/ ~* ?6 X5 A9 T4 W: g4.重金属离子类型 # E7 ^2 ^. y" A" v' W P" t% k2 B2 q0 u
污泥生物炭对同价态但不同类型的重金属离子的吸附性能有显著的差异。同价态重金属离子的有效离子半径、电负性、水合能和水合离子半径不同。有效离子半径越大,电负性越高的重金属更易与污泥生物炭表面或内部O原子中的孤对电子形成稳定络合物。水合能越低的重金属在吸附过程中越容易脱去表面结合水解离为自由离子,进而通过各种吸附机制被吸附于污泥生物炭上。水合离子半径越小,离子外围的水薄膜所受吸引力就越大,吸附性能更强。. J8 c; ?+ w1 x9 E+ I
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5.重金属初始浓度 . w, i N: f$ ~8 A) a% X: |" M: o# X: W" E
重金属初始浓度不同,污泥生物炭对其去除率也存在显著的差异。当吸附剂添加量一定时,相应的吸附位点数一定,所能吸附的重金属离子浓度也一定,如果重金属离子初始浓度低于该最佳浓度,则去除率较高,反之若高于该浓度,去除率则降低。故对一定重金属初始浓度选择合适的生物炭添加量才能以较低成本获得较好的吸附效果。 + e9 l7 d/ ?5 h! _7 F- l5 E+ f( Z2 f0 M% w* k7 X
6.溶液温度 ; {6 H% g1 _+ @$ c' w7 x% t5 S 7 l( [# n) l8 E. T7 ]1 r反应体系中的温度也是不可忽略的因素之一。张隽晔等在15,25,35 ℃条件下,研究MnO2改性的累托石/污泥生物炭复合材料对水体中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附,结果显示,随着温度的增加,复合材料对2种重金属的吸附量随之增加,说明高温更有利于其吸附过程的进行。范世锁等在研究中利用吸附热力学对污泥生物炭吸附Cd(Ⅱ)的过程进行研究,研究结果表明,随着温度的增加,热力学参数ΔG逐渐降低,吸附行为由非自发转为自发,表明吸附过程吸热,升高温度可以使Cd(Ⅱ)获得更高的能量,转移和扩散速率变大,更易到达吸附位点。/ u" ~) H8 R' g" }4 S* W. [, @) ^4 i
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7.吸附时间" B4 f, `) q# k, m
% n6 B7 t5 ]6 T- X9 y4 G: {污泥生物炭对重金属的吸附容量随着吸附时间增加的变化普遍呈现3个阶段:第一阶段是在吸附初期,溶液与污泥生物炭表面重金属离子浓度差最大,此时传质推动力最大,有利于重金属离子快速向吸附位点扩散,吸附容量迅速增加;第二阶段是随着吸附反应的进行,两者之间的传质推动力逐渐减小,吸附速率越来越慢;第三阶段是吸附实现动态平衡。5 c7 x6 F- _+ R* w1 d. N
9 |" l$ z2 Z$ W& J5 N7 _; h8 P1 V 04污泥生物炭的再生, b/ `- `8 N6 W- W' c( s
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采用经济有效的脱附方法,使吸附剂和吸附质分离,可实现重金属的回收和吸附剂的循环利用。污泥生物炭吸附重金属达到饱和后,经过强酸(HNO3、HCl和H2SO4)或强碱(NaOH)的多次洗涤后可实现解吸脱附,脱附后的生物炭可循环再用,可有效降低成本。污泥生物炭作为吸附剂在应用中可通过强酸、强碱或表面活性剂进行再生,表现出良好的循环利用能力,可大大降低吸附剂的成本。 % P/ P$ G& V. T ' o6 x3 {+ `. r M" ]: r污泥生物炭多次吸附-解析循环使用至失效之后,由于其中有高含量的重金属,需作为危险废物进行处理处置,可稳定化后进行卫生填埋处置或者直接进行焚烧处理。; E0 ?. D6 l/ i! [3 F& e
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& c6 W7 X: y2 z% F* B j污泥生物炭不仅可以解决污泥处理处置问题,而且具有廉价、吸附能力强等突出优势,有助于实现“以废治废”的治理目标,无论从环境效益还是经济效益方面来说都具有巨大潜力。作为吸附材料,不仅可吸附水中的污染物,而且可以做到固碳,降低温室气体的排放量等多重作用。污泥生物炭对水中的重金属污染物虽然有很好的去除效果,但是大多数研究仍停留在实验室,尚未大规模应用,今后的研究工作可以从以下几个方面展开:; w2 a: \. ^* t2 y4 Z" P7 U) W
: V8 D$ K3 o2 h( X( ?5 U& h1)水中重金属污染一般为多种重金属的复合污染,需模拟实际废水复合污染,探索污泥生物炭吸附重金属污染物的作用效果和机制,为污泥生物炭应用于实际废水中重金属去除提供理论依据。 $ U5 {* R/ V# Z+ d v9 q/ l- E$ I0 W0 J4 v( T' ^" I! v! u
2)由于不同处理工艺、不同时段、不同地域的污水处理厂的剩余污泥性质均存在差异性,需针对污泥物化性质的差异性研究应对措施,制备性能优异且稳定的吸附剂产品。 $ _5 a. b x' T, [, L7 i$ B) E+ T- k8 _/ w1 H2 i- h# t0 I# J
3)通过表面氧化、金属氧化物浸渍、功能化等改性措施以及热解制备工艺的优化,提升污泥生物炭对重金属离子的吸附性能和吸附选择性。 ( `" M* \/ I( C% }/ O' ]. t' U( H! k5 W4 J. u2 q. x
4)污泥生物炭中高含量的重金属虽然研究人员前期做了形态分析和淋洗实验,证实无环境释放风险,但是在生物炭老化情况下是否有重金属向环境中释放,目前没有长期的实验进行支撑,这仍然是需要考虑的一个问题。作者:戴亮,赵伟繁等,原标题:污泥生物炭去除水中重金属的研究进展,来源:环境工程2 S: R8 e& _4 e* y3 l# d