秸稈—污泥吸附劑的研究進(jìn)展

金　玉，任濱僑，趙路陽(yáng)，宋曉曉

（黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱150020）

秸稈—污泥吸附劑的研究進(jìn)展

金玉，任濱僑，趙路陽(yáng)，宋曉曉

（黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱150020）

吸附劑被越來(lái)越多地用于廢水凈化處理。在傳統(tǒng)的活性炭生產(chǎn)中，原料成本較高，難以大規(guī)模應(yīng)用污泥和秸稈作為廉價(jià)易得的廢物，具有一定的含碳量，可以作為制備吸附劑的原料。采用秸稈和污泥為原料，通過(guò)化學(xué)活化法制備吸附劑，并將所得的吸附劑用于重金屬?gòu)U水的吸附處理，得出秸稈污泥吸附劑對(duì)重金屬?gòu)U水有一定的去除作用。

秸稈——污泥；吸附劑；活化

污泥和農(nóng)業(yè)秸稈都是廉價(jià)易得的廢棄物，以它們?yōu)樵喜粌H能夠制備具有一定吸附性能的吸附劑，還能實(shí)現(xiàn)這些廢棄物的資源化利用。可是以它們?yōu)樵现苽湮絼┐嬖谝恍﹩?wèn)題，限制了它們的發(fā)展。但是根據(jù)污泥和秸稈這兩種廢棄物自身的特點(diǎn)，將它們混合起來(lái)制備吸附劑，可能會(huì)解決它們單獨(dú)為原料制備吸附劑中存在的問(wèn)題，農(nóng)業(yè)秸稈可以彌補(bǔ)污泥含碳量低的缺點(diǎn)，提高吸附劑的吸附性能，而污泥自身的黏性也可以使得秸稈碳化后具有更好的強(qiáng)度，易于成型。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)污泥和秸稈混合制備吸附劑的研究很少。本課題將市政污泥和玉米秸稈按一定的比例混合作為原料，通過(guò)化學(xué)活化法制備污泥秸稈吸附劑。通過(guò)參考文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定市政污泥和秸稈的最佳配比；通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定制備秸稈污泥吸附劑的最佳工藝條件；使用最佳吸附劑對(duì)滲濾液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)研究，確定最佳吸附條件。

1　實(shí)驗(yàn)參數(shù)

1.1原料配比

將污泥和秸稈以干基質(zhì)量比為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3的比例混合后，結(jié)合文獻(xiàn)中的條件［1］，即在活化劑為ZnCl2，碳化溫度為650℃，碳化時(shí)間為1 h，浸漬比為1∶3的條件下制備吸附劑，通過(guò)對(duì)比吸附效果，來(lái)確定最佳的原料配比。

1.2活化劑的選擇

KOH活化法是制取污泥吸附劑最為有效的方法，其制備的污泥吸附劑比表面積可達(dá)1 882 m2/g［2］。

NaOH的活化效果僅次于KOH，為第二高效的化學(xué)活化藥劑，其制備的污泥吸附劑比表面積可達(dá)1 224 m2/g［3］。不過(guò)NaOH對(duì)于煤瀝青纖維的活化效果最好［4］。

ZnCl2是活化效果排名第三，也是使用最為廣泛的化學(xué)活化藥劑，可制得比表面積最高達(dá)647m2/g［5］的污泥吸附劑。ZnCl2的最佳活化溫度和時(shí)間范圍很大，一般介于500℃～700℃。

因此，本實(shí)驗(yàn)為了確定活化劑，分別采用3mol/L的ZnCl2、KOH、NaOH和復(fù)配溶液作為活化劑，對(duì)比其活化性能，確定最佳的活化劑。

1.3碳化溫度的確定

由于ZnCl2的最佳活化溫度一般介于500℃～700℃，因此本次實(shí)驗(yàn)所采用的碳化溫度分別為500℃、550℃、600℃、650℃、700℃，對(duì)比不同的燒結(jié)溫度對(duì)吸附劑性能的影響。

1.4碳化時(shí)間的確定

碳化時(shí)間的選取是影響所制備的吸附劑性能的一個(gè)重要因素，根據(jù)國(guó)內(nèi)外同類型實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，本實(shí)驗(yàn)采用的碳化時(shí)間分別為0.5h、1.0h、1.5h、2.0h，考察碳化時(shí)間對(duì)吸附劑吸附性能的影響。

