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苯酚在干污泥上的吸附性能研究

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维普资讯 http://www.cqvip.com 农业环境科学学报2007,26(增刊):620—623 Journal ofAgro—Environment Sc e 苯酚在干污泥上的吸附性能研究 林永波 ,张 丹 ,施云芬 ,蔡体久 (1.东北林业大学森林资源与环境学院,黑龙江哈尔滨150040;2.东北电力大学化学工程学院,吉林吉林市132012; 3.东北林业大学森林资源与环境学院,黑龙江哈尔滨150040) 摘要:采取实验方法,以城市污水处理厂剩余污泥为原料制取干污泥作为吸附剂,研究了其在不同温度下对苯酚的 吸附行为。结果表明,干污泥对苯酚的吸附在30℃温度下吸附速率最快,吸附过程遵循二级吸附动力学模型,并且 Lagergren一级速率方程也可以较好地描述干污泥对苯酚的吸附;25℃时,干污泥对苯酚的吸附行为用Langmuir模型 描述时相关性最好,其方程式为G=909.091×0.003 1Ce/(1+0.003 1Ce),其最大吸附量为909.091 mg・g~, = 0.003 1。 关键词:干污泥;苯酚;吸附动力学;吸附平衡 中图分类号:X592 文献标识码:A 文章编号:1672—2043(2007)增刊一0620—04 Adsorption of Phenol on Dried Activated Sludge LIN Yong—bo。,ZHANG Dan ,SHI Yun—fen ,CAI Ti~jiu (1.College of Forest Resources and Environment.Northeast Forestrv University,Harbin 15004O,China;2.Northeast Dianli U— niversity,Jilin 132012,China;3.College of Forest Resources and Environmant,Northeast Forestry University,Harbin 150040, China) Abstract:Adsorption of phenol at different temperatures by dried activated sludge,made from the material of discarded activa— ted sludge of municipal wastewater treatment plant.was studied.The results showed thin at temperature 30℃.the adsorption speed was the biggest and uptake process of the phenol has proven to follow the second—order kinetic model,and could be de— scribed by the first—order Lagergren equation.Our experiments indicated that at temperature 25 oC.the adsorption isotherms fitted with the Langmuir equation.Additionally.the adsorption kinetic equation was G=909.091×0.003 1 Ce/(1+0.003 1 Ce),and the greatest adsorption amount was 909.091 mg・g~,k=0.003 1,respectively. Keywords:dried activated sludge;phenol;kinetic;adsorption equilibrium 活性污泥法最早于1914年由英国人Ardem和 的缺陷,这对于日益紧张的土地资源来说是很重要 的。焚烧后剩余污泥中的水分、有机物等都被分解, 只剩下很少量的无机物成为焚烧灰,目前,我国对焚 Lockett创建 。80多年来,经过各种改进和修正,在 废水处理技术中取得了巨大的成功,成为目前最成熟 的但仍在迅速发展的废水生物处理技术之一。但是 随之而来,也产生了大量的剩余污泥,虽然经过脱水 处理,仍含有大量的水分,污泥的含水率较高,一般大 于95%,体积很大,不利于贮存、运输和消纳。因此, 污泥的减量化、资源化越来越受到人们的重视。 