城市污水處理廠污泥制活性炭的研究分析

王曉飛

(太原市首創污水處理有限責任公司，山西太原 030032)

城市污水處理廠污泥制活性炭的研究分析

王曉飛

(太原市首創污水處理有限責任公司，山西太原 030032)

簡述了目前污泥處理的常用方式，從物理化學活化法、微波輻射法、物理活化法、化學活化法四方面，闡述了污泥制備活性炭的方法，并通過試驗，介紹了具體的制備工藝，為污泥的合理利用提供了途徑。

污泥，活性炭，污水處理，活化劑

目前我國在污水處理中產生的污泥日益增多，人們開始逐漸意識到污泥資源的合理利用及開發對我國環境保護具有重大意義。我國相關專業人士研究了許多污泥合理利用的途徑，且取得了較好成果。

1 污水處理方法

處理污水的基本方法包括:化學、物化、生物及物理法。在運用這些方法處理污水時，通常都會產生一些顆粒、漂浮物及沉淀物，處理廢水時產生的廢棄物即為污泥。目前，各城市都在緊抓環境保護問題，隨著環保要求越來越高，各個城市的污泥量也越來越多，如何做好污泥處理成為人們廣泛關注的焦點。污泥處理通常會采取四種方式:排入海里、燒毀、掩埋及用在農業，且不同處理方式具有不同的優缺點(見表1)。

相關專業人士在對污泥處理研究時發現，為了可以更好的對污泥中所含有機物進行合理利用，穩定及減少污泥的產生，很多專家已經開始研究熱解制備吸附劑來減少污泥的產生量。經研究結果顯示，含碳吸附劑屬于一種有機的處理廢水吸附劑，其可以有效去除金屬離子及COD等。由于我國城市污泥中有機物較多，有充足的條件可被加工為吸附劑。

2 污泥制備活性炭方法

目前專業人士在對污泥處理研究中，制備活性炭的方法及過程是技術人員研究的重點。研究發現活性炭可以影響吸附劑性能的因素主要包括:熱解、活化溫度、熱解時間及活化劑濃度和種類等。在污泥制活性炭的過程中這些因素直接影響著其性能。城市污泥制備活性炭的具體方法主要包括:物理化學活化法、輻射法、物理活化及化學活化、碳化法。

表1 污泥處理方式優缺點對比

2.1 物理化學活化法

將物理活化與化學活化法相互融合的方法稱之為物理化學活化法。在活化之前，化學改性處理原材料，通過提高材料活性，在內部形成一條通道，氣體活化劑可以通過通道進入到孔隙之內。運用此方法可通過有效控制浸泡時間來制備孔徑統一的活性炭，通常制備出的活性炭表面會含有孔隙。

2.2 微波輻射法

在對污泥進行烘干后再對其進行粉碎，并浸泡到含有濃度較高的磷酸溶液中即為微波輻射法。通過長時間的浸泡，將污泥進行微波處理后收集磷酸。活性炭浸泡到熱水中后再回收磷酸。最后對活性炭進行粉碎、烘干并對其測定。具體制備過程詳見圖1。

圖1 微波輻射法

2.3 物理活化法

對原材料進行碳化，并利用空氣、煙道氣及二氧化碳和水蒸氣，在1 200℃的條件下對材料進行活化即為物理活化法。通常我們會選擇活化與碳化兩段熱解方法來制備活性炭。具體制備過程詳見圖2。

圖2 物理活化法

物理活化需要進行兩段熱解，進入的氣體為CO2和H2O。通入氣體可以熱解的同時也可以對其物理活化氣化石墨的碳原子，使材料原來的孔隙增大，形成良好的結構。在氣體擴散高于反應速度時，會在孔內進行活化，這種活化可以有效增大孔隙。在氣體擴散低于反應速度時，活化在碳表面及孔隙會出現顆粒燒毀的現象，對孔隙增長較為不利。

2.4 化學活化法

在原材料中加入含有化學成分的藥品并對其加熱，進行活化及碳化稱之為化學活化法。其運用的化學劑較為廣泛，一般包括:H3PO4，K2S，ZnCl2等。通常我們會選擇一段法或連續碳化法。具體制備過程詳見圖3。

