水处理实验设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
厌氧消化中硫酸盐对重金属化学形态转化作用
徐为中
试验背景
目前 , 在我国城市污水处理厂污泥的综合利用中 , 最为经 济、实惠 , 也最为人们所关注的是污泥在农业方面的利用 , 在其利用中最大的障碍就是其中含有的重金属 工业废水 中所含的重金属在水处理过程中 , 以不同形式由液相向固 相转移 , 最后浓缩到污泥中。 能否将污泥中的重金属进行固化处理 , 降低城市污水处理 厂污泥中有效态重金属的浓度 , 是城市污泥安全地综合利 用的关键。
Page 6
试验设计方案
+so42 0mg/L +so42100mg/L
1号消化罐 2号消化罐 3号消化罐 4号消化罐 5号消化罐 样品制备 与测定 数据分析
污 泥
+so42 200mg/L
+so42 300mg/L +so42 400mg/L
Page 7
重金属形态分析、测定
重金属形态分析采用分步提取方法，将待分析泥样在 105 ℃下烘干 至恒重 , 进行分步提取 (1) 不稳定态:准确称取干泥 0.5 g , 置于 20 ml 离心管中 , 加入 8 ml 0.04 mol 盐酸羟氨5 ml 25 % HAc ,96 ℃水浴6 h , 振荡数次 , 离心 20 min ,收集上清液分析 (2) 硫化物及和有机质结合态:上步残留泥样水洗后 8 ml 的 0.02 molHNO3和 5 ml 的 30 % H2O2 , 85 ℃水浴 , 振荡 4 h , 加入 4 ml3.2 molNH4Ac , 振荡 30 min ,离心收集上清液,电热板加热至近干 (3) 残渣态:将残留泥样洗入烧杯中 , 加入 10 ml 浓 HNO3,电热板加热至 近干 , 共进行4 次。用HNO3温热溶解 , 过滤 , 对滤液进行分析 铜、锌采用国标中的 GB7475 - 87 原子吸收分光光度法.硫酸盐的测 定方法: 按 GB11899 - 89 重量法
Page 10
运行时 间（ 天)
结果分析
从图 1、图 3可以看出 , 虽然 1 号罐中未投加硫酸盐 , 但其中重金属 硫化物含量依然随污泥消化时间延长而升高 , 这很可能与污泥本身含 有硫酸盐和含硫蛋白质有关 比较 1 号和 5 号消化罐的重金属形态含量的变化曲线可以看出 , 消化 反应后期 , 硫酸盐投加量最高的 5 号消化罐中重金属硫化物及有机质 结合态含量的百分率明显高于 1 号消化罐 , 不稳定态含量的百分率相 应减小 , 而残渣态含量的百分率基本不变化 根本原因: 硫酸盐的投加提高了污泥中硫酸盐的浓度 , 在厌氧条件下 , 硫酸盐还原菌将硫酸盐还原成硫离子 , 硫离子含量的升高促进了不稳 定态重金属向稳定的金属硫化物形式转化 , 引起重金属不稳定态含量 的下降和稳定的硫化物及有机质结合态含量的上升
20d 57 135 179 196 220
SO4 2-含量（ mg/L)
400
1号消化 罐
90 194 291 390 495
300
2号消化 罐
3号消化 罐 4号消化 罐
200
100
0
10
20
5号消化 罐
时 间 (天)
图5 硫酸盐含量变化
Page 12
实验中可能遇到的问题
实验数据较多，测量重金属含量时由于是分步骤进行，所 以可能存在相互影响导致数据不准确 在厌氧消化系统中容易出现系统运行异常的情况，如PH 下降，产气量不足（气压不足）等
实验方法
具体步骤： 1.系统的启动：每个消化罐中各加入 7 L 消化污泥，水温 调节到 35 ℃±1 ℃，每天搅拌两次 , 每次 20 min , 待系统 运行稳定。 2.投加硫酸盐：人为投加含硫化合物(硫酸盐) , 试验中 SO42 -以无水硫酸钠形式加入，每天搅拌两次 , 每次 20 min 3.系统的取样:取样测定时间定为每 5 天一次 , 每次取 50 ml , 每次取样前先搅拌 20 min , 以保证样品的代表性，运 行 20 d , 共测定 5 次
Page 11
消化罐中硫酸盐含量变化
不同的消化罐由于硫酸盐的投加量不同 , 消化液中硫酸盐 的含量也不相同 表一 硫酸盐含量变化
运行时间
500
项目 0d
1号罐 2号罐 3号罐 4号罐 5号罐
5d 87 185 280 375 480
10d 75 170 260 360 465
15d 60 138 185 190 230
Page 4
试验器材与装置
实验器材：厌氧消化装置(由五个小型消化罐组成）、恒 温水浴槽（实验时控制在35℃）、离心机、电热板 实验材料：消化污泥（25L左右），HNO3、HAc,H2O2等 实验药品 实验简易装置：
