污泥制備活性炭及其應(yīng)用研究進展_1

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1、污泥制備活性炭及其應(yīng)用研究進展　　[摘要]分析污泥的來源與組分，對污泥制備活性炭的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及實際應(yīng)用進行研究，提出了污泥制備活性炭目前存在的問題?！　∽鳛槲鬯幚淼母碑a(chǎn)物，城市污泥是一類特殊的固體廢物，其產(chǎn)生量大，成分復(fù)雜，由膠體、無機顆粒、有機殘片、細菌菌體等組成，是組成非常復(fù)雜的非均質(zhì)體，含有60%～80%的有機物，被世界水環(huán)境組織命名為“生物固體”，表明了污泥具有資源化的潛質(zhì)。將污泥制成活性炭是很有發(fā)展前景的污泥資源化的處置方式之一，它在保證了污泥不會造成二次污染的基礎(chǔ)之上，還能制得活性炭吸附材料。　　從元素的角度來講，污泥中的有機物主要包含碳、氫、氧、氮、硫、氯等

2、六種元素。從化學組成的角度來講，污泥中的有機物組成包含毒性有機物、有機生物質(zhì)和有機官能團化合物和微生物。污水處理廠的剩余活性污泥的主要組成成分為有機物，粗蛋白質(zhì)大概占60%～70%，碳水化合物大約占25%左右，其無機灰分的含量僅為5%左右[4]。　　污泥基活性炭的活化方法主要有物理活化、化學活化和化學-物理聯(lián)合活化等?！　∥锢砘罨ā　∥锢砘罨ㄖ饕ㄖ苯訜峤夥ê蜌怏w活化法?！　≈苯訜峤夥ā　≈苯訜峤夥ㄊ侵冈诘獨鈿夥盏谋Ｗo作用下，將污泥置于電阻爐中，將污泥加熱至熱解溫度后保持恒溫一段時間，再經(jīng)后續(xù)處理得到粉末狀污泥基吸附劑。Fan等[5]利用天津市污水處理廠產(chǎn)生的厭氧消化污泥

3、為原材料，用氮氣作保護氣，以15℃/min的升溫速率升至500℃，并在此溫度下直接熱解3h，制得的污泥基活性炭主要以中孔和大孔為主。新加坡學者Lu等[6]采用直接熱解法制備污泥基吸附劑，由研究可以得出，在較低的溫度范圍內(nèi)，隨著熱解溫度的升高與停留時間的延長，污泥基吸附劑的比表面積也呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢；當溫度在550～650℃之間時，隨著熱解溫度的升高，其比表面積卻呈現(xiàn)出了下降的趨勢；當熱解溫度超過850℃以后，比表面積逐漸減小?！　怏w活化法　　氣體活化法制備污泥基活性炭是指先對污水污泥直接進行高溫熱解，然后利用水蒸汽、CO2、O2等活化氣體，在600～1200℃下對碳進行弱

4、的氧化作用，疏通材料的孔徑，使其發(fā)生造孔與擴孔的現(xiàn)象，進而形成碳基吸附劑的多孔微晶結(jié)構(gòu)。有研究結(jié)果表明，熱解溫度、熱解時間和氣體流量會影響污泥基吸附劑的孔徑分布，改變活化氣體中CO2與H2O比例可以控制吸附劑的孔徑分布?！　indarom等利用污泥制備活性炭吸附材料，采用二氧化碳氣體作為保護氣體，于750℃下活化30min，升溫速率為20℃/min，制得的污泥基活性炭的比表面積為61m2/g。Méndez等利用污水處理廠產(chǎn)生的厭氧與好氧消化污泥作為原材料，采用氣體活化法制備污泥基活性炭。在隔絕空氣的條件下采用氮氣作為保護氣，在450℃下熱解1h，制得的污泥基活性炭的比表面積分

5、別為16m2/g和81m2/g。為了進一步提高污泥基活性炭的吸附性能，在N2和O2的混合氣流下，以10℃/min的升溫速率升溫至275℃，并在此溫度下活化4h，其中，O2與N2的體積比為1：29，流量為150mL/min。碳化-氣體活化后的污泥基活性炭的比表面積分別增加至102m2/g和105m2/g。由此實驗結(jié)果可以得出，氣體活化法可以顯著的提高兩種污泥基活性炭的比表面積值，其中對于厭氧消化污泥制備的污泥基活性炭吸附性能的提高效果更為顯著?！　』瘜W活化法　　化學活化法對于制備高比表面積污泥基吸附劑具有顯著優(yōu)勢，目前采用的化學活化劑主要有H2SO4、H3PO4、ZnCl2、Na

6、OH和KOH等。在污泥的熱解工藝中，由于污水污泥的來源和特性不同，活化劑的選擇顯得非常重要，選擇出合適的化學活化劑不僅可以提高污泥基吸附劑的產(chǎn)率與碳含量，還可以縮短制備過程中的活化時間，更可以大幅度的提高污泥基吸附劑的吸附性能。　　硫酸活化法　　目前，國內(nèi)外大多數(shù)的采用硫酸作為活化劑制備污泥基吸附劑研究均采用先將污泥在各種不同濃度的H2SO4溶液中浸漬24～48h，然后在N2氛圍下熱解一定時間，熱解溫度對制得的污泥基吸附劑的比表面積會產(chǎn)生一定的影響?！　agreev等采用肥料廠產(chǎn)生的含水率為5%的污泥作為原材料，于300℃下制備的污泥基吸附劑比表面積值很低，僅為26m2/g；

7、當活化溫度增加到600℃時，污泥基吸附劑的比表面積有了明顯的提高，由原來的26m2/g增加到了170m2/g。Zhang等[13]利用有機污泥制備污泥基吸附劑，當熱解溫度為650℃、熱解時間為60min時，實驗測得污泥基吸附劑的比表面積為408m2/g，為直接熱解法制備的污泥基吸附劑的倍。由二者的對比可以得出，污水污泥的來源和特性對于污泥基吸附劑的比表面積有很大的影響，采用H2SO4作為化學活化法制得的污泥基吸附劑吸附性能明顯優(yōu)于直接熱解法和氣體活化法?！　÷然\活化法　　采用ZnCl2作為