污泥焚烧渣处理含镍废水的模拟实验

李婉君，刘敬勇，胡勇毅，陈子龙，李艳芳，林茂焕

（广东工业大学环境科学与工程学院，广东 广州 510006）

污泥焚烧渣处理含镍废水的模拟实验

李婉君，刘敬勇*，胡勇毅，陈子龙，李艳芳，林茂焕

（广东工业大学环境科学与工程学院，广东 广州 510006）

污泥焚烧渣具有较大的表面积，对镍离子有一定的吸附能力。本文研究了吸附时间、镍离子初始浓度、废水pH和城市污泥焚烧渣投加量对废水中镍离子吸附率的影响。结果表明，当镍离子初始质量浓度为30 mg/L，废水pH为7.0，吸附时间为6 h，城市污泥焚烧渣投加量为10 g/L时，吸附效果最佳。

污泥焚烧渣；镍；吸附；废水处理

1 前言

污水处理厂剩余污泥含水率高，易腐败，有恶臭，如不加安全处理会造成严重的二次污染[1-2]。污泥焚烧渣是污水厂的剩余污泥(污水污泥)或工业污泥(如造纸污泥等)经脱水焚烧后产生的。虽然经焚烧后污泥中的病原体、病毒等有机体可以去除，但还残留部分重金属，如焚烧渣得不到很好的处理，富集的重金属会导致环境污染，甚至通过食物链危害人们的身体健康[3-4]。研究发现，污泥焚烧渣富含硅、铝，呈多孔蜂窝状，有较大的比表面积，具有一定的吸附能力，对有机污染物及废水中的大部分重金属离子均有良好的吸附能力[5-6]。将污泥焚烧渣开发为吸附剂，既能减少污泥焚烧渣的排放，又能变废为宝，循环利用，实现环境保护和经济效益的双赢。本文以污泥焚烧渣作为吸附剂，研究了不同吸附时间、废水pH、污泥焚烧渣投加量等条件下对镍离子的吸附效果，为污泥焚烧渣开发为废水处理吸附剂提供参考。

2 实验

将城市污水处理厂的污水污泥在105 °C下烘干，然后在马弗炉中于850 °C下焚烧3 h，将残留的污泥灰渣磨成粉状。

所使用的化学试剂有：Ni(NO3)2(AR)，0.1 mol/L HNO3，0.1 mol/L NaOH，0.01 mol/L HNO3，0.01 mol/L NaOH，试剂均为化学纯。

所使用的设备有：SHA-C型水浴恒温振荡器(金坛市富华仪器有限公司)，pH计，WFX-210原子吸收分光光度计(北京瑞利)。原子吸收分光光度计的工作条件如下：

元素 Ni

波长 232.0 nm

狭缝 0.2 nm

灯电流 3.0 mA

燃烧器高度 7 mm

乙炔压力 0.09 MPa

空气流量 7.0 L/min

乙炔流量 1.2 L/min

火焰类型 氧化性蓝色焰

废水采用实验室模拟配制：用分析天平准确称取0.124 01 g Ni(NO3)2，于去离子水中溶解并用2 000 mL的容量瓶定容，配制成含镍 20 mg/L(记为ρ0)的模拟废水。移取50 mL废水于100 mL的高压聚乙烯瓶中，用0.01 mol/L的HNO3或NaOH调节溶液pH，加入焚烧渣，在恒温水浴中振荡(速率200 r/min)，一段时间后对溶液中的镍离子浓度进行取样测试，得到镍离子浓度ρ。最后按照式(1)计算焚烧渣对镍离子的吸附率η。

3 结果与讨论

3. 1 吸附时间对吸附率的影响

在含镍废水初始质量浓度为20 mg/L，pH为6.0，振荡时间为360 min，吸附温度为(30 ± 1) °C，焚烧渣投加量为20 g/L的条件下，吸附时间对废水中镍离子的吸附率如图1所示。

图1 吸附时间对废水中镍离子吸附率的影响Figure 1 Effect of adsorption time on Ni2+ adsorption rate in wastewater

从图 1可以看出，城市污泥焚烧渣对废水中镍离子的吸附率大致随吸附时间的延长而增大，当吸附时间达到360 min时，镍离子的吸附率最大；继续延长时间，吸附率反而有下降的趋势。其原因是当吸附达到平衡时，继续反应会使已吸附的镍离子重新溶解到溶液中。因此，最佳吸附时间为360 min。