搅拌器 取样点 消 化 气 量 筒
5L消化污泥，放 置恒温水溶中
Page 5
100
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
百 分 数（ %）
80 60 40 20
不稳定 态 硫化物及 有机结合态 残渣态
百 分 数（ %）
100 80 60 40 20
0
不稳定 硫化物及 有机结合 残渣态
0
5
10
运行时 间 (天)
15
20
5
10
15
20
图3 硫酸盐对锌的化 学形态影响(1号罐）
图4 硫酸盐对锌的化 学形态影响(5号罐）
Page 13
Page 14
不稳定态
污泥厌氧消化过程中 , 存在大量的硫酸盐还原菌、酸化细菌等 , 能促 使污泥中硫酸盐的还原和含硫有机质的分解 , 生成 S2 -离子 4H2+ SO4 2-----S2 - + 4H2O CH3COOH +SO4 2- -----S2 -+2CO2+ 2H2O 硫离子能够与污泥中的重金属反应生成稳定的金属硫化物形态
Page 2
实验目的
研究厌氧消化中硫酸盐的投入对重金属化学形态的影响
为城市污泥中重金属的稳定研究提供参考依据
污泥中重金属的稳定化，为污泥的综合利用提供技术支持 通过实验数据的分析，提高数据分析及科技作图的能力
Page 3
实验原理
重金属化学形态的分类： 可交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化物结合态 硫化物及和有机质结合态 残渣态 稳定态
Page 8
预期试验结果与讨论
因数据较多 , 仅对含硫量最少的 1 号罐和加硫量最多的 5 号罐进行图示比较 图 1 , 图 2 为重金属铜的各化学形态所占百分 率随时间变化曲线
百 分 数（ %）
百 分 数（ %）
100 80 60 40 20 0 5
不稳定 态 硫化物及 有机结合态 残渣态
100 80 60 40 20
0
不稳定 硫化物及 有机结合 残渣态
运行时 间（ 天） 运行时 间（ 天) 图 2 硫酸盐对铜的化 图1 硫酸盐对铜的化 学形态影响(5号罐） 学形态影响(1号罐） Page 9
10
15
20
5
10
15
20
图 3 , 图 4 为重金属锌的各化学形态所占百分 率随时间变化曲线
徐为中
试验背景
目前 , 在我国城市污水处理厂污泥的综合利用中 , 最为经 济、实惠 , 也最为人们所关注的是污泥在农业方面的利用 , 在其利用中最大的障碍就是其中含有的重金属 工业废水 中所含的重金属在水处理过程中 , 以不同形式由液相向固 相转移 , 最后浓缩到污泥中。 能否将污泥中的重金属进行固化处理 , 降低城市污水处理 厂污泥中有效态重金属的浓度 , 是城市污泥安全地综合利 用的关键。
Page 6
试验设计方案
+so42 0mg/L +so42100mg/L
1号消化罐 2号消化罐 3号消化罐 4号消化罐 5号消化罐 样品制备 与测定 数据分析
污 泥
+so42 200mg/L
+so42 300mg/L +so42 400mg/L
Page 7
重金属形态分析、测定
重金属形态分析采用分步提取方法，将待分析泥样在 105 ℃下烘干 至恒重 , 进行分步提取 (1) 不稳定态:准确称取干泥 0.5 g , 置于 20 ml 离心管中 , 加入 8 ml 0.04 mol 盐酸羟氨5 ml 25 % HAc ,96 ℃水浴6 h , 振荡数次 , 离心 20 min ,收集上清液分析 (2) 硫化物及和有机质结合态:上步残留泥样水洗后 8 ml 的 0.02 molHNO3和 5 ml 的 30 % H2O2 , 85 ℃水浴 , 振荡 4 h , 加入 4 ml3.2 molNH4Ac , 振荡 30 min ,离心收集上清液,电热板加热至近干 (3) 残渣态:将残留泥样洗入烧杯中 , 加入 10 ml 浓 HNO3,电热板加热至 近干 , 共进行4 次。用HNO3温热溶解 , 过滤 , 对滤液进行分析 铜、锌采用国标中的 GB7475 - 87 原子吸收分光光度法.硫酸盐的测 定方法: 按 GB11899 - 89 重量法
Page 10
运行时 间（ 天)
结果分析
