阮超，周文婷，林怡汝，胡善爽（西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710048）

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泥質(zhì)活性炭在污水處理中的應(yīng)用

阮超，周文婷，林怡汝，胡善爽
（西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710048）

摘要：探索了泥質(zhì)活性炭用于污水處理的效果。以污水處理廠污泥為原料制備的泥質(zhì)活性炭用于城市污水處理廠污水的處理，探索了泥質(zhì)活性炭的投加量、吸附時(shí)間、溶液pH值等影響因素對(duì)污水COD，TN及TP去除率的影響規(guī)律。結(jié)果表明，對(duì)于污水處理廠初沉池出水，泥質(zhì)活性炭投加量為15 g/L、吸附時(shí)間30 min、酸性條件下，污水TN去除率可達(dá)70%，在中性條件下COD去除率可達(dá)95%；投加量15 g/L、中性條件下，吸附時(shí)間5 min時(shí)，TP去除率可達(dá)96%，其出水的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。由于泥質(zhì)活性炭用料廉價(jià)，不僅解決了污水處理廠污泥處置問題，還可用于污水的處理，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：污泥；泥質(zhì)活性炭；污水；去除率

城市污水處理廠在處理污水的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，污水處理廠污泥的處理處置費(fèi)用較高，用于處理污泥的處置費(fèi)用約占污水處理廠全部建設(shè)費(fèi)用20%～50%，甚至達(dá)70%左右。而且污水廠污泥的成分復(fù)雜，污泥是由真菌類、細(xì)菌類、原生動(dòng)物等異種個(gè)體群所組成的混合培養(yǎng)體[1]，剩余污泥中大部分物質(zhì)是有機(jī)物，有機(jī)物中60%～70%是粗蛋白質(zhì)，25%左右是碳水化合物，無機(jī)灰分僅占5%左右[2]；另一方面，污水處理廠污泥含碳量較高，具備了制備活性炭的客觀條件。

將城市污水處理廠污泥為原料制備的泥質(zhì)活性炭用于城市污水處理廠污水的處理，可實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用并“以廢治廢”，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。泥質(zhì)活性炭可用于染料廢水[3-5]、制藥廢水[6]、含重金屬廢水[7-12]、垃圾滲濾液和生活污水[13]等的處理，文中探索了泥質(zhì)活性炭的投加量、吸附時(shí)間、溶液pH值等影響因素對(duì)污水COD，TN及TP去除率的影響規(guī)律。

1材料與方法

1.1試劑與儀器

試劑：過硫酸鉀、酒石酸銻鉀、鉬酸銨、抗壞血酸、硫酸、磷酸二氫鉀、鹽酸、氫氧化鈉、硝酸鉀、碘、碘化鉀、淀粉、硫代硫酸鈉、苯酚、磷酸氫二鈉、氯化鋅、重鉻酸鉀均為分析純，D試劑、E試劑；試驗(yàn)用水為超純水（由艾科普AWJ1/2-1002-V超純水機(jī)提供）。

儀器：NN-GT556W馬弗爐：宜興市華陽窯爐設(shè)備有限公司；V-1100型分光光度計(jì)：上海美譜達(dá)儀器有限公司；DHZ-2102恒溫水浴振蕩器：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；AG285分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；pH Testr 20酸度計(jì)：美國Eutech Instruments Oakton；CMD-20x電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海瑯實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1泥質(zhì)活性炭的制備

取污泥放入烘箱中干燥，使污泥烘干至恒重，然后粉碎至1～2 mm粒徑的顆粒；用一定濃度的活化劑活化后，放入帶蓋的陶瓷坩堝內(nèi)，置于烘箱中（105℃）干燥24 h，然后放入馬弗爐中，開始程序升溫，以5℃/min的升溫速度在隔絕空氣的情況下升溫至活化溫度進(jìn)行炭化活化，經(jīng)冷卻、洗滌、干燥得到泥質(zhì)活性炭[14]。

1.2.2泥質(zhì)活性炭對(duì)污水處理實(shí)驗(yàn)

采用靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)：量取100 mL污水，加入一定量泥質(zhì)活性炭，室溫下快速攪拌吸附15 min，過濾，測(cè)定吸附前后污水COD，TN及TP，計(jì)算COD，TN及TP的去除率。