圖3 化學活化法

碳化活化與活化是化學活化法的重要步驟，其直接決定著活性炭的質量。活化是選擇適量的活化劑并控制其溫度，促進熱解從而在活化劑表面形成孔隙。活化劑在孔隙內可以有效避免產生焦油，提供讓孔隙擴大的空間結構。在碳化活化過程中，氮氣作為保護氣體，在對其進行溫度控制后，即可以制備活性炭產品。

2.5 碳化法

通過熱解有機物質，將其中的含碳物質變為固定碳即稱為碳化法。通常情況下將碳化溫度控制在1 000℃以下，具體過程詳見圖4。

圖4 碳化法

碳化法是干化泥垢并進行活化，通過高溫焙燒將溫度控制在一定范圍內，使泥垢失去水分及縫隙中雜質和結構架中的水分，減小對污物的吸附力從而改變吸附性能。為了避免破壞吸附結構、減小孔隙直徑及污泥堆積或結構燒毀的情況，通常會將溫度控制在500℃以下。碳化法雖然較為簡單方便，但由于在制備過程中碳化產品沒有被活化，使活性炭的品質大大降低，碘伏吸附值也變低。

3 試驗部分

3.1 污泥特性及來源

本文將用石家莊某污水處理廠及河北某制藥廠的污泥進行試驗研究。此次研究將依照國家標準來進行分析測定。藥廠的污泥含水率為77.67%，固體含量為48.67%，灰分為51.33%。污水處理廠的污泥含水率為67.67%，固體含量為51.67%，灰分為48.33%。

3.2 試驗儀器及藥品

試驗儀器為:坩堝、電爐、馬弗爐、電熱干燥箱及調速振蕩器等。試驗藥品為:碘、碘化鉀、硫酸、氯化鋅、可溶性淀粉及硫酸鈉等。

3.3 步驟

將污泥混合后浸泡20 h，浸泡好后將污泥分別放入烘干箱及馬弗爐內，與空氣隔絕后適當調高溫度再進行活化，并將時間控制在30 min以內。將活性炭放置變涼，用熱鹽酸對其進行清洗，清洗溶液不渾濁后再用熱餾水進行清洗，完全清除雜質。全部結束后再將活性炭進行烘干以備使用。

4 結果分析

4.1 活化劑選擇

活化劑主要采用KOH，ZnCl2兩種，并將活化時間及濃度、溫度保持一致，以污水處理廠及藥廠污泥作為原材料進行對比，見表2。

表2 活化劑對碘值影響對比

結果顯示，試驗環境相同的情況下，采用ZnCl2活化劑的碘值較高、灰分較小且收率較大。所以此次試驗將采用ZnCl2活化劑進行活性炭制備。

表3 正交試驗結果

4.2 工藝參數

通過正交實驗確定工藝參數。依照上述工藝制備出九組樣品。試驗結果詳見表3。

5 結語

本文通過對污泥特性進行研究分析，將城市污水處理廠污泥作為原料來制備活性炭，并遵循無毒無害、資源化原則，運用已有制備技術來制備吸附劑。對城市工業化生產起重要指導作用。

［1］ 柳 瑩，孫阿惠.污泥活性炭在廢水處理中的應用［J］.化工技術與研發，2011(4):43.

［2］ 姜 蔚，閆 波，李 芬，等.污泥質活性炭吸附劑的制備和吸附性能研究進展［J］.化工進展，2010(8):62.

［3］ 陳紅燕.城市剩余污泥制備吸附劑的研究及其應用［J］.四川環境，2009(6):12.

Research analysis on sludge manufacturing activated carbon of urban sewage treatment plant

Wang Xiaofei
(Taiyuan Shouchuang Sewage Treatment Co.，Ltd，Taiyuan 030032，China)

The paper briefly describes common sludge processing methods，describes sludge manufacturing activated carbon from four aspects of physical-chemical activation method，microwave radiation method，physical activation method and chemical activated method，and introduces specific manufacturing technology through tests，which has provided some ways for rationally using sludge.

sludge，activated carbon，sewage treatment，activator

X703

A

1009-6825(2016)35-0129-03

2016-10-09

王曉飛(1975-)，女，工程師