改性污泥活性炭的制備及吸附性能探討

張 珂 鄭賓國 曾曉羲 李流星

(鄭州航空工業管理學院 鄭州市環境功能材料重點實驗室，河南 鄭州 450015)

隨著我國城鎮化進程的深入發展，城市人口不斷增加，城市生活污水及工業廢水排放量持續快速增長，剩余污泥作為污水處理中產生的固體廢物，其產量也快速增加。剩余污泥成分復雜，包含有機物、氮、磷、重金屬及各種致病微生物，其易腐敗、不穩定、有惡臭，如處置不當，將對生態環境產生極大危害[1～3]。因此，本研究提出以污水處理廠剩余污泥為原料，以KOH作為活化劑，采用傳統的活性炭生產工藝制備污泥活性炭，探討活化劑濃度對其吸附性能的影響，尋找活化劑的最佳投放濃度。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

馬弗爐(SX-S-12，上海實驗電爐廠)，精密酸度計(杭州雷磁分析儀器廠)，往復式恒溫震蕩器(ZD-85，常州國華電器有限公司)，恒溫鼓風干燥箱(DHG-9240A，上海一恒科學儀器有限公司)；剩余污泥取自鄭州市王新莊污水處理廠，KOH(西安化學試劑廠，分析純)，Na2S2O3、I2、KI、可溶性淀粉、K2Cr2O7(天津市科密歐化學試劑有限公司，分析純)。

1.2 試樣

1.2.1剩余污泥基本性質

剩余污泥的含水率、灰分采取如下方法進行分析[4]：

(1)含水率測定

稱取一定量的剩余污泥，置于(105～110)℃鼓風干燥箱內，于空氣流中干燥到質量恒定。根據試樣的質量損失按照式(1)計算剩余污泥的含水率。

(1)

式中，Mad表示剩余污泥的含水率(%)，m是所稱取的剩余污泥質量(g)，m1是干燥后剩余污泥損失的質量(g)。

(2)剩余污泥中灰分的測定

稱取一定量的剩余污泥試樣，放入馬弗爐中，加熱至(815±10)℃，灰化并灼燒到質量恒定。按照式(2)計算剩余污泥的灰分。

(2)

式中，Aad表示灰分質量分數(%)，m是所稱取的剩余污泥質量(g)，m1是灼燒后殘留物的質量(g)。

經過分析，所取污水處理廠剩余污泥的含水率為85.3%，有機物含量為49.2%。

1.2.2污泥活性炭的制備

將干燥污泥研磨粉碎，過100目篩備用。取100.0 g污泥與濃度分別為2.0, 1.5, 1.0, 0.5, 0.25, 0.1 mol/L的KOH按固液比1∶1 的比例(質量比)混合，室溫下浸泡24 h，后將浸泡過的污泥用鋁箔紙包覆放入坩堝內加蓋放置在馬弗爐中，以20 ℃/min的速率升至500 ℃時碳化，1 h后去除污泥活性炭，酸洗水洗至中性，將樣品置于烘箱內，在105 ℃下烘干至恒重[1]，制得經KOH活化劑改性后的污泥活性炭。

1.3 污泥活性炭吸附性能測定

取一定質量的改性污泥活性炭試樣與碘液充分振蕩吸附，經過濾后取濾液，用Na2S2O3溶液滴定濾液中殘留的碘量，取剩余碘濃度0.02 mol/L(1/2 I2)下每克炭吸附的碘量(mg)定為碘值[5]。測定結果如圖1所示。

圖1 污泥活性炭碘吸附值Fig 1 the iodine sorption value ofSludge activated carbon

2 結果與討論

從圖1可以看出，活化劑KOH的濃度低于1.0 mol/L時，改性污泥活性炭碘吸附值隨所投加的活化劑濃度的增加而逐漸增大；當KOH溶液濃度達到1.0 mol/L時，碘吸附值達到最高，為385.46 mg，此時改性污泥活性炭的吸附性能最好；之后，碘值隨KOH濃度的增大出現降低趨勢。

3 結 論

以污水處理廠剩余污泥為原料，經KOH溶液進行活化改性后所制得的改性污泥活性炭具備一定的吸附能力，其中以投加濃度為1.0 mol/L的KOH活化劑所得吸附性能最佳。可見，剩余污泥經過回收處理可以作為吸附劑，起到水體凈化和污水處理的作用。在今后的研究中，應進一步對改性污泥活性炭對水體中各類污染物的去除效果和去除效率展開探索。

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[4] GB/T 212-2008．煤的工業分析方法[S]．北京：中國標準出版社，2008.

[5] GB/T12496.8-1999．木質活性炭試驗方法：碘吸附值的測定方法[S]．北京：中國標準出版社，2005.