城市污泥制備水中重金屬吸附劑及其吸附特性研究

夏昊云劉培湯小芳

（1.泰州南京理工大學研究院，江蘇泰州225300；2.南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州225300）

城市污泥制備水中重金屬吸附劑及其吸附特性研究

夏昊云1，2，劉培1，2，湯小芳1，2

（1.泰州南京理工大學研究院，江蘇泰州225300；2.南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州225300）

本實驗利用城市污水廠的脫水污泥，通過化學活化法制備活性炭。研究活化溫度、活化時間、固液比和活化劑濃度等因素對制備污泥活性炭的影響，確定氯化鋅法制備污泥活性炭的最佳工藝為活化溫度550℃、活化時間30min、固液比1∶2、氯化劑濃度45%。將制備的污泥活性炭吸附Cu2+，Cr6+，Cd2+3種重金屬離子模擬廢水，研究pH值、吸附時間、污泥投加量、溫度等因素對吸附過程的影響。實驗結果表明，剩余污泥對Cu2+，Cr6+，Cd2+3種重金屬離子都具有良好的吸附效果，在優化條件下，3種重金屬離子去除率分別達到94%，76%，81%，吸附能力大小順序為Cu2+＞Cd2+＞Cr6+。

污泥 活性炭 重金屬離子 吸附

城市污水廠污泥是污水處理系統產生的副產物。隨著城鎮化過程的加快，生活給水量和城市污水的產生量越來越大，隨之而來，污水處理廠產生的污泥越來越多。據統計，全球每年產生的干污泥量達1億t[1]。污水廠污泥是一含水率高、含大量有機物和有毒有害物質的具有復雜流變形的半干性固體廢物[2]，它容量大、易腐敗、不穩定、有惡臭，如不加以安全處理和處置，將造成嚴重的二次污染問題，但同時污泥中含有大量的有機物、腐殖質等可利用資源[3]。因此，探討并實施城市污泥處理處置和資源化新途徑，對解決污泥污染問題具有重要意義。

本課題針對模擬重金屬廢水，用污泥活性炭作為吸附劑，探討污泥活性炭制備的最佳方案，并用該污泥活性炭處理模擬重金屬廢水。

1 污泥活性炭的制備

本實驗采用的污泥取自泰州城市生活污水處理廠的脫水車間。

采取的污泥樣品用蒸餾水洗滌3次，然后105℃的烘箱干燥24 h，使污泥含水率降至10%左右，再將其碾碎，過80目篩，在用一定濃度的活化劑浸漬后，置于105℃烘箱中干燥30 min，然后放入馬福爐中使之達到活化溫度并進行炭化活化，維持適當的時間，所得產物經冷卻、洗滌、干燥得到污泥活性炭。活化過程中采用化學活化法，工藝設計路線如圖1所示。

圖1 設計路線圖

2 吸附實驗的操作方法

（1）配制模擬重金屬離子廢水。

（2）稱取0.5 g活性炭投加到100 mL，10 mg/L的金屬離子溶液中，置于六連攪拌機下攪拌，進行吸附。

（3）實驗中利用火焰原子吸收分光光度法測定被吸附后的溶液吸光度，檢測活性炭對金屬離子的吸附能力。

式中：c0——初始濃度，10mg/L；

c1——吸附后的溶液濃度，mg/L，由金屬離子標準曲線計算得出。

3 結果與分析

3.1 活化劑種類的選擇

固液比（質量比）1∶2時浸漬24 h，在活化溫度550℃、活化劑質量濃度45%、活化時間30 min的條件下，考察氯化鋅和磷酸兩種活化劑對活化效果的影響，采取銅離子為例，結果見圖2。

