微波再生泥質活性炭的研究

林怡汝，阮超，周文婷，陳力，邵駿，楊姍姍

微波再生泥質活性炭的研究

林怡汝，阮超，周文婷，陳力，邵駿，楊姍姍

（西安工程大學環境與化學工程學院，陜西西安710048）

研究了微波再生泥質活性炭的最佳條件及各影響因素對飽和泥質活性炭再生性能的影響。以城市污水處理廠污泥為原料制備泥質活性炭，以亞甲基藍為模擬污染物污染泥質活性炭，探索了輔助溶液濃度、微波功率、輻照時間及泥質活性炭質量對再生性能的影響規律。結果表明，2 g飽和泥質活性炭在堿液濃度為30 g.L-1，微波功率為300 W，輻照時間為90 s時，性能恢復率最高，再生損耗率最小。堿液輔助微波再生泥質活性炭是一種可行的泥質活性炭再生方法。

微波；泥質活性炭；再生性能

目前用于活性炭再生的方法主要有熱再生法［1］、生物再生法［2］、濕式氧化［3］和催化濕式氧化再生法［4］、溶劑再生法［5］、電化學再生法［6］、超臨界流體再生法［7］等。熱再生法是目前應用最多、工業上最成熟的活性炭再生方法。生物再生法是簡單易行，投資和運行費用較低，但所需時間較長，受水質和溫度的影響很大，因而限制了生物再生法的工業化應用。濕式氧化再生法處理對象廣泛，反應時間短，再生效率穩定，但這種方法對設備要求高，操作不方便，運行和維護費用高。微波再生法［8-15］由于加熱速度快、加熱均勻、無滯后效應等特點而被廣泛關注。

本研究以污水處理廠污泥為原料制備了泥質活性炭，以亞甲基藍為模擬污染物污染泥質活性炭，探索了輔助溶液濃度、微波功率、輻照時間及泥質活性炭質量對飽和泥質活性炭再生性能的影響規律，以期為泥質活性炭再生提供參考。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

試劑：氯化鋅、甲基藍、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、硫代硫酸鈉、重鉻酸鉀、可溶性淀粉、碘化鉀、碘、鹽酸、無水乙醇、氫氧化鈉等均為分析純，實驗用水為蒸餾水。

儀器：馬弗爐，NN-GT556W，宜興市華陽窯爐設備有限公司；循環水式多用真空泵，SHB—111S；電熱恒溫振蕩水槽，DHZ-2，上海精宏實驗設備有限公司；可見分光光度計，VU-1800，上海美譜達儀器有限公司。

1.2 泥質活性炭的制備

城市污水處理廠的未消化脫水污泥經干燥后的污泥顆粒，經4 mol·L-1氯化鋅活化劑按液固比為1∶1浸漬、活化溫度為550℃，活化時間為30 min，經馬弗爐高溫熱解、鹽酸洗滌及蒸餾水的沖洗，最后烘干、磨碎，備用。

1.3 飽和泥質活性炭樣的制備

以亞甲基藍為模擬污染物污染泥質活性炭，稱取8 g泥質活性炭，溶于1 L 400 mg·L-1亞甲基藍標準溶液中，攪拌，靜置24 h。濾出泥質活性炭，經105℃干燥后置于干燥器內備用。依照此方法，將所制備的所有最佳條件下的泥質活性炭都變成飽和泥質活性炭樣。

1.4 微波再生飽和泥質活性炭試驗

利用輔助溶液（NaOH）加微波輻照的方法，在一定的微波功率和時間下對飽和泥質活性炭進行再生，通過實驗分別測出再生前及再生后飽和泥質活性炭的碘值，分別按式（1）和式（2）計算出泥質活性炭的性能恢復率、損耗率等再生性能指標，并分析輔助溶液濃度、微波功率、輻照時間和泥質活性炭用量等因素對泥質活性炭再生性能指標的影響規律。

1.5 泥質活性炭再生性能指標計算

泥質活性炭性能恢復率H計算公式如式（1）：

性能恢復率H=

2 結果與討論

2.1 輔助溶液濃度對再生性能的影響

在微波功率300 W，輻照時間90 s，泥質活性炭質量2 g，加入10 mL不同濃度的NaOH溶液，考察輔助溶液（NaOH）濃度對飽和泥質活性炭性能恢復率、損耗率等再生性能指標的影響規律，結果如圖1所示。由圖1可知，泥質活性炭的性能恢復率隨著NaOH濃度的增加后而減小，在30 g/L時性能恢復率達到峰值，之后變化平緩。再生損耗率隨著堿液濃度的增加而增大。這是由于隨著NaOH濃度的增加，越來越多的堿基可以使活性炭脫附飽和，從而有效恢復再生活性炭的吸附能力。隨著堿基增多，再生泥質活性炭的吸附能力基本恒定，主要是因為在前期泥質活性吸附過程作用后，部分吸附位點活化作用能力下降，不可避免會導致吸附性能整體水平的下降。故選擇NaOH脫附溶液30 g/L為最佳脫附濃度，此時性能恢復率可達90%以上再生損耗率可控制在20%左右。

