污水厂污泥制备水处理活性炭的工艺参数研究

胡 涛

(太原市排水管理处,山西 太原 030006)

引 言

近年来，随着在城市生产和生活的人数越来越多，每天所产生城市污水的量也越来越多，对应的污水处理厂的数量以及污水厂的处理能力也在不断提升。城市排放污水量的增加，所产生的污泥量也在不断增加，污泥中含有丰富的氮、磷等富营养有机物、重金属以及各种可致病的微生物。因此，若对城市污水中的污泥处理不当会污染环境。传统污泥的处理方式主要有土地填埋、焚烧、海洋排放等，上述方法在当前环境标准更加严格的时代已不适用[1]。鉴于污泥中富含有机物和营养物质，可对污泥进行资源化的处理。本文着重研究污泥制备活性炭的工艺参数进行研究。

1 污泥处理技术现状分析

污泥是生活污水或者工业废水中沉淀物、颗粒物以及漂浮物的总称。污水中所含污泥量的不同与其对应的所采取的污泥处理工艺也不同。随着我国经济水平及城市工业化的发展，污水厂数量及处理能力的不断提升，所产生污泥的量也在不断增长。污泥中富含微生物、纤维、动植物残体等。若对污泥处理不当会对环境造成二次污染[2]。

污泥处理的主要目的是将污泥的性质更加稳定、避免其对环境造成污染以及对污染的再利用。针对城市污水中污泥的典型处理流程，如图1所示。

图1 典型污泥处理流程

如图1所示，对城市污水中污泥的典型处理流程经历了储存、浓缩、稳定、条路、脱水、干化以及最终处置等。

针对城市污水中传统的处置方法包括有：填埋、焚烧、海洋投放以及土地利用等。上述处置方法未将污泥中的有害物质、重金属以及可致病的微生物进行处理，存在对污泥处置场所周边环境二次污染的隐患。因此，传统针对污泥的处置方法与当前可持续发展和环境保护的标准相背离。

鉴于污泥中含有丰富的有机物和营养物质，可通过对污泥资源化的处理方式在解决污泥污染环境的同时，还回收了污泥中的能源。目前，针对污泥资源化可将污泥制备成所需的油、建材、燃料、吸附材料以及堆肥等[3]。

2 基于污泥制备活性炭

在综合分析当前已应用于污泥制备活性炭的方法，由于微波辐照加热具有加热速度快、操作方便以及效率高的特点。本文拟采用微波辐照加热的方法制备活性炭，为进一步提升活性炭的制备效率在反应中加入适量的ZnCl2。基于微波辐照加热法制备活性炭的工艺流程，如第196页图2所示。

如图2所示，基于微波辐照加热法制备活性炭时需将污水中污泥进行脱水处理；而后加入适量的ZnCl2将污泥进行活化处理；将活化处理后的污泥进行干燥(烘箱设置温度为105 ℃，烘干时间为24 h)和破碎处理，在对其进行微波辐照加热处理(在提前注氮3 min完成过后，保持注氮的流量为0.1 L/min～0.3 L/min)后进一步采用盐酸浸泡(浸泡时间为24 h)、蒸馏水清洗(蒸馏水温度为70 ℃)等工序。为确定制备活性炭的最佳工艺参数，将不同工艺参数下所得活性炭研磨处理后对其性能进行分析[4]。

图2 微波辐照加热法制备活性炭

基于微波法制备活性炭的工艺装置，如图3所示。

图3 微波法制备活性炭工艺装置

3 污泥制备活性炭工艺参数研究

通过对比不同参数所得活性炭的吸附能力最终确定污泥制备活性炭的工艺参数，主要研究的参数包括有活化剂、微波辐照时间、微波辐照时间以及污泥与活化剂的比例。本试验采用“控制变量”的研究方法，即每次仅对一个工艺参数进行研究。

3.1 活化剂的确定

结合目前工业生产中所使用活化剂的类型，本试验将对比氯化锌、氢氧化钾、磷酸以及硫酸四种活化剂对所制得活性炭的吸附能力进行对比分析。此外，活化剂与污泥的比例为1∶1；微波辐照的功率为500 W；微波辐照的时间为280 s。

