泥質活性炭在污水處理中的應用

阮超，周文婷，林怡汝，胡善爽（西安工程大學環境與化學工程學院，陜西西安710048）

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泥質活性炭在污水處理中的應用

阮超，周文婷，林怡汝，胡善爽
（西安工程大學環境與化學工程學院，陜西西安710048）

摘要：探索了泥質活性炭用于污水處理的效果。以污水處理廠污泥為原料制備的泥質活性炭用于城市污水處理廠污水的處理，探索了泥質活性炭的投加量、吸附時間、溶液pH值等影響因素對污水COD，TN及TP去除率的影響規律。結果表明，對于污水處理廠初沉池出水，泥質活性炭投加量為15 g/L、吸附時間30 min、酸性條件下，污水TN去除率可達70%，在中性條件下COD去除率可達95%；投加量15 g/L、中性條件下，吸附時間5 min時，TP去除率可達96%，其出水的各項指標均滿足GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準。由于泥質活性炭用料廉價，不僅解決了污水處理廠污泥處置問題，還可用于污水的處理，具有良好的應用前景。

關鍵詞：污泥；泥質活性炭；污水；去除率

城市污水處理廠在處理污水的過程中會產生大量的污泥，污水處理廠污泥的處理處置費用較高，用于處理污泥的處置費用約占污水處理廠全部建設費用20%～50%，甚至達70%左右。而且污水廠污泥的成分復雜，污泥是由真菌類、細菌類、原生動物等異種個體群所組成的混合培養體[1]，剩余污泥中大部分物質是有機物，有機物中60%～70%是粗蛋白質，25%左右是碳水化合物，無機灰分僅占5%左右[2]；另一方面，污水處理廠污泥含碳量較高，具備了制備活性炭的客觀條件。

將城市污水處理廠污泥為原料制備的泥質活性炭用于城市污水處理廠污水的處理，可實現污泥的資源化利用并“以廢治廢”，符合循環經濟理念。泥質活性炭可用于染料廢水[3-5]、制藥廢水[6]、含重金屬廢水[7-12]、垃圾滲濾液和生活污水[13]等的處理，文中探索了泥質活性炭的投加量、吸附時間、溶液pH值等影響因素對污水COD，TN及TP去除率的影響規律。

1材料與方法

1.1試劑與儀器

試劑：過硫酸鉀、酒石酸銻鉀、鉬酸銨、抗壞血酸、硫酸、磷酸二氫鉀、鹽酸、氫氧化鈉、硝酸鉀、碘、碘化鉀、淀粉、硫代硫酸鈉、苯酚、磷酸氫二鈉、氯化鋅、重鉻酸鉀均為分析純，D試劑、E試劑；試驗用水為超純水（由艾科普AWJ1/2-1002-V超純水機提供）。

儀器：NN-GT556W馬弗爐：宜興市華陽窯爐設備有限公司；V-1100型分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；DHZ-2102恒溫水浴振蕩器：上海精宏實驗設備有限公司；AG285分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；pH Testr 20酸度計：美國Eutech Instruments Oakton；CMD-20x電熱恒溫鼓風干燥箱：上海瑯實驗設備有限公司

1.2試驗方法

1.2.1泥質活性炭的制備

取污泥放入烘箱中干燥，使污泥烘干至恒重，然后粉碎至1～2 mm粒徑的顆粒；用一定濃度的活化劑活化后，放入帶蓋的陶瓷坩堝內，置于烘箱中（105℃）干燥24 h，然后放入馬弗爐中，開始程序升溫，以5℃/min的升溫速度在隔絕空氣的情況下升溫至活化溫度進行炭化活化，經冷卻、洗滌、干燥得到泥質活性炭[14]。

1.2.2泥質活性炭對污水處理實驗

采用靜態吸附實驗：量取100 mL污水，加入一定量泥質活性炭，室溫下快速攪拌吸附15 min，過濾，測定吸附前后污水COD，TN及TP，計算COD，TN及TP的去除率。

1.2.3分析項目與方法

化學需氧量(COD)按照《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法（GB11914-89）》測定；總氮（TN）按照《水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-89）》測定；總磷（TP）按照《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法（GB 11893-1989）》測定。

2　　結果與討論

2.1初沉池出水水質指標

污水處理廠初沉池出水水質指標如表1所示。

由表1可知，污水處理廠污水經初沉池處理后，污水COD和TP不能達到城鎮污水處理廠污染物排放標準。

表1　　污水廠初沉池出水水質指標

2.2泥質活性炭投加量對污水中COD，TN及TP去除率的影響

量取100 mL污水，分別加入0.1，0.3，0.5，0.8，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 g泥質活性炭，室溫下水浴快速攪拌吸附15 min，過濾，測定吸附前后污水的COD，TP及TN，計算COD，TP及TN的去除率。其結果如圖1所示。

