污泥炭的制备方法及条件综述

昭玉

(四川大学建筑与环境学院，四川成都，610065)

1 污泥概况

1.1 污泥的来源与分类

污泥主要在城市污水处理中发生，此中主要包罗两大类：活性污泥与初沉污泥[1]。其次还有一种污泥叫做生物滤池污泥，这种污泥会在采用生物滤池工艺时产生，这种污泥也叫做腐殖污泥。另外化学污泥会在污水深度处理中，当采用混凝沉淀工艺时产生。

传统的活性污泥处理工艺会排放出大量的残剩污泥，这类残剩污泥称为活性污泥。活性污泥有土一样的腥味，外观是黄色与褐色间杂的絮状，含水量一般在99.2%～99.5%之间，采用的生化方式的废水处置工艺将决定含水量的多少。污水处置所运用的生物处理类型，传统的活性污泥方法、AB方式以及A2/O等方式的产泥量的不同会决定活性污泥的产量[2]。

初沉池沉淀掉落下来会排掉大量的污泥，这种污泥称为初沉污泥[3]。初沉污泥的酸碱度大概在5.5～7.5之间，大部分初沉污泥在6.5左右，显弱酸性。初沉污泥当发生衰败时，就会变成灰色或黑色，在正常情况下却为棕褐色带少量灰色[4]。初沉污泥在一般情况下，会产生不同程度的恶心味道；这种味道会在工业产生的废水含量变大的情况时有所减少。通常来看，当污泥的固体含量超过6%时，污泥用泵输送会造成困难，换句话说，这种污泥的可泵性很差。污泥的含固量越高，含水率越低，它的混合性能越差，因此均匀混合有一点困难[5]。污水质量与初沉池的运作状况决定了初沉污泥的产生多少。湿污泥产生量除与悬浮物及沉淀下来的快慢有关外，还由将泥排出去的浓度直接决定，而输入的水的悬浮物与沉淀下来的块面会关系到干污泥产生量。

混凝沉淀的方式中会产生一种污泥，这种污泥叫做化学污泥，采取的混凝剂种类会决定它的性质[6]。一般来说，化学污泥极易脱水或浓缩，且气味较小。化学污泥一般不需要消化处理，是因为其中有机分含量不是很高。当其接触混凝剂铁盐时，可能略显暗红色。

1.2 污泥的特性

经常使用于表示污泥物理性能的重要标准有三个：密度、含水率和比阻[7]。污泥的密度也就是单元体积污泥的质量，它的数值经常使用相对于密度，也就是污泥与水的密度之最近表达[8]。污泥含水率是指污泥中污泥重量与所含水分的重量之比的倒数，一般来说，活性污泥的含水率约为一，而对于脱水污泥，脱水方式不同含水率也不同。污泥的比阻反映了经由过程污泥颗粒构成泥饼的水分所受阻力的巨细，污泥的脱水机能就常是用这个值来权衡[9]。城市产生的污泥有许多化学性质，其中一般包括毒害物质含量、酸碱度、有机质含量、可浸出性及其热值等方面，从污水厂排出的污泥大部分是有机物，因此会含有一定的反应活性，处理状况的变化会改变其性质。

1.3 污泥的危害

污泥中存在大量病原菌、寄生虫，铬、锌、铜、汞等重金属，盐类和多氯联苯、二恶英、放射性核素等不容易降解的有害有毒物[10]。长期暴露在这些物质下，人类和环境以及动物健康都会深受其害。

(1)从新鲜污泥中监测到，在上千种的的病原体中，寄生虫的危害较大。病原微生物污水中的病原体(病原微生物和寄生虫)经过处理还会进入污泥。

(2)在处理重金属污染的废水过程当中，经由吸附上去或者沉淀下来而转移到污泥中的重金属元素含量占总量的70%～90%[11]。重金属之所以风险庞大，不单由于它能在生物体内富集(生物积累效应)或构成别的毒性更加强大的化合物，并且在于微生物不能分解它。人体在持久重金属的风险下，会发生大量的负面效应，人体的构造器官会发生致畸、致癌感化等。相关的研究成果显示，对人体损伤巨大和通过医治不见好转的有铅等，神经末梢、肾等功能就算是微量的积累都可能产严重的损害。

(3)随着污泥含盐量提高，土壤电导率会明显的提高，植物养分的平衡会遭到破坏，植物对养分的吸收也会受到抑制，甚至植物根系会受到直接的伤害，同时有效养分的流失速度会因离子间的拮抗作用而加速[12]。

2 污泥制备活性炭的研究

2.1 物理活化法

范晓丹[13]等用到的物理活化方法是用水蒸气对污泥进行活化，由此制备得到的活性炭的吸附性能得到了很大的改善，其中对碘值吸附值是254.36 mg/g，对亚甲基蓝的吸附值是20.26 mg/g，染料废水在用制备得到的活性炭处理之后，达到了99.7%的脱色率，67.57%的COD去除率。

S. Rio等[14]采用物理的方法对取得的污泥进行活化，第一步把污泥放在400℃至1000℃下进行烧制1h，之后将其放到750℃至850℃下活化30-90 min，把水的蒸汽作为活化剂，由此制备得到的活性炭对苯酚和Cu2+的吸附分别为50 mg/g和80 mg/g。

