本文關(guān)鍵詞：城市污泥中腐殖酸的提取工藝及其性能研究　出處：《鄭州大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本文以某大型污水處理廠污泥處置系統(tǒng)消化前、后兩個(gè)工段排放的剩余活性污泥為原料,采用堿溶酸析超聲波輔助提取工藝,提取污泥腐殖酸(HA),并對(duì)純化后產(chǎn)品的性能進(jìn)行分析研究。以HA提取率作為考察指標(biāo),考察泥堿比、活化劑用量、堿液濃度、提取溫度、超聲功率、提取時(shí)間以及酸析終點(diǎn)pH對(duì)HA提取效果的影響;以單因素實(shí)驗(yàn)中對(duì)提取效果影響較大的幾個(gè)條件為因素,設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化提取工藝,經(jīng)驗(yàn)證得出:消化前HA最佳提取工藝為:NaOH濃度0.6 mol/L、超聲時(shí)間10min、超聲功率312.5W、酸析至pH=1.5,在此條件下,消化前HA的提取率為90.3%,HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.30%;消化后HA最佳提取工藝為:NaOH濃度0.3 mol/L、10%HCl加入量7.5mL,提取溫度30℃,酸析至pH=2.5,此時(shí)消化后HA的提取率為92.3%,HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83.12%。采用紅外光譜、元素分析、掃描電鏡、凝膠色譜、紫外-可見光譜以及凝聚限度分析,對(duì)純化后兩種HA產(chǎn)品性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明,兩種HA均由C、H、O、N、S五種元素組成,結(jié)構(gòu)中含有大量的酚羥基、醇羥基、硝基等芳香族和脂肪族化合物,消化前和消化后HA的重均相對(duì)分子量分別為27095和25156,與礦源HA相比,污泥HA含有的官能團(tuán)種類更多,比如:肽鍵、磺基、醚鍵、酰胺等,分子量更小,因此污泥HA具有生化腐殖酸的表觀特征。兩種HA表面疏松粗糙,具有很大的孔隙度,此結(jié)構(gòu)可以為吸附以及其他用途提供有利的空隙和通道。兩種HA的紫外光譜是單調(diào)而無特征性的,只在210nm附近有一個(gè)來自于芳香結(jié)構(gòu)的吸收峰。污泥HA與礦源HA相比,污泥HA分子中含有更多的芳香基團(tuán),而礦源HA則含有更多的脂肪鏈結(jié)構(gòu)。消化后HA分子中的含氧官能團(tuán)含量大于消化前HA以及以土壤和沉積物為原料提取的HA;經(jīng)過微生物的厭氧消化過程,消化后HA的腐殖化程度較消化前的升高,性質(zhì)也更穩(wěn)定。兩種HA的絮凝極限值分別為20.0 mmol/L和38.8 mmol/L,比較礦源HA,污泥HA對(duì)電解質(zhì)具有更好的穩(wěn)定性和更強(qiáng)的抗硬水能力。采用熱重分析法(TG-DTG)對(duì)消化后污泥HA的熱分解行為及動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa積分法、Kissinger最大速率法和?atava-?esták積分法對(duì)熱分解的非等溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,污泥HA的熱分解過程主要發(fā)生在473.15~773.15K,且分為兩個(gè)階段;第一階段的熱分解過程滿足機(jī)理函數(shù)Avrami-Erofeev(n=3)方程,積分表達(dá)式為:G(α)=-ln (1-α),表觀活化能E=168.718 kJ/mol,指前因子A=1.770×10 s;第二階段的熱分解滿足機(jī)理函數(shù)Avrami-Erofeev(n=4)方程,積分表達(dá)式為:G(α)=-ln (1-α),表觀活化能E=136.446 kJ/mol,指前因子A=4.295×10 s;同時(shí)也相應(yīng)得出熱分解過程兩個(gè)階段的Gibbs自由能變?G≠、焓變?H≠以及熵變?S≠的值,為污泥HA的進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)。通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)考察了吸附劑投加量、Cu~(2+)初始濃度、pH值和溫度對(duì)吸附性能的影響,得出污泥HA對(duì)Cu~(2+)吸附的最佳條件為:吸附劑用量10mg、pH4.0、吸附溫度298K、吸附的平衡時(shí)間為40~50min。吸附動(dòng)力學(xué)研究表明,污泥HA對(duì)Cu~(2+)的吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,且R20.99;隨著Cu~(2+)初始濃度的增大,平衡吸附量升高,而吸附速率常數(shù)K值降低,達(dá)到吸附平衡所需要的時(shí)間增加。吸附熱力學(xué)研究表明,污泥HA對(duì)Cu~(2+)的吸附過程符合Freundlich等溫吸附模型,且吸附過程的?G0、?H0均小于零,?S0大于0,表明污泥HA對(duì)Cu~(2+)的吸附過程是一個(gè)自發(fā)、放熱,且熵增的過程,低溫有助于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。
[Abstract]:The results showed that the optimal extraction conditions were as follows : NaOH concentration 0.3 mol / L , ultrasonic time 10 min , ultrasonic power 312.5 W , extraction temperature 30 鈩，

本文編號(hào)：1426475