【摘要】：傳統(tǒng)重金屬廢水多以生成氫氧化物沉淀去除廢水中的重金屬，重金屬廢水處理后的污泥再以水泥進行固化處置。但水泥固化會導(dǎo)致固化體的體積過于龐大，有增容現(xiàn)象；重金屬水泥固化體如長期處于酸性環(huán)境中，其中大量重金屬氫氧化物易與H+反應(yīng)而破壞固化體，導(dǎo)致重金屬的反溶，帶來重金屬的污染。本文希望通過鐵氧體固化/穩(wěn)定化技術(shù)對重金屬污泥進行直接穩(wěn)定化，減少重金屬固體廢物對環(huán)境的損害；同時為了減少工藝流程、節(jié)約成本，將重金屬固體廢物的形態(tài)確定為濃漿狀態(tài)，采用反應(yīng)條件溫和的化學(xué)共沉淀法鐵氧體穩(wěn)定化技術(shù)。 通過采用化學(xué)共沉淀鐵氧體穩(wěn)定化技術(shù)對濃漿中的重金屬直接進行穩(wěn)定化，，研究了投加Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+和Fe2+/O2三種穩(wěn)定化方法對二價重金屬、三價重金屬及其復(fù)合模擬濃漿穩(wěn)定化的影響因素及作用機制，研究了投加Fe2+/Fe3+穩(wěn)定化方法對實際重金屬濃漿穩(wěn)定化的影響因素及作用機制，從浸溶和淋溶兩個方面探討了濃漿重金屬鐵氧體穩(wěn)定化產(chǎn)物的穩(wěn)定性。 研究結(jié)果表明三種方法均可對模擬濃漿中的重金屬直接進行穩(wěn)定化，F(xiàn)e2+/Fe3+穩(wěn)定化方法的穩(wěn)定化效果最好。Fe2+/Fe3+穩(wěn)定化方法對實際重金屬濃漿的穩(wěn)定化效果良好，其穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬不易反溶。 作為氧化法鐵氧體穩(wěn)定化技術(shù)的氧化劑，H2O2與O2相比較，提高了氧化法的氧化效率，可有效降低氧化溫度和縮短氧化時間，為濃漿重金屬的直接穩(wěn)定化提供了新的選擇。 確定和分析了最佳投加比例、投加量、pH值、溫度、反應(yīng)時間、濃漿含水率、陳化時間、投加堿的種類、濃漿中的陰離子等因素對Ni(OH)2、Cr(OH)3的單一及復(fù)合濃漿以及實際濃漿中重金屬的穩(wěn)定化效果。結(jié)果表明： Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+有最佳投加比例；在最佳投加比例條件下，隨著鐵鹽投加量的增加，濃漿重金屬穩(wěn)定化效果越好；pH值和溫度對穩(wěn)定化效果影響較大，在低溫和酸性條件下不易生成鐵氧體；隨著含水率的降低，穩(wěn)定化效果是逐漸變差的，主要是受傳質(zhì)的影響；陳化時間對穩(wěn)定化效果影響不大；NaOH、Ca(OH)2和NH4OH三種堿物質(zhì)調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值時，NH4OH和NaOH有利于重金屬的穩(wěn)定化，Ca(OH)2不利于重金屬的穩(wěn)定化；反應(yīng)體系中的陰離子是Cl-和NO3-時有利于重金屬的穩(wěn)定化，SO42-不利于重金屬的穩(wěn)定化。 對于Ni(OH)2濃漿，在Fe2+：Fe3+=1:7、Fe2+:H2O2=4:3、pH值為9、反應(yīng)溫度為70℃、反應(yīng)時間為1h、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:Ni=10:1的最佳條件下，向250ml含水率為99.8%的Ni(OH)2濃漿（Ni2+濃度為0.01mol/L）中投加Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+和Fe2+/O2三種方法下，Ni2+的反溶率分別為27.13%、20.57%和60.04%。 對于Cr(OH)3濃漿，在Fe2+：Fe3+=1:5、Fe2+:H2O2=5:2、pH值為9、反應(yīng)時間為1h、反應(yīng)溫度為70℃、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:Cr=10:1的最佳條件下，向250ml含水率為99.8%的Cr(OH)3濃漿（Cr3+濃度為0.01mol/L）中投加Fe2+/O2、Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+三種方法下，Cr3+的反溶率分別為16.61%、13.83%和11.57%。 