污泥炭的制備方法及條件綜述

昭玉

(四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都，610065)

1 污泥概況

1.1 污泥的來源與分類

污泥主要在城市污水處理中發(fā)生，此中主要包羅兩大類：活性污泥與初沉污泥[1]。其次還有一種污泥叫做生物濾池污泥，這種污泥會在采用生物濾池工藝時產(chǎn)生，這種污泥也叫做腐殖污泥。另外化學污泥會在污水深度處理中，當采用混凝沉淀工藝時產(chǎn)生。

傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝會排放出大量的殘剩污泥，這類殘剩污泥稱為活性污泥?；钚晕勰嘤型烈粯拥男任叮庥^是黃色與褐色間雜的絮狀，含水量一般在99.2%～99.5%之間，采用的生化方式的廢水處置工藝將決定含水量的多少。污水處置所運用的生物處理類型，傳統(tǒng)的活性污泥方法、AB方式以及A2/O等方式的產(chǎn)泥量的不同會決定活性污泥的產(chǎn)量[2]。

初沉池沉淀掉落下來會排掉大量的污泥，這種污泥稱為初沉污泥[3]。初沉污泥的酸堿度大概在5.5～7.5之間，大部分初沉污泥在6.5左右，顯弱酸性。初沉污泥當發(fā)生衰敗時，就會變成灰色或黑色，在正常情況下卻為棕褐色帶少量灰色[4]。初沉污泥在一般情況下，會產(chǎn)生不同程度的惡心味道；這種味道會在工業(yè)產(chǎn)生的廢水含量變大的情況時有所減少。通常來看，當污泥的固體含量超過6%時，污泥用泵輸送會造成困難，換句話說，這種污泥的可泵性很差。污泥的含固量越高，含水率越低，它的混合性能越差，因此均勻混合有一點困難[5]。污水質(zhì)量與初沉池的運作狀況決定了初沉污泥的產(chǎn)生多少。濕污泥產(chǎn)生量除與懸浮物及沉淀下來的快慢有關外，還由將泥排出去的濃度直接決定，而輸入的水的懸浮物與沉淀下來的塊面會關系到干污泥產(chǎn)生量。

混凝沉淀的方式中會產(chǎn)生一種污泥，這種污泥叫做化學污泥，采取的混凝劑種類會決定它的性質(zhì)[6]。一般來說，化學污泥極易脫水或濃縮，且氣味較小?；瘜W污泥一般不需要消化處理，是因為其中有機分含量不是很高。當其接觸混凝劑鐵鹽時，可能略顯暗紅色。

1.2 污泥的特性

經(jīng)常使用于表示污泥物理性能的重要標準有三個：密度、含水率和比阻[7]。污泥的密度也就是單元體積污泥的質(zhì)量，它的數(shù)值經(jīng)常使用相對于密度，也就是污泥與水的密度之最近表達[8]。污泥含水率是指污泥中污泥重量與所含水分的重量之比的倒數(shù)，一般來說，活性污泥的含水率約為一，而對于脫水污泥，脫水方式不同含水率也不同。污泥的比阻反映了經(jīng)由過程污泥顆粒構成泥餅的水分所受阻力的巨細，污泥的脫水機能就常是用這個值來權衡[9]。城市產(chǎn)生的污泥有許多化學性質(zhì)，其中一般包括毒害物質(zhì)含量、酸堿度、有機質(zhì)含量、可浸出性及其熱值等方面，從污水廠排出的污泥大部分是有機物，因此會含有一定的反應活性，處理狀況的變化會改變其性質(zhì)。

1.3 污泥的危害

污泥中存在大量病原菌、寄生蟲，鉻、鋅、銅、汞等重金屬，鹽類和多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等不容易降解的有害有毒物[10]。長期暴露在這些物質(zhì)下，人類和環(huán)境以及動物健康都會深受其害。

