城市污水处理厂污泥制活性炭的研究分析

王晓飞

(太原市首创污水处理有限责任公司，山西太原 030032)

城市污水处理厂污泥制活性炭的研究分析

王晓飞

(太原市首创污水处理有限责任公司，山西太原 030032)

简述了目前污泥处理的常用方式，从物理化学活化法、微波辐射法、物理活化法、化学活化法四方面，阐述了污泥制备活性炭的方法，并通过试验，介绍了具体的制备工艺，为污泥的合理利用提供了途径。

污泥，活性炭，污水处理，活化剂

目前我国在污水处理中产生的污泥日益增多，人们开始逐渐意识到污泥资源的合理利用及开发对我国环境保护具有重大意义。我国相关专业人士研究了许多污泥合理利用的途径，且取得了较好成果。

1 污水处理方法

处理污水的基本方法包括:化学、物化、生物及物理法。在运用这些方法处理污水时，通常都会产生一些颗粒、漂浮物及沉淀物，处理废水时产生的废弃物即为污泥。目前，各城市都在紧抓环境保护问题，随着环保要求越来越高，各个城市的污泥量也越来越多，如何做好污泥处理成为人们广泛关注的焦点。污泥处理通常会采取四种方式:排入海里、烧毁、掩埋及用在农业，且不同处理方式具有不同的优缺点(见表1)。

相关专业人士在对污泥处理研究时发现，为了可以更好的对污泥中所含有机物进行合理利用，稳定及减少污泥的产生，很多专家已经开始研究热解制备吸附剂来减少污泥的产生量。经研究结果显示，含碳吸附剂属于一种有机的处理废水吸附剂，其可以有效去除金属离子及COD等。由于我国城市污泥中有机物较多，有充足的条件可被加工为吸附剂。

2 污泥制备活性炭方法

目前专业人士在对污泥处理研究中，制备活性炭的方法及过程是技术人员研究的重点。研究发现活性炭可以影响吸附剂性能的因素主要包括:热解、活化温度、热解时间及活化剂浓度和种类等。在污泥制活性炭的过程中这些因素直接影响着其性能。城市污泥制备活性炭的具体方法主要包括:物理化学活化法、辐射法、物理活化及化学活化、碳化法。

表1 污泥处理方式优缺点对比

2.1 物理化学活化法

将物理活化与化学活化法相互融合的方法称之为物理化学活化法。在活化之前，化学改性处理原材料，通过提高材料活性，在内部形成一条通道，气体活化剂可以通过通道进入到孔隙之内。运用此方法可通过有效控制浸泡时间来制备孔径统一的活性炭，通常制备出的活性炭表面会含有孔隙。

2.2 微波辐射法

在对污泥进行烘干后再对其进行粉碎，并浸泡到含有浓度较高的磷酸溶液中即为微波辐射法。通过长时间的浸泡，将污泥进行微波处理后收集磷酸。活性炭浸泡到热水中后再回收磷酸。最后对活性炭进行粉碎、烘干并对其测定。具体制备过程详见图1。

图1 微波辐射法

2.3 物理活化法

对原材料进行碳化，并利用空气、烟道气及二氧化碳和水蒸气，在1 200℃的条件下对材料进行活化即为物理活化法。通常我们会选择活化与碳化两段热解方法来制备活性炭。具体制备过程详见图2。

图2 物理活化法

物理活化需要进行两段热解，进入的气体为CO2和H2O。通入气体可以热解的同时也可以对其物理活化气化石墨的碳原子，使材料原来的孔隙增大，形成良好的结构。在气体扩散高于反应速度时，会在孔内进行活化，这种活化可以有效增大孔隙。在气体扩散低于反应速度时，活化在碳表面及孔隙会出现颗粒烧毁的现象，对孔隙增长较为不利。

2.4 化学活化法

在原材料中加入含有化学成分的药品并对其加热，进行活化及碳化称之为化学活化法。其运用的化学剂较为广泛，一般包括:H3PO4，K2S，ZnCl2等。通常我们会选择一段法或连续碳化法。具体制备过程详见图3。

图3 化学活化法

碳化活化与活化是化学活化法的重要步骤，其直接决定着活性炭的质量。活化是选择适量的活化剂并控制其温度，促进热解从而在活化剂表面形成孔隙。活化剂在孔隙内可以有效避免产生焦油，提供让孔隙扩大的空间结构。在碳化活化过程中，氮气作为保护气体，在对其进行温度控制后，即可以制备活性炭产品。

2.5 碳化法

通过热解有机物质，将其中的含碳物质变为固定碳即称为碳化法。通常情况下将碳化温度控制在1 000℃以下，具体过程详见图4。

图4 碳化法

碳化法是干化泥垢并进行活化，通过高温焙烧将温度控制在一定范围内，使泥垢失去水分及缝隙中杂质和结构架中的水分，减小对污物的吸附力从而改变吸附性能。为了避免破坏吸附结构、减小孔隙直径及污泥堆积或结构烧毁的情况，通常会将温度控制在500℃以下。碳化法虽然较为简单方便，但由于在制备过程中碳化产品没有被活化，使活性炭的品质大大降低，碘伏吸附值也变低。

3 试验部分

3.1 污泥特性及来源

本文将用石家庄某污水处理厂及河北某制药厂的污泥进行试验研究。此次研究将依照国家标准来进行分析测定。药厂的污泥含水率为77.67%，固体含量为48.67%，灰分为51.33%。污水处理厂的污泥含水率为67.67%，固体含量为51.67%，灰分为48.33%。

3.2 试验仪器及药品

试验仪器为:坩埚、电炉、马弗炉、电热干燥箱及调速振荡器等。试验药品为:碘、碘化钾、硫酸、氯化锌、可溶性淀粉及硫酸钠等。

3.3 步骤

将污泥混合后浸泡20 h，浸泡好后将污泥分别放入烘干箱及马弗炉内，与空气隔绝后适当调高温度再进行活化，并将时间控制在30 min以内。将活性炭放置变凉，用热盐酸对其进行清洗，清洗溶液不浑浊后再用热馏水进行清洗，完全清除杂质。全部结束后再将活性炭进行烘干以备使用。

4 结果分析

4.1 活化剂选择

活化剂主要采用KOH，ZnCl2两种，并将活化时间及浓度、温度保持一致，以污水处理厂及药厂污泥作为原材料进行对比，见表2。

表2 活化剂对碘值影响对比

结果显示，试验环境相同的情况下，采用ZnCl2活化剂的碘值较高、灰分较小且收率较大。所以此次试验将采用ZnCl2活化剂进行活性炭制备。

表3 正交试验结果

4.2 工艺参数

通过正交实验确定工艺参数。依照上述工艺制备出九组样品。试验结果详见表3。

5 结语

本文通过对污泥特性进行研究分析，将城市污水处理厂污泥作为原料来制备活性炭，并遵循无毒无害、资源化原则，运用已有制备技术来制备吸附剂。对城市工业化生产起重要指导作用。

［1］ 柳 莹，孙阿惠.污泥活性炭在废水处理中的应用［J］.化工技术与研发，2011(4):43.

［2］ 姜 蔚，闫 波，李 芬，等.污泥质活性炭吸附剂的制备和吸附性能研究进展［J］.化工进展，2010(8):62.

［3］ 陈红燕.城市剩余污泥制备吸附剂的研究及其应用［J］.四川环境，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

王晓飞(1975-)，女，工程师