城市污水处理厂剩余污泥制备活性炭及其在日常的应用-北极星水处理网

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随着人口的增多和人民生活水平的提高，水资源使用逐渐增多，污水处理也相对应增加。截至2014年底，我国污水处理厂达到1808座，污水处理能力13088万m3，污泥产量达到3700多万吨。污泥处理的费用在污水厂运营费用中占了相当大的比例。污泥处理传统方式主要有焚烧、填埋、堆肥和深海处置等。污泥焚烧是一种高成本、高能耗、高污染的处理方式，污泥焚烧的群众可接受程度较低，但研究表明，污泥焚烧过程中会有重金属和氮氧化物排放。污泥填埋是目前应用最广泛的技术，其成本低廉，但因为污泥填埋过程中污染大，资源回收效率低，使其环境和资源的可持续性受到限制。污泥堆肥可实现资源回收和废物处理，但其安全性受到质疑，因为其重金属污染、病原体传染等问题仍不能得到彻底的解决。因为污泥含有大量有机质，在上个世纪70年代kemmer提出污泥制备活性炭。利用污泥作为前驱体制备活性炭，可有效回收资源，实验废物的资源化。同时，避免传染病原体传播和固定污泥中的重金属，防止污染土壤的水体环境等。

利用污泥制备活性炭，其吸附能力主要取决于比表面积、孔隙分布和表面官能团。污泥基活性炭的孔隙分布，可通过控制制备条件来实现，比如活化方式(物理或化学活化法)，活化剂种类和浓度，热解或者活化温度，浸渍固液比和热解或者活化顺序等因素。同时，活化剂也是影响污泥基活性炭表面官能团的重要因素。因此，优化制备条件是获得对污染物具有高去除率的污泥活性炭的重要途径。

1 物理活化制备活性炭

当前，研究热解或者物理活化法制备污泥活性炭的文章较少。很多文献强调污泥基活性炭的孔大小及其分布对污泥基活性炭的吸附能力的影响。然而有些文献仅仅是报道了比表面积，没有深入研究活性炭的孔隙结构。Lu综合了活性炭不同孔结构，通过活性炭对汞的吸附，指出比表面积不是影响其吸附能力的重要因素。同时，Lee 和 Park的研究表明微孔的存在对目标吸附质具有高的吸附能。获得高比表面积和发达的孔隙结构的污泥基活性炭主要取决于热解温度和停留时间等因素。

1.1 热解温度

热解温度是影响采用物理活化污泥制备活性炭的重要因素。当热解温度过低，污泥基活性炭活化不充分，污泥中很多物质不能参与反应或者挥发，使污泥活性炭难以形成足够的孔道，其比表面积过低，吸附能力不高。随着温度升高，更多的物质参与反应或挥发，形成大部分孔道，吸附能力升高。但温度继续升高，容易造成孔道塌陷，吸附能力下降。根据众多文献报道物理活化法的热解温度在500~600℃℃可获得吸附能力较高的活性炭。热解温度的升高也会使活性炭的产率下降。

1.2 停留时间

停留时间对污泥基活性炭具有相当大的影响。在较长的一个停留时间，更多的热量进入炉体内，会使水分蒸发，使更多的焦油分子化，更多的物质得以从碳中挥发，最终导致气体产量增加。然而，过长的停留时间会导致活性炭孔道崩塌，吸附能力下降。停留时间增长，也会使能耗增加，造成制备成本增多。因此，优化停留时间有助于获得较高品质的污泥基活性炭。大多数文献指出，表面停留时间控制在1~2h为宜。

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