2.2 化学活化法

2006年，郭爱民[15]等研究了化学活化法，他们的原材料是制药厂产生的污水处理后的污泥，活化剂是H3PO4和ZnCl2，由此方法制备活性炭，以活化剂的浓度、活化温度、固液比及活化的时间等因素为变量，添加果壳用以提高活性炭性能，并且在不同的变量下，通过正交实验分别得出最好的活化剂浓度、活化温度、固液比及活化时间等，从而确定最好的控制因素。另外，他们做了一定的静动态吸附实验，由此得出了活性炭处置水中有毒有害物质的处理效果。结果表明：用氯化锌作为活化剂，以1∶2～1∶3的固液比，40%的氯化锌浓度，30min的活化时间，600℃的活化温度下，污泥活性炭的性能相对较好，它拥有>85%的色度去除率，31.3mg/g的对COD的静态饱和吸附量，28.14 mg/g的对COD的动态饱和吸附量。

2.3 化学物理活化法

对活化剂的使用不同是物理活化和化学活化的主要区别，化学活化法一般用氢氧化钾或ZnCl2作为活化剂，它不仅可以促进降解纤维素，还可以预防热解过程中产生焦油，有机污染物中的水分会被这类焦油脱除，因此活性炭的含碳量就得以提高。其他活化剂还有H3PO4、H2SO4、NaOH等；物理活化的活化剂通常的情况下是二氧化碳气体、水蒸气或是二者的混合气体，此类方法有一定的活化作用，但是活化作用不如其他方法显著，因此制备活性炭的时候一般搭配其他方法，活性炭的微孔结构就可以更加理想。

3 制备条件对污泥炭影响的研究

3.1 热解温度速率的影响

加热速率对制备活性炭有一定的影响，Bansal[16]等人对此进行了研究，他们得出结论，经过减少加热速率，从而降低气体跑出的速率，可以促进孔隙发展，并且不会导致活性炭坍塌或改变形状，因此选择相对较低的加热速率对污泥活性炭的制备有利。但是，Tay[17]等发现污泥活性炭的比表面积在过低的(低于10℃ /min)加热速率下会减少。

Jeyaseelan[18]等人对活化温度进行了研究，他们发现对污泥进行升温活化，对污泥活性炭BET的形成更加有利，并且活性炭的比表面积在活化温度为850℃时达到了最大值。而Rio[19]等人通过实验提出，比表面积在763℃的活化温度，39min的滞留时间时达到峰值，并且在790℃的活化温度和70min的停留时间下，活性炭的中孔容积达到最大。

3.2 酸洗的影响

Ros[20]等人通过研究表明， HCl酸洗能极大地提升污泥活性炭的性能，不仅含炭部分的亲和力得到了增强，而且活性炭中无机物质可以得到大量去除，显著提高了比表面积，从最低的49m2/g增加到最高的428 m2/g，同时灰分也大大下降，从66%下降到了45.5%。

3.3 活化的影响

舒威[21]等用物理活化法制备了污泥活性炭，它的原材料是污水处理后的污泥副产物，其效果如下：制得的活性炭对染料的脱色结果与商品活性炭脱色结果靠近，pH值为1时，活性炭对氨基黑染料达到99.70%的脱色率，对COD也达到了67.57%的去除率。

石太宏[22]等制取的活性炭的原料是城市污水厂污泥和花生壳，采用的是化学活化法，得出结论：当添加8%的花生壳量的时候，污泥活性炭对碘达到了789.6mg/g的吸附值，与纯污泥制备的活性炭相比，碘吸附值提高了近43.67 %。

4 污泥炭的应用研究

4.1 污泥吸附剂在污水处理中的应用

钟秦、余兰兰[23]等制备活性炭吸附剂用到的原料是城市污水厂的残剩污泥，应用了分歧的活化方式，分析了影响活化产品吸附机能的因素，同时对分歧活化剂的活化结果进行了对照。研究人员发现，可以以氯化锌作为活化药剂对废水生物处理产生的污泥进行化学活化，最后热解制得吸附剂。结果表明，随着氯化锌浓度的增加，吸附剂的产量会得到增加，通过电镜扫描分析，发现温度对吸附剂孔的发展存在很大的关系，可用于活化污泥吸附制备的初始物质。另外，活性炭的吸附剂在颠末化学方法活化后机能会好些，用制备得到的物质处置城市污水，可以获得较高的COD去除效率，而且极大的改良了污水色度。

4.2 污泥制吸附剂烟气脱硫的应用

当前，我国污水处理厂经常出现许多污泥产生后得不到妥善处理的困境，这种污泥的处置问题成为了非常严峻的挑战，在这一方面需要深入研究的一个课题就是怎样处理城市污水厂产出的许多污泥。另一方面，我国缺少自然的硫磺矿，所以硫磺必须要大量进口，同时每一年酸雨和污染对我国造成庞大损失。纵观我国经常使用的烟气脱硫技术，很少能够反复使用和好好处置产生的废渣、废液，而把烟气中的硫等物质转化为液体、硫磺和化肥等的回收方法，需要很长的路线，成本高、效益低， 因此用污泥制备得到的活性炭将在这方面有着极其深远的意义。