【摘要】：活性污泥法处理污水的技术是一种在国内外被广泛应用的污水处理技术,随着经济和人口的快速增加,污水产生量大大增加使得剩余污泥的产生量大大增加,而剩余污泥处理包括填埋和焚烧,填埋和焚烧会造成很大的环境污染还有极大的处理成本。剩余污泥中含有大量的有机质,本研究旨在利用剩余污泥作为原材料,通过热解过程实现剩余污泥的资源化处理和减量化处理。本文以剩余污泥作为原材料,通过水热和气热两种方式实现剩余污泥的资源化;针对水热生物炭,通过的元素分析,傅里叶红外光谱(FTIR),,扫描电子显微镜(SEM)等仪器对水热生物炭的表面结构进行分析,可以看出随着温度和合成时间的增加,生物炭的表面基团呈现脱落的趋势致使生物炭的元素含量发生变化,但是碳元素始终是主要的元素。本文还结合生物炭的表面基团和利用三维荧光光谱检测生物炭的二次溶出物,例如醛基和羰基等等基团具有电子转移能力的分析,探究了水热生物炭在室温和光照下具有催化产生羟基自由基的能力,利用高效液相色谱检测自由基的浓度。与此同时,在探究水热生物炭的同时,本研究还在水热生物炭上负载金属离子,探究负载金属离子催化产生自由基的能力,结果表明,负载金属离子的生物炭能大大提高催化产生自由基的量,结合红外分析来看,负载金属离子具有固定表面基团的能力,铁离子的固定能最强;除此之外,负载金属的生物炭,在表面基团起到催化作用的同时,负载在生物炭表面的离子同时也能发生类芬顿反应,催化过氧化氢产生自由基,产生自由基的量大大增加。本研究在检测自由基的同时也利用催化产生的自由基降解产生污染模式物:苯酚和4-氯苯酚,相对于原始污泥来说,加入金属离子也大大提高了生物炭的降解苯酚能力,加入铁离子的时候,降解了苯酚80.34mg/L,降解率达到了93.00%;加入铝离子的时候,降解了苯酚61.58mg/L,降解率达到了71.28%;;加入钛离子的时候,降解了苯酚70.58mg/L,降解率达到了81.60%。对于4-氯苯酚而言,加入铁离子的时候,降解了4-氯苯酚63.04mg/L,降解率达到了77.1%;加入铝离子的时候,降解了4-氯苯酚58.50mg/L,降解率达到了71.60%;;加入铝离子的时候,降解了4-氯苯酚66.50mg/L,降解率达到了81.39%。在另一方面,以剩余污泥为原料,气热合成生物炭,对于实现剩余污泥的减量化具有很大贡献。在本研究中也研究了生物炭的理化性质,气热生物炭的二次溶出物和傅里叶红外光谱表明,随着温度的增加,气热生物炭的表面基团急剧减少,到了900℃是剩余污泥基本完全碳化;在二次溶出物的研究中,生物炭的合成温度大于300℃时,基本没有二次溶出物的产生,气热生物炭基本没有催化产生自由基的能力。但是,通过比表面积的测定/孔径分析仪和元素分析的结果表明气热生物炭具有极强的疏水性和较大的比表面积和孔径。基于气热生物炭的这类性质,本研究利用气热生物炭作为吸附剂对原油进行了吸附实验的研究。结果表明,气热生物炭吸附石油的能力并不是随着温度的升高一直增加,而是到了一个特定的温度之后呈现一个下降趋势。在后期研究中把H700作为吸附剂,对菲,苯,甲苯和乙基苯进行了吸附实验的研究,实验结果表明,H700对对菲,苯,甲苯和乙基苯的吸附并不只有内扩散模型还有孔径内部发生的物理和化学吸附的过程。结合吸附等温线得出结论,发现H700吸附菲,苯,甲苯和乙基苯的时候以单分子层化学吸附为主;结合吸附热力学分析,说明H700吸附菲,苯,甲苯和乙基苯的反应是自发进行的,反应是有序进行并且H700对菲,苯,甲苯和乙基苯的吸附能力强不容易脱附,所以,很不利于吸附剂回用。菲,苯,甲苯和乙基苯都属于同类的疏水性的有机物,H700对他们的吸附具有相似性。H700对于苯,甲苯和乙基苯吸附的横向分析,随着分子亮的增加吸附容量增加,并且随着温度的增加苯,甲苯和乙基苯吸附容量也增加,说明H700对苯,甲苯和乙基苯的吸附是吸热反应。

【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018