从图 1、图 3可以看出 , 虽然 1 号罐中未投加硫酸盐 , 但其中重金属 硫化物含量依然随污泥消化时间延长而升高 , 这很可能与污泥本身含 有硫酸盐和含硫蛋白质有关 比较 1 号和 5 号消化罐的重金属形态含量的变化曲线可以看出 , 消化 反应后期 , 硫酸盐投加量最高的 5 号消化罐中重金属硫化物及有机质 结合态含量的百分率明显高于 1 号消化罐 , 不稳定态含量的百分率相 应减小 , 而残渣态含量的百分率基本不变化 根本原因: 硫酸盐的投加提高了污泥中硫酸盐的浓度 , 在厌氧条件下 , 硫酸盐还原菌将硫酸盐还原成硫离子 , 硫离子含量的升高促进了不稳 定态重金属向稳定的金属硫化物形式转化 , 引起重金属不稳定态含量 的下降和稳定的硫化物及有机质结合态含量的上升
20d 57 135 179 196 220
SO4 2-含量（ mg/L)
400
1号消化 罐
90 194 291 390 495
300
2号消化 罐
3号消化 罐 4号消化 罐
200
100
0
10
20
5号消化 罐
时 间 (天)
图5 硫酸盐含量变化
Page 12
实验中可能遇到的问题
实验数据较多，测量重金属含量时由于是分步骤进行，所 以可能存在相互影响导致数据不准确 在厌氧消化系统中容易出现系统运行异常的情况，如PH 下降，产气量不足（气压不足）等
实验方法
具体步骤： 1.系统的启动：每个消化罐中各加入 7 L 消化污泥，水温 调节到 35 ℃±1 ℃，每天搅拌两次 , 每次 20 min , 待系统 运行稳定。 2.投加硫酸盐：人为投加含硫化合物(硫酸盐) , 试验中 SO42 -以无水硫酸钠形式加入，每天搅拌两次 , 每次 20 min 3.系统的取样:取样测定时间定为每 5 天一次 , 每次取 50 ml , 每次取样前先搅拌 20 min , 以保证样品的代表性，运 行 20 d , 共测定 5 次
Page 11
消化罐中硫酸盐含量变化
不同的消化罐由于硫酸盐的投加量不同 , 消化液中硫酸盐 的含量也不相同 表一 硫酸盐含量变化
运行时间
500
项目 0d
1号罐 2号罐 3号罐 4号罐 5号罐
5d 87 185 280 375 480
10d 75 170 260 360 465
15d 60 138 185 190 230
Page 4
试验器材与装置
实验器材：厌氧消化装置(由五个小型消化罐组成）、恒 温水浴槽（实验时控制在35℃）、离心机、电热板 实验材料：消化污泥（25L左右），HNO3、HAc,H2O2等 实验药品 实验简易装置：
搅拌器 取样点 消 化 气 量 筒
5L消化污泥，放 置恒温水溶中
Page 5
100
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
百 分 数（ %）
80 60 40 20
不稳定 态 硫化物及 有机结合态 残渣态
百 分 数（ %）
100 80 60 40 20
0
不稳定 硫化物及 有机结合 残渣态
0
5
10
运行时 间 (天)
15
20
5
10
15
20
图3 硫酸盐对锌的化 学形态影响(1号罐）
图4 硫酸盐对锌的化 学形态影响(5号罐）
Page 13
Page 14
不稳定态
污泥厌氧消化过程中 , 存在大量的硫酸盐还原菌、酸化细菌等 , 能促 使污泥中硫酸盐的还原和含硫有机质的分解 , 生成 S2 -离子 4H2+ SO4 2-----S2 - + 4H2O CH3COOH +SO4 2- -----S2 -+2CO2+ 2H2O 硫离子能够与污泥中的重金属反应生成稳定的金属硫化物形态
Page 2
实验目的
研究厌氧消化中硫酸盐的投入对重金属化学形态的影响
为城市污泥中重金属的稳定研究提供参考依据
污泥中重金属的稳定化，为污泥的综合利用提供技术支持 通过实验数据的分析，提高数据分析及科技作图的能力
Page 3
实验原理
重金属化学形态的分类： 可交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化物结合态 硫化物及和有机质结合态 残渣态 稳定态
Page 8
预期试验结果与讨论
因数据较多 , 仅对含硫量最少的 1 号罐和加硫量最多的 5 号罐进行图示比较 图 1 , 图 2 为重金属铜的各化学形态所占百分 率随时间变化曲线
百 分 数（ %）
百 分 数（ %）
100 80 60 40 20 0 5
不稳定 态 硫化物及 有机结合态 残渣态
100 80 60 40 20
0
不稳定 硫化物及 有机结合 残渣态
运行时 间（ 天） 运行时 间（ 天) 图 2 硫酸盐对铜的化 图1 硫酸盐对铜的化 学形态影响(5号罐） 学形态影响(1号罐） Page 9
10
15
20
5
10
15
20
图 3 , 图 4 为重金属锌的各化学形态所占百分 率随时间变化曲线