圖1 輔助溶液濃度對再生性能的影響

2.2 微波功率對再生性能的影響

在輻照時間90 s，泥質活性炭質量2 g，加入5 mL 30 g/L的NaOH溶液條件下，考察微波功率對飽和泥質活性炭性能恢復率、損耗率等再生性能指標的影響規律，結果如圖2所示。由圖2可知，微波功率越大，泥質活性炭的性能恢復率越大，但功率大于300 W后增長幅度明顯減弱，而且泥質活性炭性能恢復率達91%，考慮到能量消耗，功率不宜過大。再生損耗率隨著微波功率增大而增加，當微波功率為300 W時，再生損耗率只有7%，但再增加微波功率，再生損耗率增加。所以實驗選擇300 W作為最佳功率，此時性能恢復率可達90%以上，再生損耗率可控制在20%左右。

圖2 微波功率對再生性能的影響

2.3 輻照時間對再生性能的影響

在微波功率300 W，泥質活性炭質量2 g，加入3 mL 30 g/L的NaOH溶液條件下，考察微波輻照時間對飽和泥質活性炭性能恢復率、再生損耗率等再生性能指標的影響規律，結果如圖3所示。由圖3可知，在大于90 s之后，飽和泥質活性炭的性能恢復率變化不大，大于90 s后，再生損耗率增加，所以最佳再生時間選為90 s。此時性能恢復率可達90%以上，再生損耗率可控制在20%左右。

圖3 輻照時間對再生性能的影響

2.4 泥質活性炭質量對再生性能的影響

在微波功率為300 W，輻照時間為90 s，以固定炭堿比加入不同質量的飽和炭樣，用氫氧化鈉作為輔助溶劑時，泥質活性炭質量對再生性能的影響規律如圖4所示。由圖4可知，當泥質活性炭質量大于3 g時，性能恢復率下降，這說明微波能量不足以脫附泥質活性炭上的污染物質，當泥質活性炭質量大于2 g時，再生損耗率也上升，所以在微波功率為300 W，輻照時間為90 s時，最佳飽和泥質活性炭質量為2 g。此時性能恢復率可達90%以上，再生損耗率可控制在20%左右。

圖4 泥質活性炭用量對再生性能的影響

3 結論

輔助溶液（NaOH堿液）濃度、微波功率、輻照時間、泥質活性炭質量是影響飽和泥質活性炭再生效果的主要因素。2 g飽和泥質活性炭在堿液濃度為30 g/L，微波功率為300 W，輻照時間為90 s時，性能恢復率可達90%以上，再生損耗率可控制在20%左右。堿液輔助微波再生泥質活性炭是一種可行的方法。

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Study on microwave regeneration of sludge activated carbon

LIN Yiru,RUAN Chao,ZHOU Wenting,CHEN Li,SHAO Jun,YANG Shanshan
（School of Environmental and Chemical Engineering,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China）

In this paper,the optimum conditions of microwave regeneration of sludge activated carbon and the influence of various factors on the regeneration ability of sludge activated carbon are studied.The effect of auxiliary solution concentration,microwave power,exposure time and sludge activated carbon dosage on the regeneration performance was studied by the methylthionine chloride as the Simulated pollutant,in which the sludge activated carbon was prepared from sludge of municipal wastewater treatment plant.The optimum condition was determined as follows: solution concentration is 30g.L-1,microwave power is 300W,exposure time is 90s,dosage of the sludge activated carbon is 2g,under these conditions the performance recovery rate is the highest and regeneration loss rate is minimum. It is a feasible method of activated carbon regeneration by alkali assisted microwave regeneration.

microwave;sludge activated carbon;regeneration ability

X703

A

1674-0912（2015）12-0033-03

2015－11－27）

陜西省科技統籌創新工程計劃基金資助項目（2011KTZB03-03-03-04）；西安工程大學博士科研啟動基金資助項目（BS1202）

林怡汝（1987-），女，山東棲霞人，碩士研究生，主要從事污水與廢水處理技術研究。