氢氧化铝改性钢渣处理含锌废水的性能研究

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锌是一种重金属元素,吸入过量会引发重金属中毒。钢渣是炼钢过程中产生的废渣,疏松多孔,比表面积大,在水中呈碱性,是一种良好的吸附剂。因此,本文利用钢渣作为含锌废水处理剂。为进一步提高钢渣的吸附能力,利用氢氧化铝粉和钢渣混合加热改性。通过响应面曲线法优化改性条件,得到最佳改性条件为:Al(OH)3/钢渣为0.24,改性时间为2.8h,改性温度为759℃。同时,利用XRF、XRD、SEM、BET、FTIR等表征方式对钢渣及改性钢渣的化学成分、结构和性质进行分析。  实验通过单因素实验法研究改性钢渣的投加量、溶液初始pH、溶液初始浓度、反应时间以及反应温度对改性钢渣吸附效果的影响。结果表明,改性钢渣吸附锌离子的最佳条件为:最佳投加比(锌/改性钢渣)为1/4,初始pH值为5左右,反应时间大于360min,初始浓度和温度对改性钢渣吸附锌离子的影响不大。  实验通过动态实验研究进水流速、进水浓度、高径比以及分级数等对改性钢渣吸附锌离子的影响。结果表明,随着进水流速和进水浓度增加,吸附柱的穿透时间和耗竭时间减少;分级级数和吸附柱高径比增加,吸附柱穿透时间和耗竭时间增加。利用BDST模型和Thomas模型对改性钢渣吸附锌离子的过程进行模拟,发现BDST模型能够较好预测穿透时间和耗竭时间,而Thomas模型可以用来表明改性钢渣吸附锌离子的动态吸附特征,进行吸附量预测。同时,利用改性钢渣处理实际含锌废水。结果表明,镍离子的存在对锌离子的去除影响不大,而铜、铬离子的存在对锌离子的吸附影响较大。  实验对改性钢渣处理含锌废水的机理进行探讨。通过对反应现象以及XRD、SEM表征等方法,可知改性钢渣去除水中锌离子是化学吸附和物理吸附的共同作用。同时,对改性钢渣吸附锌离子的过程进行吸附动力学、吸附热力学和吸附等温线分析。结果表明,改性钢渣吸附锌离子的过程符合伪二级动力学和Langmuir吸附等温线模型,相关系数均大于0.99。热力学分析中,可知改性钢渣吸附锌离子属于吸热、自发、熵增加的过程。  论文对改性钢渣处理含锌废水的技术经济进行分析。通过改性钢渣与钢渣、壳碳、活性炭进行对比吸附实验以及查阅文献进行吸附容量对比,也对传统化学沉淀法处置方式的药剂成本和用改性钢渣处置的药剂成本进行比较。结果表明,改性钢渣的吸附效果比钢渣、壳碳以及活性炭均好;在25℃时,改性钢渣的吸附容量为241.54 mg/g,均高于文献上其他吸附剂的吸附容量;利用改性钢渣处理含锌废水能给企业降低药剂成本。
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