(1)從新鮮污泥中監(jiān)測到，在上千種的的病原體中，寄生蟲的危害較大。病原微生物污水中的病原體(病原微生物和寄生蟲)經(jīng)過處理還會進入污泥。

(2)在處理重金屬污染的廢水過程當中，經(jīng)由吸附上去或者沉淀下來而轉(zhuǎn)移到污泥中的重金屬元素含量占總量的70%～90%[11]。重金屬之所以風險龐大，不單由于它能在生物體內(nèi)富集(生物積累效應)或構成別的毒性更加強大的化合物，并且在于微生物不能分解它。人體在持久重金屬的風險下，會發(fā)生大量的負面效應，人體的構造器官會發(fā)生致畸、致癌感化等。相關的研究成果顯示，對人體損傷巨大和通過醫(yī)治不見好轉(zhuǎn)的有鉛等，神經(jīng)末梢、腎等功能就算是微量的積累都可能產(chǎn)嚴重的損害。

(3)隨著污泥含鹽量提高，土壤電導率會明顯的提高，植物養(yǎng)分的平衡會遭到破壞，植物對養(yǎng)分的吸收也會受到抑制，甚至植物根系會受到直接的傷害，同時有效養(yǎng)分的流失速度會因離子間的拮抗作用而加速[12]。

2 污泥制備活性炭的研究

2.1 物理活化法

范曉丹[13]等用到的物理活化方法是用水蒸氣對污泥進行活化，由此制備得到的活性炭的吸附性能得到了很大的改善，其中對碘值吸附值是254.36 mg/g，對亞甲基藍的吸附值是20.26 mg/g，染料廢水在用制備得到的活性炭處理之后，達到了99.7%的脫色率，67.57%的COD去除率。

S. Rio等[14]采用物理的方法對取得的污泥進行活化，第一步把污泥放在400℃至1000℃下進行燒制1h，之后將其放到750℃至850℃下活化30-90 min，把水的蒸汽作為活化劑，由此制備得到的活性炭對苯酚和Cu2+的吸附分別為50 mg/g和80 mg/g。

2.2 化學活化法

2006年，郭愛民[15]等研究了化學活化法，他們的原材料是制藥廠產(chǎn)生的污水處理后的污泥，活化劑是H3PO4和ZnCl2，由此方法制備活性炭，以活化劑的濃度、活化溫度、固液比及活化的時間等因素為變量，添加果殼用以提高活性炭性能，并且在不同的變量下，通過正交實驗分別得出最好的活化劑濃度、活化溫度、固液比及活化時間等，從而確定最好的控制因素。另外，他們做了一定的靜動態(tài)吸附實驗，由此得出了活性炭處置水中有毒有害物質(zhì)的處理效果。結果表明：用氯化鋅作為活化劑，以1∶2～1∶3的固液比，40%的氯化鋅濃度，30min的活化時間，600℃的活化溫度下，污泥活性炭的性能相對較好，它擁有>85%的色度去除率，31.3mg/g的對COD的靜態(tài)飽和吸附量，28.14 mg/g的對COD的動態(tài)飽和吸附量。

2.3 化學物理活化法

對活化劑的使用不同是物理活化和化學活化的主要區(qū)別，化學活化法一般用氫氧化鉀或ZnCl2作為活化劑，它不僅可以促進降解纖維素，還可以預防熱解過程中產(chǎn)生焦油，有機污染物中的水分會被這類焦油脫除，因此活性炭的含碳量就得以提高。其他活化劑還有H3PO4、H2SO4、NaOH等；物理活化的活化劑通常的情況下是二氧化碳氣體、水蒸氣或是二者的混合氣體，此類方法有一定的活化作用，但是活化作用不如其他方法顯著，因此制備活性炭的時候一般搭配其他方法，活性炭的微孔結構就可以更加理想。