1.2.3分析項(xiàng)目與方法

化學(xué)需氧量(COD)按照《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽法（GB11914-89）》測(cè)定；總氮（TN）按照《水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-89）》測(cè)定；總磷（TP）按照《水質(zhì)總磷的測(cè)定鉬酸銨分光光度法（GB 11893-1989）》測(cè)定。

2　　結(jié)果與討論

2.1初沉池出水水質(zhì)指標(biāo)

污水處理廠初沉池出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

由表1可知，污水處理廠污水經(jīng)初沉池處理后，污水COD和TP不能達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1　　污水廠初沉池出水水質(zhì)指標(biāo)

2.2泥質(zhì)活性炭投加量對(duì)污水中COD，TN及TP去除率的影響

量取100 mL污水，分別加入0.1，0.3，0.5，0.8，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 g泥質(zhì)活性炭，室溫下水浴快速攪拌吸附15 min，過濾，測(cè)定吸附前后污水的COD，TP及TN，計(jì)算COD，TP及TN的去除率。其結(jié)果如圖1所示。

圖1　　泥質(zhì)活性炭投加量對(duì)COD，TN及TP去除率的影響

由圖1可知，隨著泥質(zhì)活性炭投加量的增加，對(duì)COD和TP的去除率基本呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，在0.5 g前去除速率增大很快，在1.5 g后去除速率和去除率變化不大，去除率達(dá)到76.85%，而TN的去除率則是隨著投加量的增大先增大后減小，在投加量為1.5 g時(shí)，TN的去除率最大，達(dá)到70%。

2.3振蕩時(shí)間對(duì)COD，TN及TP去除率的影響

量取100 L污水，加入1.5 g泥質(zhì)活性炭，室溫下水浴分別快速攪拌吸附5，10，15，20，25，30，40，50，60（min）后，過濾，測(cè)定吸附前后污水COD，TP及TN，計(jì)算COD，TP及TN的去除率。其結(jié)果如圖2所示。

圖2　　振蕩時(shí)間對(duì)COD，TN及TP去除率的影響

由圖2可以看出，在常溫下泥質(zhì)活性炭的投加量為1.5 g時(shí)，隨著振蕩時(shí)間的延長，污水中COD，TP及TN的去除率逐漸增大，最后逐步趨于平穩(wěn)。當(dāng)振蕩時(shí)間為30 min時(shí)，COD，TN的去除率分別達(dá)95%和49%。而振蕩時(shí)間為5 min時(shí)，TP的去除率就可達(dá)96%，增加振蕩時(shí)間，TP的去除率影響不大。

2.4pH值對(duì)COD、TN及TP去除率的影響

量取100 mL污水，將pH值分別調(diào)成2，4，6，7，8，10，12，14，加入1.5 g泥質(zhì)活性炭，室溫下水浴快速攪拌吸附30 min后，過濾，測(cè)定吸附前后污水的COD值，TP及TN，計(jì)算COD，TP及TN的去除率。結(jié)果如圖3所示。

圖3　　pH值對(duì)COD，TN及TP去除率的影響

由圖3可知，在投加量為1.5 g，振蕩時(shí)間為30 min，隨著pH值的增加，COD，TP及TN的去除率都先增加后減小。在中性條件下，COD去除率可達(dá)96%，pH值在酸性條件下，TN的去除率可達(dá)70%，TP的去除率在中性條件下可達(dá)96%。

2.5泥質(zhì)活性炭處理后水質(zhì)指標(biāo)

污水處理廠初沉池出水經(jīng)泥質(zhì)活性炭處理后水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2　　泥質(zhì)活性炭處理后出水水質(zhì)指標(biāo)

由表2可知，污水處理廠初沉池出水經(jīng)泥質(zhì)活性炭處理后，水質(zhì)指標(biāo)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

3　　結(jié)論

（1）對(duì)于污水處理廠初沉池出水，泥質(zhì)活性炭投加量為15 g/L，吸附時(shí)間30 min，在酸性條件下，污水TN去除率可達(dá)70%，在中性條件下COD去除率可達(dá)95%；投加量15 g/L，中性條件，吸附時(shí)間5 min時(shí)，TP去除率可達(dá)96%。

（2）對(duì)污水處理廠初沉池出水進(jìn)行處理，出水水質(zhì)指標(biāo)如下：COD 10.24 mg/L，TN1.63 mg/L、TP 0.22 mg/L，其出水COD及TP指標(biāo)均可滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。這表明泥質(zhì)活性炭在污水處理中將會(huì)有很大的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]TENCG H，TIEN S，HSL LY.Preparation of activated carbon from bituminous coal with phosphoric acid activation[J]. Carbon，1998，36(9):1387.