焚烧可以使剩余污泥的体积达到最小化,是相对 比较安全的一种污泥处置方式,不存在重金属离子的 问题。它可以解决其他方法中污泥要占用大量空间 收稿日期:2007—04一Ol 烧灰的应用很少 。近年来国内外又发展了一些新 的剩余污泥处置技术,其中主要以污泥的热处理为 主,这一类方法是将污泥在热环境下进行分解,从而 制得一些有用物质,如可燃气体、油等 。经过热处 理得到的干污泥不但体积大大缩小了,还具有一定的 吸附作用,陈春云等采用干污泥作为吸附剂,对染料 活性嫩黄KD一3G、直接深棕M和酸性媒介棕RH进 行吸附实验,获得了吸附平衡和吸附动力学数据。 Dong—Jin Ju_4 等用干污泥作为吸附质,研究了干污 泥对染料的生物吸附特性。 苯酚是一种重要的有机化工原料,是丙烯的重要 基金项目:本项目研究受国家博士后资金资助 作者简介:林永波(1966一),男,吉林永吉人,博士,副教授,研究方向 为环境工程。E—mail:linyongbo@yahoo.eom.cn 衍生物之一,是原生质毒,属于高毒物质。目前,降解 维普资讯 http://www.cqvip.com 第26卷增刊 农业环境科学学报 621 水中酚类物质的方法有很多,归纳起来为吸附法、萃 取法、化学氧化法、湿式氧化法、催化氧化法、光化学 氧化法、光化学催化氧化法、活性污泥法、固定化细胞 法等 J。主要问题仍然是处理成本高,难以工业化。 因此,本文选用干污泥作为吸附剂,研究了苯酚在干 污泥上的吸附平衡和动力学。一方面是为了找到一 种污泥减量化技术,使污泥中的资源得到有效利用; 另一方面是找到一种处理苯酚的新方法,使水体中的 一J。在温度较低时(25 oC和30 oC),吸附24 h之内, 吸附曲线变化平缓,随着吸附时间的延长,曲线的斜 星薹较大,苯酚的吸附量得到增加;而在温度较高时(40 cI:和45 oC),随着吸附时间的增加,苯酚的吸附量增 加较大,在24 h时达到吸附量最大,24 h之后吸附量 下降。因此,在实验中,25℃和30℃温度下以48 h 作为吸附平衡时间,40℃和45℃温度下以24 h作为 吸附平衡时间。此外,干污泥对苯酚的吸附是放热反 苯酚得到更有效的除去,更加符合经济效益、社会效 益和环境效益。 1材料与方法 1.1实验仪器与药品 分析天平、紫外分光光度计、恒温水浴锅等;苯酚 (分析纯)。实验用吸附剂(干活性污泥)制备:取自 哈尔滨市文昌污水处理厂的剩余活性污泥,经沉淀, 倾去上清液,用蒸馏水洗涤3遍,并在室温下预脱水; 脱水物在60℃下烘至干燥,再将其破碎、研磨、过60 目筛,取筛下分级物使用 、 。 1.2实验方法 苯酚的测定 采用紫外分光光度法。 1.2.1吸附速率实验 在吸附动力学试验中,取若干250 mL三角瓶,分 别加入0.1 g(称准到0.000 1 g)干污泥,再加入5O mg・L 苯酚溶液50 mL,放入恒温水浴中;在不同的 时间间隔各拿出一瓶吸附液,离心过滤后测定滤液的 吸光度,用标准曲线法计算苯酚质量浓度和吸附量。 所得数据作吸附速率曲线。 1.2.2等温平衡吸附实验 在吸附等温线制作试验中,往6个250 mL三角 瓶中分别加入0.1 g(称准到0.000 1 g)干污泥,再分 别加入50 mL质量浓度为25、50、100、150、200、250 mg・L 的苯酚溶液,pH值为6.5,放人恒温水浴中, 苯酚吸附到达平衡后,取出溶液用离心过滤,在紫外 分光光度计上于苯酚的最大吸收波长处测定滤液的 吸光度,用标准曲线法计算苯酚质量浓度和吸附量。 1.2.3空白实验 为了消除污泥在测定中的干扰,在吸附速率实验 与等温平衡吸附实验中均以蒸馏水代替吸附溶液做 干污泥空白。 2结果与讨论 2.1吸附时间对吸附性能的影响 干污泥对苯酚吸附量随时间变化曲线如图1所 厦,随着温度的升高,吸附量下降。 ● 皇 咖1 莲 图l 吸附置随时间变化曲线 Figure 1 Curve of amounts of phenol adsorbed against duration 2 2吸附动力学 采用Lagergren的一级动力学方程对吸附速率数 据进行处理 、m J。其线性表达式为: In(q 一q)=lnq 一k st 二 级吸附速率线性表达式为: t/q=1/k2×q +t/q 式中: ,q分别为吸附平衡及t时的吸附量,mg・ g~; 为一级吸附速率常数,min一;k 为二级吸附速 率常数,g・mg~・ml’n~;£为吸附时间,min。 干污泥吸附苯酚的In(q 一q)一t关系曲线绘于 图2中。由图中的直线斜率计算出的吸速率常数k 和相关系数r 记录于表1中。 干污泥吸附苯酚的t/q—t关系曲线绘于图3中。 由图中直线斜率可算出苯酚在污泥上的平衡吸附量 q ,再由直线的截距可计算出苯酚的二级吸附速率常 数k 和相关系数r ,记录于表1。 由表1可以看出,一级速率方程和二级速率方程 都可以较好的描述30℃时干污泥对苯酚的吸附;在 4(1℃时可以用二级速率方程来描述干污泥对苯酚的 吸附,在45℃时可以用一级速率方程来描述干污泥 对苯酚的吸附。 Aksu等在研究干菌体对染料的吸附时,用一级 速率方程拟合,虽然直线相关性很好,但由线性方程 计算出的平衡吸附量q 值在高质量浓度区比实验值 小得很多 I 。在本文的试验中也得到同样的结果, 维普资讯 http://www.cqvip.com

