污泥中除含有丰富的氮、磷、钾、有机质和植物生长所需的其它营养物质外, 还含有一些难降解的有机物、病原菌、寄生虫卵及重金属等有害成分[1]。未经处理的污泥进入环境后会对生态环境和人类活动构成严重的威胁。因此, 充分利用污泥中的有用成分, 变废为宝, 既能带来环保效益, 又能带来经济效益, 是今后污泥处置的最终途径。
微波热解技术是实现污泥资源化利用的重要手段[2,3]。不但能实现污泥减量化、无害化、资源化, 解决污泥的二次污染问题, 还可为污水厂创造了附加经济效益。因此污泥微波热解制备吸附剂的应用研究备受重视[4,5]。
本实验将微波加热和磷酸活化法结合起来, 采用正交试验方法对污泥改制含碳吸附剂的工艺进行研究, 期望在克服传统活性炭生产方法缺点的基础上为污泥的资源化利用找到更有效的途径。
1 实验部分
1.1 实验原料及药品
主要原料为城市污水处理后的污泥。实验药品:磷酸 (分析纯) , 36%的HC l溶液, 碘化钾 (分析纯) , 碘 (分析纯) , 可溶性淀粉 (分析纯) , 重铬酸钾 (分析纯) 等。
1.2 实验仪器
(天津乐金电子电器有限公司) WD800 (MG-5334SD) 型微波炉, (天津市泰斯特仪器有限公司) 101-OAB型电热鼓风干燥箱, (江苏江阴市粉碎设备有限公司) ZM80型粉碎机, (巩义市予华仪器有限责任公司) SHZ-0 (III) 型循环水式真空泵, (上海良平仪器仪表有限公司) FA2004型电子天平等。
2 实验方法
2.1
制备吸附剂的工艺流程 (图1)
2.2 吸附剂的制备方法
将干污泥研磨、筛分。取筛分后的干污泥样品10克, 室温下用一定浓度的磷酸充分浸泡, 24小时后充分滤干。然后将浸渍后的污泥放入坩埚中, 送入微波炉按一定的微波处理工艺进行微波处理。制得的污泥含碳吸附剂中带有大量的焦磷酸, 用70℃以上的热水充分浸洗, 再用蒸馏水充分洗涤, 使其p H值大于5。将制备的产品放入烘箱中, 120℃左右进行干燥。烘干后放入干燥器中进行冷却, 然后研磨所得的样品即为污泥含碳吸附剂。按国标GB/T12496.8-99中的方法测吸附剂的碘值。
3 结果与讨论
3.1 微波功率对吸附剂吸附性能的影响
控制微波辐照时间为3.5min, 磷酸浓度为25%, 干污泥与磷酸溶液的重量比为1:5.0, 考察不同微波功率对吸附剂性能的影响。结果见图2。
3.2 微波辐照时间对吸附剂吸附性能的影响
控制微波功率为480W, 磷酸浓度为25%, 干污泥与磷酸溶液的重量比为1:5.0, 考察不同微波辐照时间对吸附剂性能的影响。结果见图4。
3.3 污泥投加量对吸附剂吸响
控制微波功率为480W, 辐照时间为4min, 研究不同浓度的磷酸溶液对吸附剂吸附性能的影响。结果见图4,
3.4 正交实验优化工艺
以碘吸附值为评价目标, 选取微波功率、辐照时间以及磷酸溶液浓度三个主要影响因素, 按表1所示三因素和三水平安排L9 (33) 正交实验表2结果见表3。
3.4.1碘值极差分析
从表3中可以得出, 各因素对污泥含碳吸附剂的碘值的影响从大到小依次为:微波功率>投加量>辐照时间, 相应的最优制备条件为A2B2C2, 即微波辐照功率480W, 辐照时间为4min, 投加量为4g。
3.5 实验制得污泥活性炭SEM图
污泥活性炭SEM图如图4所示。由图可以看出, 污泥活性炭表面呈现不规则的多孔结构, 孔径较大, 孔隙率较高。
3.6 污泥吸附剂处理模拟废水实验
采用酸性品红在双光束紫外可见分光光度计 (TU-1900) 下进行模拟染料废水的表征, 发现酸性品红最大吸收波长为545nm。在所测定浓度范围内, 模拟染料废水浓度和吸光度之间有良好的线性关系 (如图5) 。由吸附前后染料废水浓度的变化, 计算脱色率。
通过测定分析知, 所制污泥含碳吸附剂用来处理模拟染料废水时, 吸附剂用量和吸附时间对脱色率有明显的影响, 酸性品红达到吸附平衡的时间为40min, 达到吸附平衡时其脱色率为73.9%。
4 结语
4.1对污泥吸附剂性能影响最大的工艺条件是微波功率, 其次投炭量和微波作用时间。
4.2微波诱导热解制备污泥吸附剂最佳微波功率480W, 辐照时间4min, 污泥投加量为4g, 制备出性能良好的污泥含碳吸附剂, 此时碘吸附值为367.31mg/g, 活性炭表面呈现不规则的多孔结构, 具有较高的孔隙率。
4.3所制污泥含碳吸附剂用来处理模拟染料废水时, 吸附剂用量和吸附时间对脱色率有明显的影响, 酸性品红达到吸附平衡的时间为40min, 达到吸附平衡时其脱色率为73.9%。
摘要：本研究以污水厂产生的污泥为原料, 采用微波辐照磷酸活化的方法制备污泥活性炭。分别考察了微波功率、辐照时间、投碳量对活性炭吸附性能的影响。借助扫描电镜孔结构分析和染料废水处理试验, 对产品的性能进行了表征。结果表明:微波功率为480W, 辐照时间为4min, 污泥投加量为4g时制取的活性炭吸附性能较好, 碘吸附值为367.31mg·g-1, 对模拟染料废水脱色率为73.9%。
关键词：磷酸,城市污泥,微波,吸附剂
参考文献
[1] 武淑文.城市污泥资源化利用研究进展[J], 广西轻工业, 2009, 125 (4) :113-167.
[2] 方琳, 赵绪新, 赵娟, 等.微波法制备污泥吸附剂的性能优化研究[J].中国给水排水, 2009, 25 (15) :109-114.
[3] 刘汉桥, 魏国侠, 王少龙, 等.污水厂污泥资源化技术研究进展[J].环境卫生工程, 2009, 17 (06) :3-4.
[4] 袁春燕, 王鹏, 潘维倩.微波诱导热解污泥制备吸附剂的研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2008, 4:568-570.
[5] Ching-Hong Hsieh, Shang-Lien Lo, et al.Microwave en-hanced stabilization of heavy metal sludge[J].Journal of HazardousMaterials, 2007, B139:160–166.