圖1　　泥質活性炭投加量對COD，TN及TP去除率的影響

由圖1可知，隨著泥質活性炭投加量的增加，對COD和TP的去除率基本呈現逐漸增大的趨勢，在0.5 g前去除速率增大很快，在1.5 g后去除速率和去除率變化不大，去除率達到76.85%，而TN的去除率則是隨著投加量的增大先增大后減小，在投加量為1.5 g時，TN的去除率最大，達到70%。

2.3振蕩時間對COD，TN及TP去除率的影響

量取100 L污水，加入1.5 g泥質活性炭，室溫下水浴分別快速攪拌吸附5，10，15，20，25，30，40，50，60（min）后，過濾，測定吸附前后污水COD，TP及TN，計算COD，TP及TN的去除率。其結果如圖2所示。

圖2　　振蕩時間對COD，TN及TP去除率的影響

由圖2可以看出，在常溫下泥質活性炭的投加量為1.5 g時，隨著振蕩時間的延長，污水中COD，TP及TN的去除率逐漸增大，最后逐步趨于平穩。當振蕩時間為30 min時，COD，TN的去除率分別達95%和49%。而振蕩時間為5 min時，TP的去除率就可達96%，增加振蕩時間，TP的去除率影響不大。

2.4pH值對COD、TN及TP去除率的影響

量取100 mL污水，將pH值分別調成2，4，6，7，8，10，12，14，加入1.5 g泥質活性炭，室溫下水浴快速攪拌吸附30 min后，過濾，測定吸附前后污水的COD值，TP及TN，計算COD，TP及TN的去除率。結果如圖3所示。

圖3　　pH值對COD，TN及TP去除率的影響

由圖3可知，在投加量為1.5 g，振蕩時間為30 min，隨著pH值的增加，COD，TP及TN的去除率都先增加后減小。在中性條件下，COD去除率可達96%，pH值在酸性條件下，TN的去除率可達70%，TP的去除率在中性條件下可達96%。

2.5泥質活性炭處理后水質指標

污水處理廠初沉池出水經泥質活性炭處理后水質指標如表2所示。

表2　　泥質活性炭處理后出水水質指標

由表2可知，污水處理廠初沉池出水經泥質活性炭處理后，水質指標滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）》中一級A標準。

3　　結論

（1）對于污水處理廠初沉池出水，泥質活性炭投加量為15 g/L，吸附時間30 min，在酸性條件下，污水TN去除率可達70%，在中性條件下COD去除率可達95%；投加量15 g/L，中性條件，吸附時間5 min時，TP去除率可達96%。

（2）對污水處理廠初沉池出水進行處理，出水水質指標如下：COD 10.24 mg/L，TN1.63 mg/L、TP 0.22 mg/L，其出水COD及TP指標均可滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A標準。這表明泥質活性炭在污水處理中將會有很大的應用前景。

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中圖分類號：X703；TQ424.1

文獻標志碼：A

文章編號：1674-0912（2016）01-0031-03

收稿日期（2015－12－05）

基金項目：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）

作者簡介：阮超（1987-），男，陜西渭南市人，碩士研究生，專業方向：污染控制技術。

Application study on wastewater treatment by sewage sludge-based activated carbon

RUAN Chao,ZHOU Wenting,LIN Yiru,HU Shanshuang
School of Environmental and Chemical Engineering,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China

Abstract:The effect of sewage sludge-based activated carbons on wastewater treatment is discussed.This paper explores the removal rate effect of COD,TN and TP in the initial sink by changing the muddy activated carbon dosing quantity,adsorption time,pH value of solution and other factors,which raw material prepared from the sewage treatment plant sludge.The results show that the activated sludge dosage for 15 g/L,adsorption time for 30 min, removal rate of TN can reach 70%under acidic conditions.Removal rate of COD can reach 95%at neutral condition. Activated sludge dosage for 15g/L,adsorption time for 15min,and removal rate of TP can reach 96%under neutral conditions.The effluent indexes meet Primary A standard of the pollutant discharge standard of civil wastewater treatment plant(GB18918-2002).Sewage sludge-based activated carbon is prepared with low-price sewage sludge, and the sewage sludge disposal and wastewater treatment are also solved.

Keywords:sewage sludge；sewage sludge-based activated carbon；adsorption；removal rate