[2]張引枝，樊彥貞.添加劑種類對(duì)活性炭纖維中孔結(jié)構(gòu)的影響[J].炭素技術(shù)，1997(4):11-14.

[3]Rozada F.Dye adsorption by sewage sludge-based activated carbons in batch and fixed-bed systems[J].Bioresource Technology，2003，87:221-230.

[4]NetpraditS，ThiravetyanP，TowprayoonS.Applicationof ‘waste’metal hydroxidesludgeforadsorptionofazo reactive dyes[J].Water Research.2003，37(4):763-772.

[5]Maria J Martin，Adriana Artola，M Dolors Balaguer，et al. Activated carbons developed from surplus sewage sludge for the removal of dyes from dilute aqueous solutions[J]. 2003，94(3):231-239.

[6]余蘭蘭，鐘秦.由活性污泥制備的活性炭吸附劑的性質(zhì)及應(yīng)用[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，29(5):64-66.

[7]陳堅(jiān).污泥活性炭的制備及其對(duì)鉛鎘的吸附研究[D].廣州:中山大學(xué)，2004.

[8]張德見，魏先勛，曾光明，等.基于非線性擬合的污泥衍生吸附劑對(duì)鉛離子等溫吸附特性研究[J].離子交換與吸附，2003，19(6): 1-6.

[9]張德見.污泥衍生吸附劑的制備及其對(duì)Pb2+，Cu2+，SO2的吸附研究[D].湖南:湖南大學(xué)，2004.

[10]夏暢斌，劉春華，曾經(jīng)，等.污泥制備活性炭對(duì)Pb(II)和Ni(II)的吸附和回收利用[J].材料保護(hù)，2006，39(12):57-61.

[11]劉春華，曾經(jīng)，夏暢斌，等.城市污水廠污泥改性物對(duì)Hg(Ⅱ)吸附的研究[J].材料保護(hù)，2007，40(5):58-60.

[12]趙芝清，徐天有，張彥，等.污泥活性炭吸附含Cr(Ⅵ)廢水的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)用水與廢水，2009，40(1):77-79.

[13]尹炳奎.泥活性炭吸附劑材料的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用[D].上海:上海交通大學(xué)，2007.

[14]邵瑞華，房平，司全印.污水處理廠污泥制備活性炭的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(31):17 632-17 635.

中圖分類號(hào)：X703；TQ424.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-0912（2016）01-0031-03

收稿日期（2015－12－05）

基金項(xiàng)目：陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃基金資助項(xiàng)目（2011KTZB03-03-03-04）；西安工程大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目（BS1202）

作者簡(jiǎn)介：阮超（1987-），男，陜西渭南市人，碩士研究生，專業(yè)方向：污染控制技術(shù)。

Application study on wastewater treatment by sewage sludge-based activated carbon

RUAN Chao,ZHOU Wenting,LIN Yiru,HU Shanshuang
School of Environmental and Chemical Engineering,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China

Abstract:The effect of sewage sludge-based activated carbons on wastewater treatment is discussed.This paper explores the removal rate effect of COD,TN and TP in the initial sink by changing the muddy activated carbon dosing quantity,adsorption time,pH value of solution and other factors,which raw material prepared from the sewage treatment plant sludge.The results show that the activated sludge dosage for 15 g/L,adsorption time for 30 min, removal rate of TN can reach 70%under acidic conditions.Removal rate of COD can reach 95%at neutral condition. Activated sludge dosage for 15g/L,adsorption time for 15min,and removal rate of TP can reach 96%under neutral conditions.The effluent indexes meet Primary A standard of the pollutant discharge standard of civil wastewater treatment plant(GB18918-2002).Sewage sludge-based activated carbon is prepared with low-price sewage sludge, and the sewage sludge disposal and wastewater treatment are also solved.

Keywords:sewage sludge；sewage sludge-based activated carbon；adsorption；removal rate