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城市污水处理厂剩余污泥制备活性炭及其在日常的应用

2016-07-21 16:50来源:环境科学作者:汪清环 黄腾蛟关键词:污泥污水处理污泥处理收藏点赞

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2 化学活化制备活性炭

化学活化是指利用化学药剂对污泥浸渍后,在高温下煅烧,通过加热状态下化学药剂对原料中的碳的氧化引起碳原子的脱除,从而在原料中产生大量孔隙,制备活性炭。目前常用的活化剂分为酸性(硫酸、磷酸和硼酸等)、碱性(氢氧化钾和氢氧化钠等)和盐(氯化锌、碳酸钾、硫酸钾和硫化钾等)。通常认为活化剂活化机制有两种:第一,活化剂在对污泥浸泡时起润涨作用,有利于污泥热解时进行造孔及增大比表面积。第二,污泥热解时活化剂通过缩聚反应或交联反应等帮助污泥脱除结构单元的侧链和含氧官能团的分解从而实现造孔。

2.1 活化剂浓度

活化剂浓度是影响污泥基活性炭吸附性能的一个重要因素。当浓度过低时,污泥活化不够充分;随着活化剂浓度继续升高,污泥与活化剂充分反应。但浓度过高时,容易造成重金属或其他元素的富集、活性炭造孔过度,微孔向中孔和大孔扩散引起比表面积降低等问题。较多的文献指出,表面活化剂的浓度一般控制在3mol/L或者40%附近,可获得吸附性能相对较高的污泥基活性炭。

2.2 液固比

活化剂和污泥的比值(液固比)也是影响污泥制备活性炭孔隙结构和比表面积的重要因素[17]。液固比过低时,反应活化剂的剂量较低,产生孔道较少,导致吸附能力低;当液固比增大,造孔能力随之增大,吸附能力也就增大;但当液固比进一步增大时,造孔作用达到最大,过多的活化剂容易导致孔道崩塌或堵塞,使吸附能力下降。众多文献选择的液固比一般为1:1~3:1。

2.3 活化温度

活化温度是影响污泥基活性炭的重要因素。活化温度不仅对污泥起作用也对活化剂有着重要作用。尤其是某些活化能较高的活化剂,控制活化温度成为一个制备高比表面,高吸附能力活性炭的重要条件。温度过低,不足以提供活化剂足够的活化能,多数物质不能与活化剂反应;随之温度升高,反应也相对应的加强,活化剂得以更多地参与反应,使污泥活性炭的吸附能力增强;但温度过高,容易将污泥孔隙击穿,孔道扩大,吸附能力下降。化学活化法的热解温度,更多地取决于活化剂的活化能。众多文献表明,表面化学活化法的热解温度相对较高,可达到600~800℃℃。

3 污泥基活性炭的应用

目前,污泥活性炭还未完全达到商业活性炭的性能,同时也存在着二次污染的潜在风险。但是其巨大的环境效益仍使其具有继续研究的价值。并且,用在以废治废时,其经济效益也可得以最大限度的实现。污泥基活性炭的应用研究很多,如对垃圾渗滤液的处理、对生活污水的处理、重金属的去除以及大气污染物质的吸附等方面。活性炭对污染物的去除能力受到溶液pH、浓度、吸附剂剂量以及吸附时间等因素的影响,而目前关于活性炭孔隙分布与吸附剂分子大小的研究的论文相对较少。仅有Lee S-Y研究了活性炭对二氧化碳吸附的最适合孔径,表明其最适孔径在0.5~0.7nm之间。

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