净水厂污泥基活性炭对水中重金属的去除研究

谢永智 马骁

摘 要：净水厂污泥作为吸附剂吸附水中重金属，由于其价格低廉，吸附容量大，材料来源广泛，吸附速率快，处理效果好，易操作且易再生等优点，在处理含重金属废水方面具有非常广阔的潜力。本文总结了净水厂污泥去除水中重金属离子的研究现状、污泥的处理与处置现状、污泥去除重金属离子的机理及影响因素、剩余污泥的改性方法，阐述了利用净水厂污泥制备吸附水中重金属的意义及可行性。

关键词：净水厂污泥；重金属离子；吸附；改性

随着我国工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重。各种类型的电镀废水、采矿废水、冶金和金属处理废水的肆意排放，正导致重金属污染事件层出不穷。我国的江河湖库的底质中，重金属污染率已经达到80%以上。重金属污染具有持久性强、对生物有富集作用以及能产生放大效应等特点，通过生物圈循环在人体内富集，从而危及人体健康。而净水厂污泥作为城市污水处理的产物对重金属离子具有良好的吸附特性。

1 研究背景、目的、意义

目前我国污泥处理的方法主要有：土地填埋、自然水体排放、污水处理厂利用等。这些处理方法不仅耗费大量的人力物力，增加了水厂的运行成本，而且如果处理不当，极易造成“二次污染” [1]。研究表明净水厂污泥对水中金属离子具有很好的吸附效果，也被广泛的应用在污水处理的混凝剂、吸附剂中。结合污泥良好的吸附性能，将其改性制备成活性炭，不仅可以减轻水厂污泥处理压力，降低运行成本，而且具有很高的经济价值[2]。因此，将水厂污泥科学化处理，回用于处理含重金属的污水，已成为污泥资源化利用的趋势。

2 净水厂污泥的处理与处置

净水厂污泥主要来源是原水中的悬浮颗粒和混凝剂等水处理药剂。其中悬浮颗粒类似于矿物粘土，混凝剂以铝盐和铁盐为主[3]。针对净水厂污泥的处理方法，目前主要集中在三种。第一种是直接排放，往往会对水生生物的生存造成威胁。第二种是通过城市污水厂进行处理，在利用排污管道输送时，存在管道堵塞的问题。第三种方法是污泥的单独处理，主要还是通过污泥处理，实现污泥的资源化利用。常用的处理方法有污泥制作吸附剂，这种废物利用的处理办法也是污泥资源化处理的发展趋势[4]。

3 国内外研究现状

利用净水厂污泥良好的吸附特性，国内外学者做了很多研究，并且都取得了很好的研究成果。Rozada研究了以氯化锌为活化剂制备的活性炭对汞离子、铜离子的吸附能力，发现比一般的热解炭化法得到的效果要好得多。刘春华等研究了硫酸和氯化锌对于污泥改性制备活性炭的效果，发现污泥改性以后制备的活性炭吸附能力远远地高于干污泥，特别是利用氯化锌作为活化剂制备的活性炭对于汞离子的吸附效果显著。蔺丽丽[5]等使用磷酸作为活化剂，用微波热解代替高温活化，研究制备的活性炭的吸附性能。

4 吸附的机理及影响因素

净水厂的活性污泥主要是由细菌、有机聚合物、微生物以及无机化合物等物质组成的不规则絮体颗粒，粒径的分布范围很广，比表面积大，呈网状结构，有机物组分丰富，多孔易碎，这些特点决定了净水厂制备出的污泥活性炭会具有良好的吸附性。研究表明，污泥吸附重金属的主要机理是离子交换，重金属与氢离子发生的置换反应。污泥活性炭的吸附作用受多种因素影响：pH值、初始金属离子的浓度、污泥投加量、竞争吸附、温度、时间等。其中pH值是污泥吸附重金属最重要影响因素之一，对污泥表面特性有非常大的影响[6]。

5 结论及问题

对净水厂污泥进行改性制备出吸附性好的污泥基活性炭来对废水中的重金属进行吸附，既能对净水厂污泥进行回收利用，又能解决废水中的重金属对环境的污染问题，对保护人类健康，保障水生态安全有重要意义。

通过对国内外发展现状的研究，关于净水厂污泥作吸附剂主要还存在以下问题：

①净水厂污泥基活性炭的生产工艺多是用物理法或者化学法，过程中需要通入昂贵的气体或化学药剂，既增加了成本，又易造成二次污染。

②利用污泥基活性炭多是吸附低浓度的重金属废水，用来吸附较高浓度的重金属离子研究较少。

③去除重金属的机理及各种机理的相互关系研究还有待于进一步探讨。

④再生问题还有待带解决，目前再生方法单一且没有一种简便合适的方法，针对这一问题需要进一步的研究。

⑤对于净水厂污泥基活性炭吸附单一的重金属研究较多，但在实际废水中多是多种重金属共同存在，所以对同时吸附两种或多种重金属离子有待进一步研究。

净水厂污泥基活性炭对去除废水中重金属离子具有巨大的潜力和实用价值，以上问题需要在以后的研究中进一步深入探讨。

参考文献：

[1] Agyin B， OConnor S， Jacobs L W.Longterm phosphorus immobilization by a drinking water treatment residual[J]. Journal of Environmental Quality， 2007， 36（1）：316323.

[2] SoteroSantos R B， Rocha O， Povinelli J. Toxicity of ferric chloride sludge to aquatic organisms[J]. Chemosphere， 2007，68（4）：628636 .

[3]田美玲.凈水污泥脱水效能及资源化利用研究[D].2011，苏州科技学院.

[4]刘辉，许建华.自来水厂排泥水处理的国内外发展概况[J].中国给水排水，2001，17（8）：2628.

[5]蔺丽丽，蒋文举，金燕，等.微波法制备污泥活性炭研究[J].环境工程学报，2007，1（4）：199202.

[6] 孙文田，谢忠雷等.剩余污泥的吸附特性及其在污水处理中的应用[J].环境保护，2008，16：7173.