Page 217 - 《精细化工》2020年第12期
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第 12 期                 马   蕊，等:  硫酸盐还原剩余污泥-生物炭制备及其对 Cr(Ⅵ)去除                             ·2579·


                 随着中国经济持续快速增长，水环境污染问题                          SEM、XRD、FTIR 以及 BET 性能表征对比分析，
            日趋严峻，制药、化工等行业排放的废水中含有高                             同时研究两种生物炭材料对 Cr(Ⅵ)的吸附性能差
                    2–
            浓度 SO 4 ，对水体生态系统造成严重破坏                [1-2] 。相较    异，以期对剩余污泥进行资源化合理处置的同时，
            于物化处理废水技术，以生物法处理高浓度含硫酸                             为污泥基生物炭修复重金属污染水体提供新的理念
            盐废水具有成本低、能耗小、可实现资源回收等优                             与思路。
                                                  2–
                                [2]
                                        2–
            点，因而得到广泛应用 。将 SO 4 转化为 S 过程中，
            会释放有毒、有腐蚀性及具有恶臭的 H 2S 气体，且不                        1   实验部分
            可避免地产生硫酸盐还原剩余污泥（Sulfate reducing
                                                               1.1   试剂与仪器
            sludge，SRS），同时 SRS 内残留的硫，使得重金属                         供试试剂包括 HNO 3 、NaOH、K 2 Cr 2 O 7 ，均为
                             [3]
            更易固定到污泥内 。
                                                               AR，购自 Sigma 公司。0.22 μm 水系聚醚砜（PES）
                 现存污水处理厂多将各生物处理工艺段产生的
                                                               有机尼龙过滤膜，购自天津津腾实验设备有限公司。
            剩余污泥集中处置，处置方式分为传统污泥处置，
                                                               硫酸盐还原剩余污泥来源于本实验室长期运行硫酸
            如填埋、焚烧、农田应用，以及新型污泥处置，如                             盐还原相-上流式厌氧污泥床（UASB）反应器，稳
                                    [4]
            资源回用及吸附剂制备等 。以传统方法处置硫酸                                                                         2–
                                                               定运行阶段水力停留时间（HRT）为 6 h，进水 SO 4
            盐还原剩余污泥，污泥内含有的重金属、病原微生
                                                                                                          2–
                                                                                                      –
                                                               质量浓度为 250 mg/L，出水硫化物（H 2 S + HS  + S ）
            物以及 H 2 S 等有毒有害气体，将对生态环境造成二                        质量浓度为(120±10) mg/L。浓缩池污泥来源于陕西
                   [3]
            次污染 。厌氧消化技术处理剩余污泥，可实现甲
                                                               省西安市某市政污水处理厂。含 Cr(Ⅵ)废水由
            烷等资源回用，但硫酸盐还原细菌（Sulfate-reducing
                                                               K 2 Cr 2 O 7 溶于去离子水中配制得到。
            bacteria，SRB）和产甲烷菌（Methane producing
                                                                   pH-3c 型 pH 测量计，上海雷磁仪器厂；3H-
            archaea，MPA）共存时对基质存在竞争作用，同时，
                               2–
            SRB 产生的高浓度 S 会抑制 SRB 及 MPA 活性，从                    2000PS2 型 BET 比表面积分析仪，北京贝世德仪器
                               [5]
            而降低厌氧消化性能 。以普通剩余污泥为原料热                             科技有限公司；VEGA-3-LMH 型扫描电子显微镜，
                                                               捷克泰思肯有限公司；D2-PHASER 型 X 射线衍射
            解制备生物炭吸附剂材料，其结构稳定、比表面积
                                                               仪、TENSOR 27 型傅里叶变换红外光谱仪，德国布
            大、孔隙率高、表面官能团丰富，可修复重金属污
                                                               鲁克公司；OTF-1200X 型管式炉、KSL-1200X 型马
            染水体，同时对热解过程中排出的气体进行回收和
                                                [3]
            集中处理，从而降低对环境的二次污染 。以硫酸                             弗炉，合肥科晶材料技术有限公司；UV-2800A 型紫
                                                               外-可见分光光度计，上海尤尼柯有限公司。
            盐还原剩余污泥为原料制备得到的生物炭，在实现
                                                               1.2   生物炭制备
            污泥资源化、无害化处理及污染物吸附去除方面具
                                                                   分别取实验室长期培养的硫酸盐还原污泥及市
            有较好的应用前景。
                                                               政污水处理厂浓缩池污泥，过筛（20 目，0.841 mm），
                 另外，随着皮革鞣制、采矿、电镀等行业迅猛
                                                               去离子水清洗 3 次，将污泥置于 80  ℃烘箱中至烘
            发展，大量铬酸的使用使得排放的废水中残留有高
            浓度的 Cr(Ⅵ)   [6-7] ，其在水溶液中具有较高的稳定性、                 干，之后经研钵研磨至粉末，过 100 目（0.154 mm）
            溶解性及流动性，且对生物具有致癌、致畸、致突                             筛网进行筛分，得到干化污泥。将筛下物平铺于石
            变特性。中国在 2019 年已将 Cr(Ⅵ)列为第一批有毒                      英舟中，置于管式炉内，在 N 2 气氛下，以 10  ℃/min
                             [8]
            有害水污染物名录 ，美国环保署亦将其列为最优                             的升温速率加热至 500  ℃，保持 2 h，冷却至室温
            先处理的有毒污染物。对含 Cr(Ⅵ)废水的处理方法                          取出，研磨过筛（100 目，0.154 mm），将筛下物储
            主要有离子交换法、化学沉淀法、膜过滤法和吸附                             存至样品袋，密封干燥保存，将所得材料分别命名
            法 [9-10] 。在以上处理技术中，吸附法以其处理高效、                      为 SBC-500 及 BC-500。
            成本相对低廉、操作简便，而被广泛用于含 Cr(Ⅵ)废                         1.3   生物炭特性表征及分析方法
            水的修复处理       [11-12] 。王格格等 [13] 及 SELVARAJ 等 [14]      pH 测定：将 1 g 样品溶于 20 mL 去离子水中，
            分别以市政污泥及酿酒厂污泥为原料制备生物炭，                             振荡 12 h，以 pH 计测定。
            对 Cr(Ⅵ)具有较高的去除效率。                                      灰分分析：参照 ASTM（美国测试与材料学会）
                 目前，鲜有研究报道针对硫酸盐还原剩余污泥                          D4422-2003(2008)方法测定    [15] ，具体步骤为：将生
            进行特殊处置与资源化利用。本研究提出一种基于                             物炭材料在 750  ℃下，热解 6 h，残渣称重。残渣
            硫酸盐还原剩余污泥制备的污泥基生物炭材料，且                             的质量与生物炭质量之比为灰分值。
            应用于 Cr(Ⅵ)污染的水环境修复。分别以 SRS 及浓                           产率测定：以热解过程制备生物炭质量与制备
            缩池污泥为原料制备两种生物炭材料，对其进行                              前干化污泥质量之比计算。
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