水色度也有較大改善。1.4本章結(jié)論(1)經(jīng)過(guò)一系列含鉻廢水除鉻方法的對(duì)比，吸附法處理廢水具有原料來(lái)源廣，價(jià)格便宜，效果好等優(yōu)點(diǎn)，具備了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，因此吸附法是最處理含鉻廢水最好的方法；（2）大量的科學(xué)研究表明：利用污泥活性炭吸附劑處理含鉻廢水是最經(jīng)濟(jì)有效的方法。第二章 實(shí)驗(yàn)方法與材料2.1實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備本研究是

12、在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，用到的主要儀器與設(shè)備有：（1）瓷坩堝；（2）電子天平；（3）馬弗爐；（4）電熱鼓風(fēng)干燥箱；（5）ph測(cè)量?jī)x（或ph試紙）；2.2實(shí)驗(yàn)材料來(lái)源與特性分析本實(shí)驗(yàn)所用的玉米秸稈采自都江堰周邊農(nóng)村，玉米秸稈采回后用自來(lái)水洗凈，洗凈之后放入80的溫箱中烘2小時(shí)烘至恒重后將玉米秸稈粉碎過(guò)65目篩，然后裝入棕色瓶備用；城市污泥取自都江堰污水處理場(chǎng)，取回后先自然風(fēng)干后在放入烘箱烘至恒重，之后將污泥粉碎，對(duì)污泥的性質(zhì)進(jìn)行分析，污泥的物化指標(biāo)只要包括：含水率、揮發(fā)性固體、灰分、PH、重金屬含量。（1）測(cè)定含水率：污泥含水率是指污泥所含水分的質(zhì)量與污泥總質(zhì)量的百分比；首先用千分

13、之一電子天平取10.000g污泥，將污泥放入恒重的坩堝中，再放入110烘箱中烘2，冷卻后稱(chēng)重即得到含水率。本實(shí)驗(yàn)做三組平行實(shí)驗(yàn)，取其平均值。污泥中的含水率w用%表示,按照下式（2-1）計(jì)算： （2-1） 式中：m稱(chēng)取污泥樣品的質(zhì)量，單位為克（g）； m1恒重后瓷方舟加恒重后污泥樣品質(zhì)量的數(shù)值，單位為克（g）； m2恒重后瓷方舟的質(zhì)量，單位為克（g）。（2）測(cè)定揮發(fā)性固體：污泥中有機(jī)物的含量可以用揮發(fā)性固體表示；其測(cè)定方法是取一定量的污泥放入預(yù)先恒重的瓷坩堝中，移入烘箱烘箱中在105下烘兩小時(shí)，取出后待其干燥冷卻后稱(chēng)重。再將冷卻的樣品放入馬弗爐在600下灼燒1小時(shí)，待爐內(nèi)溫度降到200時(shí)取出，冷

14、卻后稱(chēng)重。污泥中揮發(fā)性固體的含量VS,可按下式（2-2）計(jì)算： （2-2）式中：VS揮發(fā)性固體的含量(%);W1瓷方舟的質(zhì)量（g）；W2烘干污泥與瓷方舟的總質(zhì)量（g）；W3灼燒后污泥樣品和瓷方舟的總質(zhì)量（g）。（3）灰分：準(zhǔn)確稱(chēng)取10.0mg樣品在預(yù)先恒重的瓷方舟內(nèi)（均勻鋪平），移入850的高溫爐內(nèi)灼燒3h，取出瓷方舟在空氣中冷卻10min，再放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱(chēng)量。污泥中的灰分可按下式（2-3）進(jìn)行計(jì)算： （2-3） 式中AB污泥的灰分%； 試樣灼燒后加瓷方舟的質(zhì)量（g）； 瓷方舟的質(zhì)量（g）； 試樣加瓷方舟的質(zhì)量（g）。2.3實(shí)驗(yàn)藥品與試劑（1）重鉻酸鉀（分析純）；2.4模擬廢水的配

15、置 將1ml重鉻酸鉀（分析純）放入到一個(gè)裝有一定量的去離子水的1000ml的容量瓶中，蓋上瓶蓋，然后劇烈振蕩使其完全溶解，完全溶解過(guò)后用去離子水定容至1000ml，定容過(guò)后用分光光度法測(cè)定模擬廢水的濃度，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)需要稀釋。2.5污泥活性炭的制備本研究采用化學(xué)活化法制備活性炭吸附，所用到的原料是玉米秸稈和城市污泥，以氯化鋅為活化劑。化學(xué)活化發(fā)制備污泥活性炭的流程如下：（1）首先配置4的氯化鋅溶液（活化劑）待用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按需要進(jìn)行稀釋?zhuān)唬?）原料：取出破碎了的玉米秸稈和粉碎了的城市污泥，按一定的比例混合均勻；（3）將混合均勻的原料與一定濃度的活化劑混合，攪拌搖勻，使其充分混合；（4）浸泡：將步驟三的混合物在常溫下浸泡12h;（5）常溫下浸泡12h過(guò)后，將浸泡樣品移入烘箱110下干燥12小時(shí)；（6）干燥后的樣品移入馬弗爐，氮?dú)獯祾撸R弗爐在500-900下活化30min至150min，活化時(shí)間到后在馬弗爐中冷卻；（7）冷卻后從馬弗爐