2　實(shí)驗(yàn)方案

谷晉川、張君［6］等人研究了以城市污水污泥為原料制備吸附劑的工藝條件，探討了活化溫度、活化時(shí)間等因素對(duì)制備吸附劑性能及產(chǎn)率的影響規(guī)律，結(jié)合掃描電鏡表征分析，考察了吸附劑作為水處理吸附劑的去除效果。本實(shí)驗(yàn)將秸稈和污泥以一定的干基質(zhì)量比混合，進(jìn)行活化處理，然后將混合污泥放入馬弗爐中進(jìn)行碳化及酸洗，過(guò)程中需要大量的正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)活化劑種類、碳化時(shí)間、碳化溫度和浸漬比等幾種影響因素進(jìn)行研究，確定最佳的工藝條件，并對(duì)吸附劑的表面特征及制備原理進(jìn)行分析。

3　工藝流程

4　小結(jié)

由于是以秸稈和污泥為原料，制備過(guò)程與傳統(tǒng)活性炭生產(chǎn)工藝類似，因此其成本比活性炭低，可以大規(guī)模使用，秸稈污泥吸附劑對(duì)重金屬?gòu)U水有一定的去除作用，使其在重金屬?gòu)U水領(lǐng)域有較大的應(yīng)用前景。此實(shí)驗(yàn)對(duì)秸稈和污泥的混合比例只是簡(jiǎn)單選取幾個(gè)值進(jìn)行比較。活化劑種類、碳化時(shí)間和碳化溫度，只是影響吸附劑制備的幾個(gè)因素，其他因素沒(méi)有考慮。實(shí)驗(yàn)中所用的活化劑并沒(méi)有進(jìn)行回收利用，或許會(huì)造成二次污染。以上問(wèn)題在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中會(huì)進(jìn)一步研究。

［1］廖筱鋒.市政污泥吸附劑的制備及其吸附性能研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2012.

［2］LILLO-RENAS M.A.，ROS A.，F(xiàn)UENTE E.，et al.Further insights into the activation process of sewage sludge-based precursors by alkaline hydroxides［J］. Chemical EngineeringJournal，2008，142（2）：168-174.

［3］ROS A.，LILLO-RENAS M.A.，F(xiàn)UENTE E.，et al.High surface area materials prepared from sewage sludge-based precursors［J］.Chemosphere，2006，65（1）：132-140.

［4］MACI A.J.A.，MOORE B.C.，CAZORLA-AMOR D.，et al.Activation of coal tar pitch carbon fibres：Physical activation vs chemical activation［J］.Carbon，2004，42（7）：1367-1370.

［5］CHEN X.，JEYASEELAN S.，GRAHAM N.Physical and chemical properties study of the activated carbon made from sewage sludge［J］.Waste Management，2002，22（7）：755-760.

［6］谷晉川，張君，張蔓，等.城市污水廠污泥制備吸附劑實(shí)驗(yàn)研究［J］.西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，29（2）：174-177.

Research progress in sludge-straw adsorbent

JIN Yu，REN Bin-qiao，ZHAO Lu-yang，SONG Xiao-xiao
（High Technique Council，Heilongiang Academy of Sciences，Harbin 150020，China）

The adsorbent is increasingly being used for water purification.In the traditional charcoal production，higher raw material costs，it is difficult large-scale application of sludge and straw waste as a cheap and easy to get，with a certain amount of carbon can be used as raw material for preparing adsorbent.Using straw and sewage sludge as a raw material，prepared by chemical activation sorbent legal system，and the resulting adsorbent for the adsorption of heavy metals in waste water treatment，draw straws adsorbent for heavy metal wastewater sludge removal has some effect.

Sludge-straw；adsorbent；activate

TQ424

A

1674-8646（2015）01-0019-02

2014-11-11

黑龍江省科學(xué)院青年創(chuàng)新基金

金玉（1985-），女，黑龍江哈爾濱人，實(shí)習(xí)研究員，碩士，從事環(huán)境工程相關(guān)研究。