农作物秸秆和剩余污泥制备活性炭研究进展

黄周满++牛雯婧

摘要：随着社会的进步和科技的发展，城市建设步伐不断加快，城市污水的处理显得尤为重要，处理过程中产生的剩余污泥已成为环境中关注的热点问题。以生活污水处理厂剩余污泥和农业废弃物，如小麦秸秆、花生壳和玉米芯等多种混合为原料，采取一定的方法制取活性炭，结果发现：加入了秸秆的污泥制取的活性炭，空隙结构较好，在对生活污水的处理加以应用，对某些指标如COD的吸附性能高于市售的商品活性炭。

关键词：秸秆；剩余污泥；活性炭；制备

基金项目：本文系湖北省教育厅科学技术研究项目（No：B2014130）

中图分类号： X7 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.15.034

21世纪的今天，全球范围内有超过90%的城市生活污水处理上都采取了活性污泥法进行处理，这种污水处理方法在操作中有很多的优点，但也有许多缺点，其中之一便是会产生大量剩余污泥，我国目前有近3500座污水处理厂，污水处理能力约1.45亿立方米/天，而每年将产生逾2500万吨污泥（含水率约为80%）。这些污泥目前大多以填埋和焚烧的方式处理，给土地资源和环境质量造成了严重影响。与此同时，农业废弃物的利用问题也逐渐凸显，不加以处置也会带来严重的环境污染问题。

1 国内外研究现状

使用城市污水厂剩余污泥制备活性炭， 最早出现于20世纪 80 年代后期。 因为活性炭制作成本比较低廉，又可以在污水处理中祛除其中的污染物质，对保护环境有很大的促进作用，也能产生巨大的经济效益，因此引起了国内外研究人员的关注。

西班牙的 L.F.Calvo等研究了污水处理厂污泥烧制多孔吸附剂的工艺并对该多孔吸附剂在恶臭性气体和水中污染物方面的吸附能力进行了初步探究， 马来西亚 Z.Abu-KaddOurah

研究了高温股烧对活性污泥微孔结构和多孔性的影响，英国伦敦 N.graham等进行了污水厂污泥去除有机燃料废水的研究[1]。

Peria-samy K.[2]等利用花生壳作为原料制备了活性炭用于吸附水中的Hg、Pb、Ni和Cu等重金属离子，并取得了一定的研究进展。

余兰兰、钟秦[3]等以城市污水厂剩余污泥为原料，采用不同活化方法制备活性炭吸附剂，同时对比不同活化剂活化效果，并对影响活化产物吸附性能的因素进行了研究。

陈友岚、李炳堂等[4]采用了活性污泥和玉米秸秆混合制备活性炭，研究了其对垃圾渗滤液中有机物（以COD表征）的吸附效果及其主要影响因素。

韩彬、 周美华、 荣达[5]利用廉价的农业废弃物稻草秸秆，选择磷酸氢二铵为活化剂尝试在不同的活化温度和预氧化的条件下来制备活性炭。

解立平、林伟刚、杨学民[6]研究了以城市垃圾中三种典型的固体有机废弃物——纸张、锯木屑、塑料的热解产物为原料，以H2O为活化剂制备废弃物基活性炭时吸附性能（以碘值表征）的影响因素。

焦其帅、胡永琪等以棉花秸秆为原料，采用KOH活化法制备活性炭，探讨了关于炭化、活化处理过程中各实验条件对活性炭样品性能的影响。

2 活性炭制备方法

2.1碳化法

碳化是一种在隔绝空气条件下对原材料直接进行加热的制备活性炭的方法，原材料经过碳化之后产生的微晶体大小主要是与原材料的成分、结构和碳化温度这三个因素有关[7]。

2.2物理活化法

物理活化法又称之为气体活化法，是指将原材料碳化后，利用活化气体，如H2O、CO2、O2、烟道气，在一定高温下对碳元素进行的一种弱氧化反应，而使得碳材料的孔径得以疏通、扩大并发展，最终形成了活性碳所特有的多孔微晶型结构[8]。

2.3化学活化法

化学活化法是将原材料与一定比例的化学药剂进行充分混合，随后在惰性气体中加热，同时进行活化和碳化的方法。通过添加化学药剂使其产生反应，即可使原料中的H和O等元素以H2O、CH4等小分子的形式逸出，并且可以在一定程度上抑制副产物焦油的形成，提高活性炭吸附剂的产率。其中常用的化学药剂KOH、H2SO4、H3PO4、ZnCl2等。

综合以上本论文采用了ZnCl2活化法，在原材料中加入ZnCl2溶液，在浸渍混合后放置在常温下，随后在惰性气体的环境中加热到500℃～700℃。通过ZnCl2的化学作用，使原材料中的H和O以H2O、CH4的形式释放，从而最终形成多孔微晶活性炭吸附剂。用此制备的活性炭进行废水的吸附研究，结果得知化学活化法制备的活性炭吸附剂性能均呈现良好，吸附后的废水其各项指标都有了明显的降低。

参考文献

[1] 于遵，任爱玲.城市污泥的处理及污泥制活性炭的研究现状[J].环保与安全，2006，（08）.

[2] 徐涛，刘晓勤.花生壳活性炭研究进展[J].花生学报，2007，（03）.

[3] 余兰兰，钟秦.剩余污泥制备活性炭吸附剂及其应用研究[J].安全与环境学报，2005，（8）.

[4] 陈友岚，李炳堂.污泥秸秆活性炭深度处理垃圾渗滤液的研究[J].环境污染与防治，2014，（2）.

[5] 韩彬，周美华.稻草秸秆活性炭的制备及其表征[J].农业环境科学学报，2009，（4）.

[6] 解立平，林伟刚.废弃物基活性炭吸附性能的探讨[J].全国新型炭材料学术研讨会.

[7] 舒威.污泥秸秆活性炭制备及参数研究[D].华中科技大学，2013.

[8] 翟玉斌.秸秆——污泥吸附剂的制备及其特性研究[D].

华中科技大学，2013.

作者简介：黄周满，硕士，武昌理工学院生命科学学院，讲师，研究方向：水污染控制及固体废物处理等研究；牛雯婧，武昌理工学院生命科学学院，本科在读，研究方向：环境工程。