电镀污泥响应曲面法优化研究-DHG-9070A使用

电镀废水处理产生的电镀污泥中有机物含量较少，重金属含量较多，堆置易产生二次污染，严重影 响地下水、土壤等周边环境，因此电镀污泥的处理一直是电镀行业和环境工程领域的热点问题。本着固 体废弃物处置的“３Ｒ”原则，在目前经济和技术的背景下，利用固化技术处理较为简单经济可行。利 用固化技术处理的电镀污泥仍然需要进一步的安全填埋处理，以保证固化的电镀污泥不能对环境产生 潜在的威胁。

１ 材料与方法

１．１ 实验材料

实验使用的电镀污泥是采自常州某表面技术科技发展有限公司经常规方法脱水后的污泥，含水率 为７４．９０％。将采来的电镀污泥置于烘箱里１０５ ℃ 烘干２４ｈ，将烘干的电镀污泥采用球磨机磨细，并 过２００目（筛孔尺寸０．０７５ｍｍ）标准筛。粉煤灰取 自常州华电电厂，采集来的粉煤灰未经球磨机粉磨 直接烘箱干燥后使用。水泥采购市场上的商用３２５ 普通硅酸盐水泥，实验原料经过 Ｘ 射线荧光光谱表 征分析，主要组分见表１。


１．２ 实验仪器

上海精宏DHG-9070A鼓 风 干 燥 箱，上 海 精 宏 仪 器 厂； ＦＡ２１０４分析电 子 天 平，上 海 良 平 仪 器 仪 表 有 限 公 司；７５２Ｎ 紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；ＨＺＱ－Ｘ１００Ａ 恒温振荡培养箱，上海一恒科学仪器有限公司；ＱＭ－１ＳＰ行星式球磨机，南京大 学仪器厂；ＹＹＷ－２应变控制式无侧限压力机，南京土壤仪器厂有限公司；ＳｏｌａａｒＭ６原子吸收分光光度 计，美国 ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｏｎ公司；ＡＦＺ－０５０１－Ｕ 纯 水 仪，艾 科 浦 公 司；ＨＢＹ－４０Ｂ 水泥恒温恒湿标准养护 箱，苏州市东华试验仪 器 有 限 公 司；ＳＢ－５２００Ｄ 超 声 波 清 洗 机，宁 波 新 芝 生 物 科 技 股 份 有 限 公 司；ＳＸＦ－ １２００型 Ｘ射线荧光光谱分析仪，日本岛津。

１．３ 实验方法

１）试块制备工艺流程

图１为本实验的试块制备的工艺流程图。将磨细烘干 的电镀污泥、水泥与粉煤灰按比例称重后，再经球磨机粉磨 混合，球磨机的转速为３５０ｒ／ｍｉｎ，混合时间为６ｈ。表２为实 验 原 料 配 比 设 计。以 电 镀 污 泥 的 质 量 为 参 照，记作１个质量单位，根据水泥固化相关中水泥使用 量，水泥的添 加 量（Ａ）为 电 镀 污 泥 的 ０．５０，０．７５，１ 倍，则 Ａ１，Ａ２，Ａ３ 分别为０．５０，０．７５，１。粉煤灰的添加量不能多 于水泥，否则会严重影响试块的抗压强度，本研究中粉煤灰 的添加量（Ｂ）为电镀污泥添加量的０．１５，０．３０，０．４５倍，即 Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 分别为：０．１５，０．３０，０．４５。将处理好的样 品 加 入 一 定 量 的 水（质 量 分 数 为８％～ １０％）使 其 成 流 塑 态 后，以 内 径 ｄ ＝３９．１ ｍｍ、高 ｈ ＝ ８０ｍｍ 水泥胶砂试模制作 试 块。试 块 制 作 过 程 中 分３层 夯实，每层用击实器击２４次，试块成型时间为１ｄ；养护时 间（Ｃ）为３，５，７，１４，２１ｄ，养护完成取出测其无侧限抗压强 度和重金属浸出毒性。其中，养护温度（２０±１）℃，养护湿 度≥９０％。

２）性能测试方法

无侧限抗压强度参 照 公 路 土 工 试 验 规 程（ＪＴＧ Ｅ４０— ２００７）中无侧限抗压强度试验（Ｔ０１４８—９３）；重金属浸出毒性分析方法采用水平振荡法（ＨＪ５５７—２０１０）； 重金属分析方法采用《水和废水监测分析方法》（第四版），其中 Ｎｉ２＋ 含量采用丁二酮胯分光光度法测 定，Ｃｕ２＋ ，Ｚｎ２＋ 含量均采用火焰原子吸收分光光度法测定。


２ 结果与分析

电镀污泥的 ＸＲＦ分析表明主要的重金属是 Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，质 量 分 数 分 别 占 到 了 １２．３３％， １０．０５％，５．６９％。粉煤灰及水泥中几乎不含有重 金属元素。电 镀 污 泥 中 含 有１７．６９％的 Ｐ 元 素， 这是由于采集污泥的电镀厂采用的是含 Ｐ 的 重 金属捕捉剂而不是用普通的石灰沉淀导致的。通过 Ｄｅｓｉｇｎ－ｅｘｐｅｒｔ分析得到的等高线图及响应曲面图结果如图３所示。在试验因素取值范围内 选择最低点为出发点，优化得到的最佳理论配比为 ｍ（电 镀 污 泥）∶ｍ（水 泥）∶ｍ（粉 煤 灰）＝１∶１∶ ０．３６，该条件下计算得到的无限抗压强度预测值为３１０．０３６ｋＰａ。通过软件优化计算得到的最优配比为 ｍ（电镀污泥）∶ｍ（水泥）∶ｍ（粉煤灰）＝１∶１∶０．３６，该配比非常接近正交试验中得到的最优配比 ｍ （电镀污泥）∶ｍ（水泥）∶ｍ（粉煤灰）＝１∶１∶０．３；通过理论优化得到的最优养护期为２１ｄ，该值也符 合实验结果，表明响应曲面优化得到的结果较为可靠。

３ 结 论

１）以水泥、粉煤灰为固化剂固化电镀污泥，通过正交试验可知，水泥、粉煤灰、养护时间３个因素对 无侧限抗压强度的影响从大到小为养护时间，水泥，粉煤灰。无侧限抗压强度随养护时间、水泥添加量 的增加而增加，不随粉煤灰添加量的增加而增加。最佳的试验条件为 Ａ３Ｂ２Ｃ３，即 ｍ（电 镀 污 泥）∶ｍ （水泥）∶ｍ（粉煤灰）＝１∶１∶０．３，最佳养护时间为２１ｄ。

２）通过 Ｄｅｓｉｇｎ－ｅｘｐｅｒｔ软件优化得到的理论最佳条件及能取得最大预测值为：ｍ（电 镀 污 泥）∶ ｍ（水泥）∶ｍ（粉煤灰）＝１∶１∶０．３６，养护龄期２１ｄ，无侧限抗压强度预测值为３１０．０３６ｋＰａ。此最优 条件下制备的试块经浸出毒性评价测试，浸出液中重金属的浓度完全达到了浸出毒性测试要求。



 

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