凈水廠污泥基活性炭對水中重金屬的去除研究

謝永智 馬驍

摘 要：凈水廠污泥作為吸附劑吸附水中重金屬，由于其價格低廉，吸附容量大，材料來源廣泛，吸附速率快，處理效果好，易操作且易再生等優(yōu)點，在處理含重金屬廢水方面具有非常廣闊的潛力。本文總結了凈水廠污泥去除水中重金屬離子的研究現狀、污泥的處理與處置現狀、污泥去除重金屬離子的機理及影響因素、剩余污泥的改性方法，闡述了利用凈水廠污泥制備吸附水中重金屬的意義及可行性。

關鍵詞：凈水廠污泥；重金屬離子；吸附；改性

隨著我國工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，重金屬污染問題日益嚴重。各種類型的電鍍廢水、采礦廢水、冶金和金屬處理廢水的肆意排放，正導致重金屬污染事件層出不窮。我國的江河湖庫的底質中，重金屬污染率已經達到80%以上。重金屬污染具有持久性強、對生物有富集作用以及能產生放大效應等特點，通過生物圈循環(huán)在人體內富集，從而危及人體健康。而凈水廠污泥作為城市污水處理的產物對重金屬離子具有良好的吸附特性。

1 研究背景、目的、意義

目前我國污泥處理的方法主要有：土地填埋、自然水體排放、污水處理廠利用等。這些處理方法不僅耗費大量的人力物力，增加了水廠的運行成本，而且如果處理不當，極易造成“二次污染” [1]。研究表明凈水廠污泥對水中金屬離子具有很好的吸附效果，也被廣泛的應用在污水處理的混凝劑、吸附劑中。結合污泥良好的吸附性能，將其改性制備成活性炭，不僅可以減輕水廠污泥處理壓力，降低運行成本，而且具有很高的經濟價值[2]。因此，將水廠污泥科學化處理，回用于處理含重金屬的污水，已成為污泥資源化利用的趨勢。

2 凈水廠污泥的處理與處置

凈水廠污泥主要來源是原水中的懸浮顆粒和混凝劑等水處理藥劑。其中懸浮顆粒類似于礦物粘土，混凝劑以鋁鹽和鐵鹽為主[3]。針對凈水廠污泥的處理方法，目前主要集中在三種。第一種是直接排放，往往會對水生生物的生存造成威脅。第二種是通過城市污水廠進行處理，在利用排污管道輸送時，存在管道堵塞的問題。第三種方法是污泥的單獨處理，主要還是通過污泥處理，實現污泥的資源化利用。常用的處理方法有污泥制作吸附劑，這種廢物利用的處理辦法也是污泥資源化處理的發(fā)展趨勢[4]。

3 國內外研究現狀

利用凈水廠污泥良好的吸附特性，國內外學者做了很多研究，并且都取得了很好的研究成果。Rozada研究了以氯化鋅為活化劑制備的活性炭對汞離子、銅離子的吸附能力，發(fā)現比一般的熱解炭化法得到的效果要好得多。劉春華等研究了硫酸和氯化鋅對于污泥改性制備活性炭的效果，發(fā)現污泥改性以后制備的活性炭吸附能力遠遠地高于干污泥，特別是利用氯化鋅作為活化劑制備的活性炭對于汞離子的吸附效果顯著。藺麗麗[5]等使用磷酸作為活化劑，用微波熱解代替高溫活化，研究制備的活性炭的吸附性能。

4 吸附的機理及影響因素

凈水廠的活性污泥主要是由細菌、有機聚合物、微生物以及無機化合物等物質組成的不規(guī)則絮體顆粒，粒徑的分布范圍很廣，比表面積大，呈網狀結構，有機物組分豐富，多孔易碎，這些特點決定了凈水廠制備出的污泥活性炭會具有良好的吸附性。研究表明，污泥吸附重金屬的主要機理是離子交換，重金屬與氫離子發(fā)生的置換反應。污泥活性炭的吸附作用受多種因素影響：pH值、初始金屬離子的濃度、污泥投加量、競爭吸附、溫度、時間等。其中pH值是污泥吸附重金屬最重要影響因素之一，對污泥表面特性有非常大的影響[6]。

5 結論及問題

對凈水廠污泥進行改性制備出吸附性好的污泥基活性炭來對廢水中的重金屬進行吸附，既能對凈水廠污泥進行回收利用，又能解決廢水中的重金屬對環(huán)境的污染問題，對保護人類健康，保障水生態(tài)安全有重要意義。

通過對國內外發(fā)展現狀的研究，關于凈水廠污泥作吸附劑主要還存在以下問題：

①凈水廠污泥基活性炭的生產工藝多是用物理法或者化學法，過程中需要通入昂貴的氣體或化學藥劑，既增加了成本，又易造成二次污染。

②利用污泥基活性炭多是吸附低濃度的重金屬廢水，用來吸附較高濃度的重金屬離子研究較少。

③去除重金屬的機理及各種機理的相互關系研究還有待于進一步探討。

④再生問題還有待帶解決，目前再生方法單一且沒有一種簡便合適的方法，針對這一問題需要進一步的研究。

⑤對于凈水廠污泥基活性炭吸附單一的重金屬研究較多，但在實際廢水中多是多種重金屬共同存在，所以對同時吸附兩種或多種重金屬離子有待進一步研究。

凈水廠污泥基活性炭對去除廢水中重金屬離子具有巨大的潛力和實用價值，以上問題需要在以后的研究中進一步深入探討。

參考文獻：

[1] Agyin B， OConnor S， Jacobs L W.Longterm phosphorus immobilization by a drinking water treatment residual[J]. Journal of Environmental Quality， 2007， 36（1）：316323.

[2] SoteroSantos R B， Rocha O， Povinelli J. Toxicity of ferric chloride sludge to aquatic organisms[J]. Chemosphere， 2007，68（4）：628636 .

[3]田美玲.凈水污泥脫水效能及資源化利用研究[D].2011，蘇州科技學院.

[4]劉輝，許建華.自來水廠排泥水處理的國內外發(fā)展概況[J].中國給水排水，2001，17（8）：2628.

[5]藺麗麗，蔣文舉，金燕，等.微波法制備污泥活性炭研究[J].環(huán)境工程學報，2007，1（4）：199202.

[6] 孫文田，謝忠雷等.剩余污泥的吸附特性及其在污水處理中的應用[J].環(huán)境保護，2008，16：7173.