農(nóng)作物秸稈和剩余污泥制備活性炭研究進(jìn)展

黃周滿(mǎn)++牛雯婧

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，城市建設(shè)步伐不斷加快，城市污水的處理顯得尤為重要，處理過(guò)程中產(chǎn)生的剩余污泥已成為環(huán)境中關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。以生活污水處理廠(chǎng)剩余污泥和農(nóng)業(yè)廢棄物，如小麥秸稈、花生殼和玉米芯等多種混合為原料，采取一定的方法制取活性炭，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加入了秸稈的污泥制取的活性炭，空隙結(jié)構(gòu)較好，在對(duì)生活污水的處理加以應(yīng)用，對(duì)某些指標(biāo)如COD的吸附性能高于市售的商品活性炭。

關(guān)鍵詞：秸稈；剩余污泥；活性炭；制備

基金項(xiàng)目：本文系湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（No：B2014130）

中圖分類(lèi)號(hào)： X7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.15.034

21世紀(jì)的今天，全球范圍內(nèi)有超過(guò)90%的城市生活污水處理上都采取了活性污泥法進(jìn)行處理，這種污水處理方法在操作中有很多的優(yōu)點(diǎn)，但也有許多缺點(diǎn)，其中之一便是會(huì)產(chǎn)生大量剩余污泥，我國(guó)目前有近3500座污水處理廠(chǎng)，污水處理能力約1.45億立方米/天，而每年將產(chǎn)生逾2500萬(wàn)噸污泥（含水率約為80%）。這些污泥目前大多以填埋和焚燒的方式處理，給土地資源和環(huán)境質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。與此同時(shí)，農(nóng)業(yè)廢棄物的利用問(wèn)題也逐漸凸顯，不加以處置也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

使用城市污水廠(chǎng)剩余污泥制備活性炭， 最早出現(xiàn)于20世紀(jì) 80 年代后期。 因?yàn)榛钚蕴恐谱鞒杀颈容^低廉，又可以在污水處理中祛除其中的污染物質(zhì)，對(duì)保護(hù)環(huán)境有很大的促進(jìn)作用，也能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此引起了國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。

西班牙的 L.F.Calvo等研究了污水處理廠(chǎng)污泥燒制多孔吸附劑的工藝并對(duì)該多孔吸附劑在惡臭性氣體和水中污染物方面的吸附能力進(jìn)行了初步探究， 馬來(lái)西亞 Z.Abu-KaddOurah

研究了高溫股燒對(duì)活性污泥微孔結(jié)構(gòu)和多孔性的影響，英國(guó)倫敦 N.graham等進(jìn)行了污水廠(chǎng)污泥去除有機(jī)燃料廢水的研究[1]。

Peria-samy K.[2]等利用花生殼作為原料制備了活性炭用于吸附水中的Hg、Pb、Ni和Cu等重金屬離子，并取得了一定的研究進(jìn)展。

余蘭蘭、鐘秦[3]等以城市污水廠(chǎng)剩余污泥為原料，采用不同活化方法制備活性炭吸附劑，同時(shí)對(duì)比不同活化劑活化效果，并對(duì)影響活化產(chǎn)物吸附性能的因素進(jìn)行了研究。

陳友嵐、李炳堂等[4]采用了活性污泥和玉米秸稈混合制備活性炭，研究了其對(duì)垃圾滲濾液中有機(jī)物（以COD表征）的吸附效果及其主要影響因素。

韓彬、 周美華、 榮達(dá)[5]利用廉價(jià)的農(nóng)業(yè)廢棄物稻草秸稈，選擇磷酸氫二銨為活化劑嘗試在不同的活化溫度和預(yù)氧化的條件下來(lái)制備活性炭。

解立平、林偉剛、楊學(xué)民[6]研究了以城市垃圾中三種典型的固體有機(jī)廢棄物——紙張、鋸木屑、塑料的熱解產(chǎn)物為原料，以H2O為活化劑制備廢棄物基活性炭時(shí)吸附性能（以碘值表征）的影響因素。

焦其帥、胡永琪等以棉花秸稈為原料，采用KOH活化法制備活性炭，探討了關(guān)于炭化、活化處理過(guò)程中各實(shí)驗(yàn)條件對(duì)活性炭樣品性能的影響。

2 活性炭制備方法

2.1碳化法

碳化是一種在隔絕空氣條件下對(duì)原材料直接進(jìn)行加熱的制備活性炭的方法，原材料經(jīng)過(guò)碳化之后產(chǎn)生的微晶體大小主要是與原材料的成分、結(jié)構(gòu)和碳化溫度這三個(gè)因素有關(guān)[7]。

2.2物理活化法

物理活化法又稱(chēng)之為氣體活化法，是指將原材料碳化后，利用活化氣體，如H2O、CO2、O2、煙道氣，在一定高溫下對(duì)碳元素進(jìn)行的一種弱氧化反應(yīng)，而使得碳材料的孔徑得以疏通、擴(kuò)大并發(fā)展，最終形成了活性碳所特有的多孔微晶型結(jié)構(gòu)[8]。

2.3化學(xué)活化法

化學(xué)活化法是將原材料與一定比例的化學(xué)藥劑進(jìn)行充分混合，隨后在惰性氣體中加熱，同時(shí)進(jìn)行活化和碳化的方法。通過(guò)添加化學(xué)藥劑使其產(chǎn)生反應(yīng)，即可使原料中的H和O等元素以H2O、CH4等小分子的形式逸出，并且可以在一定程度上抑制副產(chǎn)物焦油的形成，提高活性炭吸附劑的產(chǎn)率。其中常用的化學(xué)藥劑KOH、H2SO4、H3PO4、ZnCl2等。

綜合以上本論文采用了ZnCl2活化法，在原材料中加入ZnCl2溶液，在浸漬混合后放置在常溫下，隨后在惰性氣體的環(huán)境中加熱到500℃～700℃。通過(guò)ZnCl2的化學(xué)作用，使原材料中的H和O以H2O、CH4的形式釋放，從而最終形成多孔微晶活性炭吸附劑。用此制備的活性炭進(jìn)行廢水的吸附研究，結(jié)果得知化學(xué)活化法制備的活性炭吸附劑性能均呈現(xiàn)良好，吸附后的廢水其各項(xiàng)指標(biāo)都有了明顯的降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 于遵，任愛(ài)玲.城市污泥的處理及污泥制活性炭的研究現(xiàn)狀[J].環(huán)保與安全，2006，（08）.

[2] 徐濤，劉曉勤.花生殼活性炭研究進(jìn)展[J].花生學(xué)報(bào)，2007，（03）.

[3] 余蘭蘭，鐘秦.剩余污泥制備活性炭吸附劑及其應(yīng)用研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2005，（8）.

[4] 陳友嵐，李炳堂.污泥秸稈活性炭深度處理垃圾滲濾液的研究[J].環(huán)境污染與防治，2014，（2）.

[5] 韓彬，周美華.稻草秸稈活性炭的制備及其表征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（4）.

[6] 解立平，林偉剛.廢棄物基活性炭吸附性能的探討[J].全國(guó)新型炭材料學(xué)術(shù)研討會(huì).

[7] 舒威.污泥秸稈活性炭制備及參數(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2013.

[8] 翟玉斌.秸稈——污泥吸附劑的制備及其特性研究[D].

華中科技大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：黃周滿(mǎn)，碩士，武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，講師，研究方向：水污染控制及固體廢物處理等研究；牛雯婧，武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，本科在讀，研究方向：環(huán)境工程。