经对不同活化剂下所得活性炭的吸附能力进行对比可知，基于氯化锌制备所得活性炭的吸附能力为416.48 mg/g；基于氢氧化钾制备所得活性炭的吸附能力为253.36 mg/g；基于磷酸制备所得活性炭的吸附能力为312.75 mg/g；基于硫酸制备所得活性炭的吸附能力为380.63 mg/g。

因此，在微波辐照时间、时间以及活化剂与污泥比例一定的前提下，基于氯化锌制备所得活性炭的吸附能力最佳。

3.2 微波辐照时间的确定

本组试验是在污泥与活化剂比例为1∶1，微波辐照时间为300 s，活化剂为氯化锌的基础条件下完成的，分析在微波辐照功率为400 W、450 W、500 W、550 W以及600 W的条件下制备所得活性炭的吸附能力。

经试验可得：当微波辐照功率为400 W时制备所得活性炭的吸附能力为365.44 mg/g；当微波辐照功率为450 W时制备所得活性炭的吸附能力为431.81 mg/g；当微波辐照功率为500 W时制备所得活性炭的吸附能力为487.67 mg/g；当微波辐照功率为550 W时制备所得活性炭的吸附能力为454.47 mg/g；当微波辐照功率为600 W时制备所得活性炭的吸附能力为436.14 mg/g。

因此，在污泥与活化剂比例、微波辐照时间以及活化剂一定的条件下，当微波辐照功率为500 W时制备所得活性炭的吸附能力最强。

3.3 微波辐照时间的确定

本组试验是在污泥与活化剂比例为1:1，微波辐照功率为500 W，活化剂为氯化锌的基础条件下完成的，分析在微波辐照时间为240 s、260 s、280 s、300 s以及320 s的条件下制备所得活性炭的吸附能力。

经试验可得：当微波辐照时间为240 s时制备所得活性炭的吸附能力为369.67 mg/g；当微波辐照时间为260 s时制备所得活性炭的吸附能力为398.53 mg/g；当微波辐照时间为280 s时制备所得活性炭的吸附能力为439.42 mg/g；当微波辐照时间为300 s时制备所得活性炭的吸附能力为487.67 mg/g；当微波辐照时间为320s时制备所得活性炭的吸附能力为449.26 mg/g。

因此，在污泥与活化剂比例、微波辐照功率了以及活化剂一定的条件下，当微波辐照时间为300 s时制备所得活性炭的吸附能力最强。

3.4 污泥与活化剂的比例

本组试验是在辐照时间为300 s，微波辐照功率为500 W，活化剂为氯化锌的基础条件下完成的，分析在污泥与活化剂的比例为5∶3、5∶4、5∶5、5∶6、5∶7的条件下制备所得活性炭的吸附能力。

经试验可得：当污泥与活化剂比例为5:3时制备所得活性炭的吸附能力为408.76 mg/g；当污泥与活化剂比例为5∶4时制备所得活性炭的吸附能力为4 mg/g；当污泥与活化剂比例为5∶5时制备所得活性炭的吸附能力为487.67 mg/g；当污泥与活化剂比例为5∶6时制备所得活性炭的吸附能力为434.84 mg/g；当污泥与活化剂比例为5∶7时制备所得活性炭的吸附能力为396.91 mg/g。

因此，在微波辐照时间、微波辐照功率了以及活化剂一定的条件下，当污泥与活化剂比例为5∶5时制备所得活性炭的吸附能力最强。

4 结结

污泥作为城市污水处理后的产物，其中含有大量的有害物质、重金属以及可致病的微生物，若处置不当会造成对环境的二次污染。由于传统污泥处置手段与当前环境保护的标准不符，因此将污泥资源化为其当前的主要处理方式[5]。将污泥制备成活性炭，并经试验研究可知，当采用微波辐照制备法时：活化剂为氯化锌，微波辐照功率为500 W，微波辐照时间为300 s、活化剂与污泥的比例为5:5时所制备活性炭的吸附能力最强。