622 林永波等:苯酚在干污泥上的吸附性能研究 2007年1O月 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 :2 m ∞ O O O O O O O O O O 蚰 加 时间/min 图2不同温度下干污泥一级吸附速率 Figure 2 First—order adsorption data of phenol on dried activated sludge at diferent temperatures 图3不同温度下苯酚吸附的(t/q)一 曲线 Fiurge 3 The(t/q)~t of curves of phenol at different temperatures 表1 苯酚在不同温度下的吸附速率参数 Table 1 The adsorption rates of phenol on dried activated sludge at different temperatures 即由线性方程计算的平衡吸附量在整个实验质量浓 G:K×C 度区间都远小于实验值。这可能是由于表观吸附量 小于真实吸附量造成的。由一级速率方程获得的速 率常数可用来判别吸附速率的快慢。二级吸附速率 方程存在另一个好处,即在作图时不需要用到平衡吸 附量,而用它的线性方程又可计算平衡吸附量q 。这 对需要很长时间才能达到平衡的吸附体系提供了方 便 。当用二级速率常数k,来衡量时,3O 时干污 泥对苯酚的吸附的吸附速率最快。可见,温度是影响 吸附速率的一个重要因素:当温度升高时,有利于吸 附量的增加,但当温度达到一定值后,吸附量反而下 G=Go×C/(A+C1 式中:G为吸附质在干污泥上的吸附量;C为平衡溶 液中吸附质的质量浓度;Go为饱和吸附量; 为吸附 平衡常数的倒数; 、b、凡是经验常数。 表2、表3分别给出了Henry型、Freundlich型和 Langmuir型方程对实验数据进行统计拟合的结果及 等温吸附参数。 由表3可以看出,Henry模型、Langmuir模型和 Freundlich模型在25 都可以较好的描述出干污泥 对苯酚的吸附行为,但Langmuir模型的相关系数最 好,其方程式为 G=909.091×0.003 1Ce/(1+0.003 1 Ce) 降。因此,干污泥对苯酚的吸附是放热反应。 2.3吸附等温线 Henry型、Freundlich型和Langmuir型是目前最 其中最大吸附量为909.091 mg・g~, = 0.003 1。Freundlich模型方程式为 G=1.164 9×Ce 加・ 常见的吸附等温线 。其吸附等温式分别为: G=K×Ce+b 表2 不同温度下干污泥吸附方程的拟合结果 Table 2 The results of adsorption equation of dried activated sludge at diferent temperatures 维普资讯 http://www.cqvip.com 第26卷增刊 农业环境科学学报 623 25℃ 3O℃ 40℃ 45℃ 2.464 4 1.447 6 3.344 9 1.526 7 1.696 4 34.601 2.020 2 5.904 8 0.996 9 0.985 2 0.937 9 0.944 0 909.O91 105.263 156.25 400 0.003 1 0.109 4 0.029 6 0.005 4 0.997 8 0.909 1 0.969 2 0.886 7 1.164 9 2O.445 6 4.335 1 2.897 3 1.788 0 2.490 0 1.117 3 1.172 6 0.985 6 0.948 5 0.960 O 0.934 6 由此可见,在25℃条件下,干污泥对苯酚的吸附 既有物理吸附,又有化学吸附。