污泥基金属负载催化剂的制备

陈丽

陕西省交通环境监测中心站有限公司 陕西省西安市 710000

摘 要

近年来，污泥的大量堆积、未经妥善处置私自排放的情况日益增多，给环境带来了很严重的二次污染，因此污泥的资源化利用受到了广泛关注。

关键词：污泥资源化；催化剂制备；类芬顿；

1  概述

随着城市化进程的加快，社会发展、经济增长、人民生活水平提高的同时，也给环境带来了巨大的危害。工业废水、生活污水排放量急剧增加，为污水处理厂带来的巨大压力，污水处理的过程中必定会产生大量的污泥，每年未经妥善处置的污泥超过3000万吨。由于国家对污泥的管理越来越严格，污泥处理压力与成本进一步的增加，导致越来越多企业冒险违规将污泥偷排、偷倒，近些年来，污泥导致的环境事件频发。因此如何对污泥进行有效的处置，以减小对环境造成的污染已成为急需解决的重要问题。

1.1  污泥简介

污泥是经过污水处理之后的产物，按照污泥的处理工艺、产生的不同阶段分类分别如下表1.1所示。

表1.1 污泥按处理工艺分类

分类	定义
初沉污泥	污水一级处理过程中经由初沉池排出的污泥
剩余污泥	从二次沉淀池中，除去污泥回流，多余的排出系统外的活性污泥
腐殖污泥	采用生物膜法（如生物转盘、生物滤池、部分生物接触氧化池等）污水处理工艺中二次沉淀池产生的沉淀物
化学污泥	化学强化一级处理或三级处理后产生的污泥

1.2  污泥的处理处置

由于污泥具有的这些特性，如直接排放堆积，将会对环境造成严重的影响，危害人类健康。所以应对其进行科学的处理处置，使其变废为宝，以免造成资源浪费及二次污染。

1.3  污泥的资源化

随着社会的发展，传统的污泥处置方法因其各项限制条件，有些已经很难满足现今环境可持续发展的需要。而污泥的资源化可以很好的解决这一问题，通过各项技术将污泥变废为宝，促进资源的合理利用，在稳定城市环境的同时，促进经济发展，营造绿色、健康、可持续的生态环境。污泥的资源化具有良好的生态效益、环境效益、经济效益和社会效益[9]。主要包括土地资源化、污泥建材化、污泥材料化。

1.4  高级氧化技术

近年来，随着工业化进程的加快，提高了经济效益、居民生活水平大幅改善的同时，所带来的环境问题也日益严重，工业污水，生活废水的排放量急剧增加，如何有效、高效的处理废水俨然成为了非常重要的问题。基于这一点，由于高级氧化技术可完成对有机废水的高效处理，广泛应用于各个方面，因此也成为了众多研究者的焦点所在，广受欢迎。

2  实验材料

2.1  实验材料

（1）  供试污泥

本次实验取用的污泥来源于沈阳市满堂污水处理厂经板框压滤的脱水后污泥，此污水处理厂主要以生活污水为主，采用AAO污水处理工艺，使用聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）、CaO复合调理剂调理污泥后，经过板框压滤机进行机械脱水。污泥取回后放入4℃的冰箱保存。实验前，于105℃烘箱中反复干燥至恒重，待冷却后，研磨，过100目的标准筛，以备后续实验使用。污泥指标详见2.2.2。

（2） 实验所需药品如下表2.1所示。

表2.1 实验药品一览表

序号	药品名称	纯度	生产厂家
1	六水合三氯化铁	分析纯	天津市大茂化学试剂厂
2	六水合硫酸镍	分析纯	天津市大茂化学试剂厂
3	罗丹明B	分析纯	天津市科密欧化学试剂有限公司
4	氢氧化钠	分析纯	天津市大茂化学试剂厂
5	过硫酸钠	分析纯	天津市大茂化学试剂厂
6	98%硫酸	分析纯	天津渤海化工集团有限公司

