【摘要】：活性污泥法處理污水的技術是一種在國內外被廣泛應用的污水處理技術,隨著經濟和人口的快速增加,污水產生量大大增加使得剩余污泥的產生量大大增加,而剩余污泥處理包括填埋和焚燒,填埋和焚燒會造成很大的環(huán)境污染還有極大的處理成本。剩余污泥中含有大量的有機質,本研究旨在利用剩余污泥作為原材料,通過熱解過程實現(xiàn)剩余污泥的資源化處理和減量化處理。本文以剩余污泥作為原材料,通過水熱和氣熱兩種方式實現(xiàn)剩余污泥的資源化;針對水熱生物炭,通過的元素分析,傅里葉紅外光譜(FTIR),,掃描電子顯微鏡(SEM)等儀器對水熱生物炭的表面結構進行分析,可以看出隨著溫度和合成時間的增加,生物炭的表面基團呈現(xiàn)脫落的趨勢致使生物炭的元素含量發(fā)生變化,但是碳元素始終是主要的元素。本文還結合生物炭的表面基團和利用三維熒光光譜檢測生物炭的二次溶出物,例如醛基和羰基等等基團具有電子轉移能力的分析,探究了水熱生物炭在室溫和光照下具有催化產生羥基自由基的能力,利用高效液相色譜檢測自由基的濃度。與此同時,在探究水熱生物炭的同時,本研究還在水熱生物炭上負載金屬離子,探究負載金屬離子催化產生自由基的能力,結果表明,負載金屬離子的生物炭能大大提高催化產生自由基的量,結合紅外分析來看,負載金屬離子具有固定表面基團的能力,鐵離子的固定能最強;除此之外,負載金屬的生物炭,在表面基團起到催化作用的同時,負載在生物炭表面的離子同時也能發(fā)生類芬頓反應,催化過氧化氫產生自由基,產生自由基的量大大增加。本研究在檢測自由基的同時也利用催化產生的自由基降解產生污染模式物:苯酚和4-氯苯酚,相對于原始污泥來說,加入金屬離子也大大提高了生物炭的降解苯酚能力,加入鐵離子的時候,降解了苯酚80.34mg/L,降解率達到了93.00%;加入鋁離子的時候,降解了苯酚61.58mg/L,降解率達到了71.28%;;加入鈦離子的時候,降解了苯酚70.58mg/L,降解率達到了81.60%。對于4-氯苯酚而言,加入鐵離子的時候,降解了4-氯苯酚63.04mg/L,降解率達到了77.1%;加入鋁離子的時候,降解了4-氯苯酚58.50mg/L,降解率達到了71.60%;;加入鋁離子的時候,降解了4-氯苯酚66.50mg/L,降解率達到了81.39%。在另一方面,以剩余污泥為原料,氣熱合成生物炭,對于實現(xiàn)剩余污泥的減量化具有很大貢獻。在本研究中也研究了生物炭的理化性質,氣熱生物炭的二次溶出物和傅里葉紅外光譜表明,隨著溫度的增加,氣熱生物炭的表面基團急劇減少,到了900℃是剩余污泥基本完全碳化;在二次溶出物的研究中,生物炭的合成溫度大于300℃時,基本沒有二次溶出物的產生,氣熱生物炭基本沒有催化產生自由基的能力。但是,通過比表面積的測定/孔徑分析儀和元素分析的結果表明氣熱生物炭具有極強的疏水性和較大的比表面積和孔徑。基于氣熱生物炭的這類性質,本研究利用氣熱生物炭作為吸附劑對原油進行了吸附實驗的研究。結果表明,氣熱生物炭吸附石油的能力并不是隨著溫度的升高一直增加,而是到了一個特定的溫度之后呈現(xiàn)一個下降趨勢。在后期研究中把H700作為吸附劑,對菲,苯,甲苯和乙基苯進行了吸附實驗的研究,實驗結果表明,H700對對菲,苯,甲苯和乙基苯的吸附并不只有內擴散模型還有孔徑內部發(fā)生的物理和化學吸附的過程。結合吸附等溫線得出結論,發(fā)現(xiàn)H700吸附菲,苯,甲苯和乙基苯的時候以單分子層化學吸附為主;結合吸附熱力學分析,說明H700吸附菲,苯,甲苯和乙基苯的反應是自發(fā)進行的,反應是有序進行并且H700對菲,苯,甲苯和乙基苯的吸附能力強不容易脫附,所以,很不利于吸附劑回用。菲,苯,甲苯和乙基苯都屬于同類的疏水性的有機物,H700對他們的吸附具有相似性。H700對于苯,甲苯和乙基苯吸附的橫向分析,隨著分子亮的增加吸附容量增加,并且隨著溫度的增加苯,甲苯和乙基苯吸附容量也增加,說明H700對苯,甲苯和乙基苯的吸附是吸熱反應。

【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018