在30℃时,Henry模 型的相关性较好;在40℃时,Langmuir模型可以较好 的描述出干污泥对苯酚的吸附行为 G=156.25×0.029 6Ce/f 1+0.029 6Ce) (3)在25℃Henry模型、Langmuir模型和Freun— dlich模型都可以较好的描述出干污泥对苯酚的吸附 行为,但Langmuir模型的相关系数最好,其方程式为 G=909.091×0.003 1Ce/(1+0.003 1Ce),其中最大 吸附量为909.091 mg・g~,k=0.003 1,Freundlich 模型方程式为G=1.164 9×Ce 船0。由此可见,在 25℃条件下,干污泥对苯酚的吸附既有物理吸附,又 有化学吸附。在30 ̄C时,Henry模型的相关性较好; 在40℃时,Langmuir模型可以较好的描述出干污泥 对苯酚的吸附行为,G=156.25×0.029 6Ce/(1+ 其中最大吸附量为156.25 mg・g~,k= 0.029 6;在45℃时,Henry模型的相关性较好,但其 相关性相对于其他温度下较差。 2.4 pH值对吸附性能的影响 图4给出了不同温度下pH值对干污泥吸附苯酚 的影响。由图中可以看出:当pH值在4~9时,干污 泥对苯酚的吸附性能较好;当pH>9时,干污泥对苯 酚的吸附量明显减少。并且,40℃和45℃时的吸附 量要比25℃和30℃的吸附量大。 ).029 6Ce),其中最大吸附量为156.25 mg・g~,k= ).029 6;在45℃时,Henry模型的相关性较好,但其 相关性相对于其他温度下较差。 (4)pH值4~9时,干污泥对苯酚的吸附性能较 f}子。 ∞ ● +— 25℃ 3O℃ 40℃ 45℃ 参考文献: :1]孔繁翔.环境生物学[M].北京:高等教育出版社,2000.241. :2]吴健波,刘振鸿,陈季华.剩余污泥处置的减量化发展方向[J].中 国给水排水,2001,17(11):24—26. ∞ 吕 血l {十+莲  I3]李军,陈邦林,胡建斌,等.高温突跃法处理城市污泥的研究[J]. 环境科学学报,2000,20(6):751—754. 【4]Dong—Jin Ju,Im—Gyun,Chang—Han Lee,et a1.Biosorption char- pH值 aeteristies of reactive dye onto dried activated sludge【J].Water Prac- tice&Technology,2006,1(3):1—8. 图4不同pH值条件下吸附量变化曲线 Figure 4 Curve of the a.Inount8 of phenol adaorbed 【5]金相灿,等.有机化合物污染化学[M].北京:清华大学出版社, 1990. at different pH valtles 3 结论 (1)干污泥对苯酚的吸附,在25℃和30℃温度 【6]陈春云,庄源益,刘斐.干污泥及其改性物对染料的吸附[J].城 市环境与城市生态,2003,16(5):22—24. 【7]陈春云,庄源益,刘斐,等.染料在于污泥上的吸附平衡和动力学 [J].安全与环境学报,2003,3(3):46—5O. 【8]刘雅巍,池勇志,费学宁,等.紫外分光光度法对苯酚、苯胺和苯甲酸 的同时测定方法的研究[J].安全与环境学报,2005,5(2):72—74. [9]Aksu Z.Biosorption of reactive dyes by dried activated sludge:equilib— rium and kinetic modeling1 J 1.Biochem Eng J,2001,7:79—84. 下48 h达到吸附平衡,40℃和45℃温度下24 h达到 吸附平衡。 (2)干污泥对苯酚的吸附是放热反应,随着的温 度的升高,吸附速率加快,但达到一定温度后,反应速 【1O]Feng—Chin Wu,Ru—Ling Tseng,et a1.Kinetic modeling of liquid —phase adsorption of reactive dyesaud metallonson chitosan[J].War Res,2001,35(3):613—618. 率下降,吸附量也随之降低。在30℃温度下吸附速 率较快,吸附量也较大,并且一级速率方程和二级速 率方程都可以较好的描述干污泥对苯酚的吸附。 [11]AksuZ.Biosorption of reactive dyesby dried activatd seludge:e—qui— librium and kinetic modeling[J].Biochem Eng J,2001,7:79—84. [12]于瑞莲,胡恭任.苯酚在滩涂沉积物上的吸附特性[.,].生态环境, 2O04,13(4):535—537. 

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