3 制備條件對污泥炭影響的研究

3.1 熱解溫度速率的影響

加熱速率對制備活性炭有一定的影響，Bansal[16]等人對此進行了研究，他們得出結論，經(jīng)過減少加熱速率，從而降低氣體跑出的速率，可以促進孔隙發(fā)展，并且不會導致活性炭坍塌或改變形狀，因此選擇相對較低的加熱速率對污泥活性炭的制備有利。但是，Tay[17]等發(fā)現(xiàn)污泥活性炭的比表面積在過低的(低于10℃ /min)加熱速率下會減少。

Jeyaseelan[18]等人對活化溫度進行了研究，他們發(fā)現(xiàn)對污泥進行升溫活化，對污泥活性炭BET的形成更加有利，并且活性炭的比表面積在活化溫度為850℃時達到了最大值。而Rio[19]等人通過實驗提出，比表面積在763℃的活化溫度，39min的滯留時間時達到峰值，并且在790℃的活化溫度和70min的停留時間下，活性炭的中孔容積達到最大。

3.2 酸洗的影響

Ros[20]等人通過研究表明， HCl酸洗能極大地提升污泥活性炭的性能，不僅含炭部分的親和力得到了增強，而且活性炭中無機物質(zhì)可以得到大量去除，顯著提高了比表面積，從最低的49m2/g增加到最高的428 m2/g，同時灰分也大大下降，從66%下降到了45.5%。

3.3 活化的影響

舒威[21]等用物理活化法制備了污泥活性炭，它的原材料是污水處理后的污泥副產(chǎn)物，其效果如下：制得的活性炭對染料的脫色結果與商品活性炭脫色結果靠近，pH值為1時，活性炭對氨基黑染料達到99.70%的脫色率，對COD也達到了67.57%的去除率。

石太宏[22]等制取的活性炭的原料是城市污水廠污泥和花生殼，采用的是化學活化法，得出結論：當添加8%的花生殼量的時候，污泥活性炭對碘達到了789.6mg/g的吸附值，與純污泥制備的活性炭相比，碘吸附值提高了近43.67 %。

4 污泥炭的應用研究

4.1 污泥吸附劑在污水處理中的應用

鐘秦、余蘭蘭[23]等制備活性炭吸附劑用到的原料是城市污水廠的殘剩污泥，應用了分歧的活化方式，分析了影響活化產(chǎn)品吸附機能的因素，同時對分歧活化劑的活化結果進行了對照。研究人員發(fā)現(xiàn)，可以以氯化鋅作為活化藥劑對廢水生物處理產(chǎn)生的污泥進行化學活化，最后熱解制得吸附劑。結果表明，隨著氯化鋅濃度的增加，吸附劑的產(chǎn)量會得到增加，通過電鏡掃描分析，發(fā)現(xiàn)溫度對吸附劑孔的發(fā)展存在很大的關系，可用于活化污泥吸附制備的初始物質(zhì)。另外，活性炭的吸附劑在顛末化學方法活化后機能會好些，用制備得到的物質(zhì)處置城市污水，可以獲得較高的COD去除效率，而且極大的改良了污水色度。

4.2 污泥制吸附劑煙氣脫硫的應用

當前，我國污水處理廠經(jīng)常出現(xiàn)許多污泥產(chǎn)生后得不到妥善處理的困境，這種污泥的處置問題成為了非常嚴峻的挑戰(zhàn)，在這一方面需要深入研究的一個課題就是怎樣處理城市污水廠產(chǎn)出的許多污泥。另一方面，我國缺少自然的硫磺礦，所以硫磺必須要大量進口，同時每一年酸雨和污染對我國造成龐大損失?？v觀我國經(jīng)常使用的煙氣脫硫技術，很少能夠反復使用和好好處置產(chǎn)生的廢渣、廢液，而把煙氣中的硫等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體、硫磺和化肥等的回收方法，需要很長的路線，成本高、效益低， 因此用污泥制備得到的活性炭將在這方面有著極其深遠的意義。