改性污泥活性炭的制备及吸附性能探讨

张 珂 郑宾国 曾晓羲 李流星

(郑州航空工业管理学院 郑州市环境功能材料重点实验室，河南 郑州 450015)

随着我国城镇化进程的深入发展，城市人口不断增加，城市生活污水及工业废水排放量持续快速增长，剩余污泥作为污水处理中产生的固体废物，其产量也快速增加。剩余污泥成分复杂，包含有机物、氮、磷、重金属及各种致病微生物，其易腐败、不稳定、有恶臭，如处置不当，将对生态环境产生极大危害[1～3]。因此，本研究提出以污水处理厂剩余污泥为原料，以KOH作为活化剂，采用传统的活性炭生产工艺制备污泥活性炭，探讨活化剂浓度对其吸附性能的影响，寻找活化剂的最佳投放浓度。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

马弗炉(SX-S-12，上海实验电炉厂)，精密酸度计(杭州雷磁分析仪器厂)，往复式恒温震荡器(ZD-85，常州国华电器有限公司)，恒温鼓风干燥箱(DHG-9240A，上海一恒科学仪器有限公司)；剩余污泥取自郑州市王新庄污水处理厂，KOH(西安化学试剂厂，分析纯)，Na2S2O3、I2、KI、可溶性淀粉、K2Cr2O7(天津市科密欧化学试剂有限公司，分析纯)。

1.2 试样

1.2.1剩余污泥基本性质

剩余污泥的含水率、灰分采取如下方法进行分析[4]：

(1)含水率测定

称取一定量的剩余污泥，置于(105～110)℃鼓风干燥箱内，于空气流中干燥到质量恒定。根据试样的质量损失按照式(1)计算剩余污泥的含水率。

(1)

式中，Mad表示剩余污泥的含水率(%)，m是所称取的剩余污泥质量(g)，m1是干燥后剩余污泥损失的质量(g)。

(2)剩余污泥中灰分的测定

称取一定量的剩余污泥试样，放入马弗炉中，加热至(815±10)℃，灰化并灼烧到质量恒定。按照式(2)计算剩余污泥的灰分。

(2)

式中，Aad表示灰分质量分数(%)，m是所称取的剩余污泥质量(g)，m1是灼烧后残留物的质量(g)。

经过分析，所取污水处理厂剩余污泥的含水率为85.3%，有机物含量为49.2%。

1.2.2污泥活性炭的制备

将干燥污泥研磨粉碎，过100目筛备用。取100.0 g污泥与浓度分别为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(质量比)混合，室温下浸泡24 h，后将浸泡过的污泥用铝箔纸包覆放入坩埚内加盖放置在马弗炉中，以20 ℃/min的速率升至500 ℃时碳化，1 h后去除污泥活性炭，酸洗水洗至中性，将样品置于烘箱内，在105 ℃下烘干至恒重[1]，制得经KOH活化剂改性后的污泥活性炭。

1.3 污泥活性炭吸附性能测定

取一定质量的改性污泥活性炭试样与碘液充分振荡吸附，经过滤后取滤液，用Na2S2O3溶液滴定滤液中残留的碘量，取剩余碘浓度0.02 mol/L(1/2 I2)下每克炭吸附的碘量(mg)定为碘值[5]。测定结果如图1所示。

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

2 结果与讨论

从图1可以看出，活化剂KOH的浓度低于1.0 mol/L时，改性污泥活性炭碘吸附值随所投加的活化剂浓度的增加而逐渐增大；当KOH溶液浓度达到1.0 mol/L时，碘吸附值达到最高，为385.46 mg，此时改性污泥活性炭的吸附性能最好；之后，碘值随KOH浓度的增大出现降低趋势。

3 结 论

以污水处理厂剩余污泥为原料，经KOH溶液进行活化改性后所制得的改性污泥活性炭具备一定的吸附能力，其中以投加浓度为1.0 mol/L的KOH活化剂所得吸附性能最佳。可见，剩余污泥经过回收处理可以作为吸附剂，起到水体净化和污水处理的作用。在今后的研究中，应进一步对改性污泥活性炭对水体中各类污染物的去除效果和去除效率展开探索。

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[4] GB/T 212-2008．煤的工业分析方法[S]．北京：中国标准出版社，2008.

[5] GB/T12496.8-1999．木质活性炭试验方法：碘吸附值的测定方法[S]．北京：中国标准出版社，2005.