圖2 使用不同活化劑制備的污泥活性炭對銅（Ⅱ）金屬離子的去除率

3.2 制備污泥活性炭最佳工藝的確定

采用正交實驗確定制備污泥活性炭各因素的最佳實驗條件，以100 mL，5 mg/L的模擬銅離子廢水為研究對象。結果如表1和表2所示。

表1 污泥活性炭制備影響因素的正交試驗

表2 直觀分析計算表

根據表2可知，各因素的影響程度大小為：固液比＞活化溫度＞活化時間。固液比和活化溫度影響較大，活化時間的影響較小。于是確定污泥活化的最佳條件為：固液比1∶2、活化溫度550℃、活化時間30min。

3.3 污泥活性炭對重金屬廢水吸附的試驗研究

采用正交試驗確定污泥活性炭最佳吸附條件，結果如表3、表4、表5、表6所示。

表3 污泥活性炭吸附性能的正交試驗

表4 銅離子直觀分析計算表

表5 鉻離子直觀分析計算表

表6 鎘離子直觀分析計算表

由表4、表5、表6的結果可知，活性炭吸附銅離子效果影響程度依次為：pH值＞吸附劑投加量＞吸附時間；吸附鉻離子效果影響程度依次為：pH值＞吸附劑投加量＞吸附時間；吸附鎘離子效果影響程度依次為：吸附時間＞pH值＞吸附劑投加量。因此確定活性炭吸附銅離子廢水最佳條件為；投加量5 g/L，吸附時間60min，pH值為5左右。吸附鉻離子廢水的最佳條件為：投加量5 g/L，吸附時間60min，pH值為4左右。吸附鎘離子廢水最佳條件為：投加量5 g/L，吸附時間60 min，pH值為5左右。

4 結束語

制備污泥活性炭的原材料易得，制備成本較低，是很好的變廢為寶、資源優化配置的方式方法，應用前景可觀。但在真正投入生產實際的過程中仍有一些需要避免和解決的問題，如氣體污染等問題，這樣才能更有效地促進污泥制備活性炭發展，切合綠色環保處理污泥的工作要點。

[1]周少奇.城市污泥處理處置與資源化[M].廣州:華南理工大學出版社，2002.

[2]Liza N.Assessm ent of organic constituent in sew age sludge[J]．W ater Science and Technology，2000，142(9):89-192．

[3] M ini Gestalt.Portioning of Cr，Cu，Pb and Zn in sew age sludge incineration by rotary kiln and fluidized bed furnaces [J].W ater Science and Technology，2000，14(8):61～68．

Research on adsorption of heavymetal ions by activated carbon produced w ith sewage sludge

XIA Haoyun1,2,LIU Pei1,2,TANG Xiaofang1,2
（1.Departmentof Chemical Engineering,Taizhou Institute of Science and Technology,Nanjing University
of Science and Technology,Taizhou 225300,China；2.Taizhou Institute of Science and Technology,Nanjing University of Science and Technology,Taizhou 225300,China）

In this paper,urban sew age sludge w as used to prepare activated carbon w ith chem ical activation m ethod.The im pact of activation tem perature,activation tim e,solid to liquid ratio and chloride concentration and other factors on the activated carbon sludge preparation w ere studied.The optim um conditions of activated carbon preparation w ith sludge by zinc chloride w ere determ ined:the optim um activation tem perature 550℃,the activation tim e of 30m in, solid-liquid ratio of 1:2,chloride concentration of 45%.Then absorption of three heavy m etal ions Cu2+,Cr6+,Cd2+in w astew ater by the activated carbon w as studied,and the im pacts of pH,adsorption tim e,the sludge dosage,the tem perature on the adsorption process w ere also studied.Experim ental results show ed that the adsorption effect of the sludge on three heavy m etal ions Cu2+、Cr6+、Cd2+w as good.Under the optim um conditions,rem oval rates of three heavy m etal reached 92%、76%and 80%,adsorption capacity in the order Cu2+＞Cd2+＞Cr6+.

sludge;activated carbon;heavy m etal ions;adsorption

X703

A

1674-0912（2014）05-0039-03

2014－04－11）

夏昊云（1980-），女，江蘇泰州人，碩士研究生，講師，研究方向：痕量分析及應用。