對于Ni(OH)2和Cr(OH)3的復(fù)合濃漿，在Fe2+：Fe3+=1:5、Fe2+:H2O2=5:2、pH值為9、反應(yīng)時間為1h、反應(yīng)溫度為70℃、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:M=10:1的最佳條件下，向250ml含水率為99.8%的Ni(OH)2和Cr(OH)3復(fù)合濃漿（Ni3+和Cr3+濃度分別為0.01mol/L）中投加Fe2+/O2、Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+三種情況下，Cr3+的反溶率分別為18.22%、17.68%和10.02%，Ni2+的反溶率分別為46.03%、28.94%和22.18%。 對于實際濃漿，在Fe2+：Fe3+=1:5、pH值為9、反應(yīng)溫度為75℃、反應(yīng)時間1h、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:M=29:1的最佳條件下，向250ml含水率為99.8%的實際濃漿中投加Fe2+/Fe3+時，Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+、Cd2+和Pb2+的反溶率分別為23.91%、20.45%、35.55%、3.78%和23.71%。 通過XRD、SEM、FTIR、VSM、TG-DTA等對穩(wěn)定化產(chǎn)物進行表征，表明Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+兩種方法形成的鐵氧體穩(wěn)定化產(chǎn)物較好，投加Fe2+/O2較差，經(jīng)過煅燒后，穩(wěn)定化產(chǎn)物晶粒充分發(fā)育；通過VSM表征，F(xiàn)e2+/Fe3+穩(wěn)定化產(chǎn)物的磁性較強；通過對三種穩(wěn)定化方法的產(chǎn)物沉降性能分析，發(fā)現(xiàn)投加Fe2+/Fe3+獲得的穩(wěn)定化產(chǎn)物沉降性能最好，投加Fe2+/H2O2次之，投加Fe2+/O2最差；熱分析表明，在20℃-1200℃的加熱過程中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的吸熱、放熱變化，整個過程的失重模擬濃漿為10%、實際濃漿為30%左右。 通過靜態(tài)浸溶實驗，研究了浸出時間、pH值、振速、溫度等因素對重金屬濃漿穩(wěn)定化產(chǎn)物中重金屬的浸出影響。結(jié)果表明：穩(wěn)定化產(chǎn)物中重金屬的浸出隨時間變化不大；穩(wěn)定化產(chǎn)物中重金屬的浸出受pH值的影響較大，在pH5之后，重金屬浸出率明顯增加；穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬的浸出率總體隨振速的影響不大，如Cr3+和Cu2+的浸出率分別從振速為100r/min時的2.24%和3.92%變?yōu)檎袼贋?00r/min時的2.45%和5.62%，表明在4h的反應(yīng)時間條件下轉(zhuǎn)速對重金屬的浸出影響不大；穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬Pb2+、Ni2+、Cd2+和Zn2+的浸出率總體隨浸出溫度的增大呈上升趨勢，分別從20℃時的13.25%、11.63%、9.35%和8.06%變?yōu)?0℃時的19.00%、17.14%、17.93%和18.71%，表明Pb2+、Ni2+、Cd2+和Zn2+的浸出率受溫度的影響較大；穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬Cr3+和Cu2+的浸出率總體隨浸出溫度的增大變化不大，分別從20℃時的3.28%和4.73%變?yōu)?0℃時的3.82%和3.55%。 通過下流式循環(huán)柱淋濾系統(tǒng)研究了穩(wěn)定化產(chǎn)物的動態(tài)淋濾特性，在pH值為3.8和6.0兩種模式下，重金屬的淋出差別不是很大，并且在最初的時間段內(nèi)重金屬的淋出量已基本穩(wěn)定，后續(xù)受時間的影響不大，表明穩(wěn)定化產(chǎn)物比較穩(wěn)定。在pH值為3.8時，在最初8h淋溶條件下，Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+、Cd2+和Pb2+6種重金屬離子的淋出率分別為3.69%、12.15%、6.77%、1.59%、15.87%和11.76%；在pH值為6.0時，在最初8h淋溶條件下，Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+、Cd2+和Pb2+6種重金屬離子的淋出率即為0.49%、6.76%、2.35%、0.10%、15.97%和12.01%。動態(tài)淋濾與靜態(tài)浸溶結(jié)果相吻合。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2590635