3. 2 镍离子初始质量浓度对吸附率的影响

在焚烧渣投加量为20 g/L，pH为6.0，吸附温度为(30 ± 1) °C，振荡频率为200 r/min的条件下，镍离子的初始质量浓度对吸附率的影响如图2所示。

图2 镍离子初始质量浓度对废水中镍离子吸附率的影响Figure 2 Effect of initial mass concentration of Ni2+ on Ni2+ adsorption rate in wastewater

从图 2可以看出，镍离子初始质量浓度不同，其吸附率也明显不同，但并不是镍离子初始浓度越高，吸附效果越好。为了保证吸附效率，镍离子初始浓度应控制在30 mg/L为宜。

3. 3 焚烧渣投加量对吸附率的影响

在pH为6.0，吸附温度为(30 ± 1) °C，镍离子的初始浓度为20 mg/L，振荡频率为200 r/min的条件下，焚烧渣投加量对吸附率的影响如图3所示。

图3 焚烧渣投加量对废水中镍离子吸附率的影响Figure 3 Effect of addition amount of sludge incineration residue on Ni2+ adsorption rate in wastewater

从图 3可以看出，随着焚烧渣投加量的增大，吸附率明显提高。焚烧渣投加量一定时，随着振荡时间的延长，吸附率逐渐提高。振荡360 min后，吸附率均达到70%以上。焚烧渣的投加量为10 g/L时，吸附效果较好，而且成本较低。

3. 4 废水pH对吸附率的影响

在镍离子的初始质量浓度为20 mg/L，焚烧渣投加量为20 g/L，吸附时间为360 min，温度为(30 ± 1) °C的条件下，废水pH对镍离子吸附率的影响如图4所示。

图4 废水pH对废水中镍离子吸附率的影响Figure 4 Effect of pH on Ni2+ adsorption rate in wastewater

由图4可以看出，当废水pH为7时，吸附率最大。pH太低不利于吸附剂吸附镍离子，其原因可能是 H+与金属离子的竞争吸附导致焚烧渣对金属离子的吸附效率下降。故废水pH为7.0最佳。

4 结论

(1) 污泥焚烧渣对废水中的金属离子具有良好的吸附效果。当废水pH为7.0，振荡时间为360 min，吸附剂的投加量为10 g/L时，效果较佳。

(2) 并不是镍离子的初始质量浓度越高，吸附效果就越好。为了保证吸附效率，镍离子初始质量浓度应控制在30 mg/L。

[1] 夏畅斌, 张玲, 周艺, 等. 城市污泥改性物对电镀废水中 Cr(VI)的吸附研究[J]. 材料保护, 2006, 39 (7): 61-63.

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[3] 薛文源. 城市污水污泥处理与处置的途径[J]. 中国给水排水, 1992, 8 (1): 41-45.

[4] 余杰, 田宁宁, 王凯军. 城市污水厂污泥处理与处置技术的新思路[J].中国给水排水, 2008, 24 (6): 11-14.

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[ 编辑：吴定彦 ]

LI Wan-jun, LIU Jing-yong*, HU Yong-yi, CHEN Zhi-long, LI Yan-fang, LIN Mao-huan

Sludge incineration residue has the features of large surface area and certain adsorption property with Ni2+. The effects of adsorption time, initial concentration of Ni2+, pH and the addition amount of sludge incineration residue on Ni2+adsorption rate in wastewater were studied. The results showed that the adsorption property is the best under the conditions of initial mass concentration of Ni2+30 mg/L, pH 7.0, adsorption time 6 h and sludge incineration residue 10 g/L.

sludge incineration residue; nickel; adsorption; wastewater treatment

Faculty of Environmental Science and Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China

X781.1

A

1004 – 227X (2010) 07 – 0033 – 03 Simulated experiment of treating nickel-containing wastewater with sludge incineration residue //

2010–02–20

2010–03–21

广东工业大学学生课外学术科技立项及挑战杯项目（090112）。。

李婉君（1988–），女，广东中山人，本科在读，从事环境生物工程研究。

刘敬勇，讲师，(E-mail) www053991@126.com。