净水污泥吸附剂的制备及去除氨氮的性能研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

最近几年，由于自来水处理厂产生的净水污泥日益增多，产量不断增大，使得净水污泥处理逐步成为一项严峻挑战。 自来水的原水主要取自天然水体，通过投加混凝剂使水中的微小颗粒凝絮沉降。原水中的土壤颗粒，微生物，絮凝剂等化学试剂在沉降池中沉淀下来形成了净水污泥。净水污泥中的铝盐和一些重金属粒子会引起动植物的中毒和死亡，在人体内富集造成病变，影响人类生存，对生态环境造成长期的污染和破坏。

其中，氨氮是水体中的主要耗氧污染物之一。目前去除氨氮的方法主要有化学沉淀法，汽提法，超声波降解法，生物法，超临界水氧化法，吸附法等。而吸附法操作简单，快速，便捷，逐渐受到了广泛关注。

随着时代的发展，国内外对净水污泥的处理采取相当重视的态度。处置净水污泥常用的方法有三种：净水污泥与污水污泥共同处理，净水污泥投入海洋，污泥卫生填埋。但是这几种处置方法几乎不能从根本上解决问题，只是延缓了污染的时间，控制了污染的地区，减轻了净水污泥对环境带来的危害。因此，国内外专家逐渐将重点放在了如何回收利用净水污泥上，包括：回收铝盐，代替粘土烧制建筑砖块及陶瓷，污泥农用，净水污泥制备吸附剂。

活性炭纤维（acf），亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。其超过50%的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。 它是由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。较发达的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，且由于它可方便地加工为毡、布、纸等不同的形状，并具有耐酸碱耐腐蚀特性，使得其一问世就得到人们广泛的关注和深入的研究。目前已在环境保护、催化、医药、军工等领域得到广泛应用。 活性炭纤维是一种典型的微孔炭（mpac），被认为是“超微粒子、表面不规则的构造以及极狭小空间的组合”，直径为10 μm～30 μm。孔隙直接开口于纤维表面，超微粒子以各种方式结合在一起，形成丰富的纳米空间，形成的这些空间的大小与超微粒子处于同一个数量级，从而造就了较大的比表面积。其含有的许多不规则结构，如杂环结构或含有表面官能团的微结构，具有极大的表面能，这也造就了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供了一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系。使得吸附质到达吸附位的扩散路径比活性炭短、驱动力大且孔径分布集中，这也是造成acf比活性炭比表面积大、吸脱附速率快、吸附效率高的主要原因。 因此，如果将净水污泥与活性炭纤维丝复合，是一种前景可观的吸附剂。

2. 研究的基本内容和问题

1.研究内容（1）净水污泥吸附剂的制备与表征制备净水污泥和活性炭纤维丝复合吸附剂。

分别进行sem、xrd、ftir、bet对吸附剂进行表征。

（2）净水污泥吸附剂对吸附效能的研究探究吸附剂去除氨氮的影响因素：分别考察吸附剂时间、ph值、投加量、以及初始浓度对氨氮去除效果的影响。

3. 研究的方法与方案

（一）净水污泥吸附剂的制备（1）考察净水污泥与活性炭纤维丝比例为1:1、1：3、1:5、1:9对氨氮的吸附效果。（2）考擦煅烧温度300、400、500、600、700℃对氨氮吸附效果的影响。（二）吸附表征（1）sem：采用扫描电子显微镜观察净水污泥颗粒表面。工作电压设为15 kv，样品均匀的撒在衬底上，经过表层喷金处理后放入扫描电镜中。sem分析可以得到净水污泥吸附剂表面的微观形貌和尺寸。（2）ftir：样品的红外图谱是用kbr压片法在傅里叶变换红外光谱仪上测定。测试条件：波长扫描范围为400~4000 nm，温度为25℃。ftir分析可以得到净水污泥表面官能团的种类和相对含量。（3）bet:bet比表面测试是采用氮气静态吸附法在比表面积-孔径分析仪上完成。测样前，样品需在110℃的高温真空条件下进行预处理2 h，再在液氮温度 (77 k) 下测定n2吸脱附曲线，并计算净水污泥bet比表面积、孔径和孔容。（4）xrd:采用x射线衍射仪对样品进行xrd分析。辐射源为cu kα，入射波长λ为0.15418 nm；用弯曲石墨晶体单色器滤波，工作电压40 kv，工作电流200 ma；扫描速度为6°(2θ)/min，步长值为0.02°；扫描范围为2θ=20°~70°。通过xrd可以对样品进行物相分析。（三）吸附剂去除氨氮影响因素探究（1）吸附时间的影响：考察0.5、1、2、3、5、7、12、24h氨氮的去除率。（2）ph值的影响：考察ph为1、3、5、7、9、11、12时氨氮的去除率。（3）吸附剂投加量的影响：考察10、20、50、100、150、200g时对氨氮的去除率。（四）动力学和热力学模型的建立

（1）动力学模型：为了探究净水污泥对nh4 吸附的速率控制步骤，分别将实验数据与一级动力学模型 ① 和二级动力学模型 ② 进行拟合。

①

4. 研究创新点

[1] 张玉妹. 净水污泥吸附剂的制备及其对氨氮和氟的去除研究[D]. 苏州科技学院 苏州科技大学应用化学, 2014.[2] 金源，夏建新，张紫君.工业废水中氨氮处理方法比较分析[J].工业水处理，2013，33（7）：5-10[3] 姜瑞，曾红云，王强.氨氮废水处理技术研究进展[J].环境科学与管理，2013，38（6）：131-134[4] Keeley J., Jarvis P., Judd S.J.. An economic assessment of coagulant recovery from water treatment residuals[J]. Desalination, 2012, 287 (15): 132-137[5] 张玉妹, 韩乙萱, 魏杰. 碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究[J]. 环境科学学报, 2014, 34 (10): 2484-2490[6] Chen Y.J., Wang W.M., Wei M.J.. Effects of Al-coagulant sludge characteristics on the efficiency of coagulants recovery by acidification[J]. Environ. Technol., 2012, 33 (22): 2525-2530[7] Fouad M M, Razek T M A, Elgendy A S. Utilization of Drinking Water Treatment Slurry to Produce Aluminum Sulfate Coagulant[J]. Water Environment Research ,2017,89(2):186-191.

5. 研究计划与进展

1）2020年12月28日----2021年03月19日：查阅相关文献资料，撰写文献综述，提出具体研究计划,完成开题报告。

2）2021年03月20日----2021年05月20日：论文实验阶段；3）2021年05月21日----2021年05月28日：撰写论文，准备答辩。