（3） 实验所需仪器设备如下表2.2所示。

表2.2 仪器设备一览表

序号	仪器设备名称	型号	生产厂家
1	可见分光光度计	721	上海菁华科技仪器有限公司
2	程控箱式炉	SXL-1002	杭州卓驰仪器有限公司
3	水浴振荡器	HZS-HA	哈尔滨市东联电子技术开发有限公司
4	数显恒温水浴锅	HH-2	上海力辰邦西仪器科技有限公司
5	电热鼓风干燥箱	101-0BS	上海力辰邦西仪器科技有限公司
6	电子天平	FA1004	上海上天精密仪器有限公司
7	磁力搅拌器	SN-MS-H280D	上海尚普仪器设备有限公司
8	天然玛瑙研钵	A级 ᶲ 8cm	上海力辰邦西仪器科技有限公司
9	标准筛	100目 孔径0.154	上虞市大地分样筛厂
序号	仪器设备名称	型号	生产厂家
10	抽滤瓶	T-50 1L	上海弘懿仪器设备有限公司
11	笔式酸度计	pH100	上海力辰邦西仪器科技有限公司

3  铁酸镍污泥负载催化剂制备方法

本次实验采用硫酸镍和氯化铁以共沉淀的方式制备铁酸镍。共沉淀法是沉淀剂和两种以上金属盐溶液的作用。它能同时沉淀多组分，各组分之间分布相对均匀。共沉淀法是制备多组分催化剂的常用方法，也是将一种或多种活性组分负载在载体上的方法。

3.1  实验方法

（1）将硫酸镍和氯化铁按照 n（Ni）∶n（Fe）=1∶2 制成水溶液，称取硫酸镍2.6285 g，氯化铁5.4058 g于烧杯中，加入蒸馏水至100 ml，搅拌均匀，制成A溶液。

（2）取50 ml的A溶液于烧杯中，用磁力搅拌器于20℃下搅拌10分钟，转速为220 rpm。

（3）设置不同的污泥掺混比，称取相应的污泥加入烧杯中，用磁力搅拌器在20℃下搅拌20分钟，转速为220 rpm，同时滴加10%的氢氧化钠溶液调节pH至13。

（4）设置不同的反应温度梯度，分别置于烘箱中加热20分钟。

（5）将反应好的污泥进行抽滤、洗涤至pH为7。放入103℃的烘箱中干燥3小时。

（6）将污泥取出放入马弗炉中，于300℃条件下煅烧两个小时，取出放入干燥器内冷却至室温，然后用研钵将煅烧好的污泥研磨至粉末状，装袋写好标签后备用。

（7）称取0.01 g罗丹明B定容至500 ml容量瓶中，配置成20 mg/L的罗丹明B溶液。

（8）取50 ml罗丹明B溶液于250 ml锥形瓶中，向其中加入0.2 g/L的催化剂和1 g/L的过硫酸钠，将锥形瓶放在振荡器上于30℃条件下恒温振荡，转速为200 rpm。

（9）分别在30、60、90、120、150分钟时，用分光光度计于最大吸收波长554纳米处测量吸光度，进而得出去除率[32-33]。

4 结论

实验所用污泥为污水处理厂脱水污泥，采用共沉淀法用氯化铁和硫酸镍制备铁酸镍污泥负载催化剂，研究固化时间、固化温度、反应pH、污泥掺混比四种因素对制备效果的影响。具体结论如下：

（1）对于优化铁酸镍污泥负载催化剂的制备条件，得出的最终结论是当固化温度55℃，污泥掺混比为5%，pH=10，固化时间2小时的制备条件最优。在此条件下的去除率可达到34.32%。

（2）对于正交法优化催化降解效果，得出各因素的影响程度为罗丹明B浓度>罗丹明B pH>催化剂添加量>过硫酸钠添加量，确定各因素的最优水平，进而得到催化降解的理论上最优组合为A1B1C1D3，即催化剂添加量0.2 g/L，罗丹明B浓度10 mg/L，罗丹明B pH=3，过硫酸钠浓度1.4 g/L，在此条件下的降解率可达到96.26%。

参考文献

[1] 曹斌.城市污泥的特性及资源化利用技术研究进展.环境与发展. 2020，(08)：104-106.

[2] 魏亮，金星，马丽萍.污水厂剩余污泥处理处置技术研究进展.农业与技术.

2021，41（08）：106-108.

[3] 张晨，李学文.城市污泥的处理以及资源化利用.广东化工.2020，16（27）：132-133.

[4] 林昱廷，彭娅娅，苏冰琴，等.污泥处理及资源化技术研究进展.资源与环境. 2021，47（1）：176-177.