黃周滿++牛雯婧

摘要：以污水廠剩余污泥、小麥秸稈、花生殼和玉米芯等多種農(nóng)業(yè)廢棄物混合物為原料，采取化學(xué)活化法制取活性炭，利用制備的活性炭對(duì)生活污水進(jìn)行吸附試驗(yàn)，并與商品活性炭的吸附效果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，活性炭對(duì)生活污水中氨氮的去除效果均較差；在對(duì)磷酸鹽和化學(xué)需氧量（COD）的去除中，添加秸稈基污泥活性炭明顯比商品活性炭效果更好，其中以污泥和花生殼混合基活性炭的處理效果最佳，磷酸鹽和COD的去除率分別可以達(dá)到74.16%、8800%；在對(duì)銅的處理中，只有商品活性炭有效，而秸稈/污泥活性炭基本沒有吸附效果。

關(guān)鍵詞：活性炭；剩余污泥；秸稈；花生殼；生活污水

中圖分類號(hào)： X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0435-02

活性炭在廢水處理領(lǐng)域有很廣泛的使用，但其商品炭?jī)r(jià)格較高，尋找廉價(jià)吸附劑來取代活性炭用于污水凈化已成為新的熱點(diǎn)。同時(shí)污泥無害化遲滯目標(biāo)已轉(zhuǎn)向資源和能源化利用，農(nóng)作物秸稈谷料垃圾處理除少部分發(fā)酵后被用作飼料外，絕大部分被白白燒掉，造成了資源的極大浪費(fèi)和環(huán)境的嚴(yán)重污染，由此衍生了秸稈/污泥制備活性炭。加入農(nóng)作物秸稈能有效提高污泥制備活性炭的比表面積和含碳量，而且根據(jù)吸附等溫線結(jié)果可以看出，摻入農(nóng)業(yè)廢棄物的復(fù)合基活性炭吸附性能明顯提高[1]。

炭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)過炭化之后產(chǎn)生的微晶體大小主要與原材料的成分、結(jié)構(gòu)和炭化溫度這3個(gè)因素有關(guān)[2]。近年來，如何有效提高城市污泥活性炭的比表面積和含碳量[3]是討論的熱點(diǎn)問題。通過添加化學(xué)藥劑使城市污泥產(chǎn)生反應(yīng)，可使原料中的氫、氧等元素以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。酸類活化劑的原理大多是與含氧官能團(tuán)進(jìn)行相互反應(yīng)，而堿類活化劑則是直接與碳原子之間進(jìn)行相互反應(yīng)[4-5]。目前系統(tǒng)比較不同添加基制備的污泥活性炭對(duì)其吸附性能的影響研究鮮有報(bào)道。本研究討論摻入不同的農(nóng)業(yè)廢棄物制備的秸稈/污泥活性炭在生活污水中的應(yīng)用。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料及基本特性

試驗(yàn)所用污泥取自武漢市湯遜湖污水處理廠脫水車間；小麥秸稈和花生殼采購自淘寶網(wǎng)；玉米芯[6]采購自商店，剝?nèi)ビ衩琢：罂傻?。?duì)污泥進(jìn)行基本特性分析，得知污泥中含水率78.64%、灰分13.92%、揮發(fā)分86.08%、銅含量109.51 mg/L、pH值 6.8。

試驗(yàn)儀器主要為多參數(shù)水質(zhì)分析儀（GDYS201M）、COD測(cè)定儀（ET99718，德國羅威邦）、馬弗爐（SRJX-10-13）、多功能粉碎機(jī)（750T）、數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（GZX-9240 MBE）。

1.2秸稈/污泥活性炭的制備方法

以研究不同活性炭對(duì)生活污水的吸附能力為主要試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，根據(jù)大量文獻(xiàn)查閱與前期初步研究，選取合適的制炭方法、活化劑種類、活化劑濃度、活化溫度、活化時(shí)間、固液比和原材料浸漬時(shí)間等條件，綜合考慮污泥性質(zhì)、各農(nóng)作物性質(zhì)等相關(guān)因素。其工藝流程如圖1所示。

制備工藝條件最后定為：以氯化鋅作為活化劑，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，活化溫度為550 ℃，活化時(shí)間為60 min，固液比為1 ∶3（質(zhì)量比），浸漬時(shí)間為24 h，污泥與農(nóng)業(yè)廢棄物比為 3 ∶1（質(zhì)量比，添加2種農(nóng)業(yè)廢棄物時(shí)，三者比例為6 ∶1 ∶1），秸稈和污泥均烘干過200目篩備用。

1.3吸附試驗(yàn)

生活污水取自武昌理工學(xué)院污水處理廠，利用多參數(shù)水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)分析污水的各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)，生活污水基本特性為17.38 mg/L氨氮、14.83 mg/L磷酸鹽、75.00 mg/L 化學(xué)需氧量（COD）、132.00 mg/L總懸浮固體、0.39 mg/L 銅。我國GB 8978—1996《生活污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值為：1.0 mg/L氨氮、0.5磷酸鹽、60.0 mg/L化學(xué)需氧量、20.0 mg/L 總懸浮固體、0.5 mg/L銅。本研究擬用污泥活性炭和農(nóng)作物秸稈制炭對(duì)生活污水進(jìn)行吸附試驗(yàn)，從排放標(biāo)準(zhǔn)可知，一般最容易超標(biāo)的就是氨氮和磷酸鹽，在6個(gè)指標(biāo)中選取了4個(gè)為吸附試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，分別為氨氮、磷酸鹽、化學(xué)需氧量和銅。由于本試驗(yàn)主要探究投加量與不同組分活性炭吸附性能，即采用單因素試驗(yàn)分析法將其余條件恒定（如溫度 25 ℃，pH值6～8），分別投加各類制品活性炭0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g 于300 mL污水中，投加后于120 r/min振蕩40 min。

2結(jié)果與分析

試驗(yàn)中各種活性炭處理為：1號(hào)，商品活性炭；2號(hào)，污泥活性炭；3號(hào)，污泥+小麥秸稈+玉米芯活性炭；4號(hào)，污泥+花生殼活性炭；5號(hào)，污泥+小麥秸稈活性炭；6號(hào)，污泥+小麥秸稈+花生殼活性炭。各吸附曲線如圖2至圖5所示。

2.1氨氮的吸附結(jié)果

受污染水體中一般含有游離氨（NH3）、銨離子（NH4+）。非離子氨是引起水生生物毒害及各種不良反應(yīng)的主要因子。GB 8978—1996《生活污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)氨氮的濃度≤1 mg/L，從圖2可知，所有活性炭對(duì)氨氮的去除情況均不理想，甚至有部分高出原水含量的誤差值。首先對(duì)氨氮的狀態(tài)進(jìn)行分析，這很可能與氨氮在水中的水合氨狀態(tài)有關(guān)，吸附過程中可能存在以下的可逆反應(yīng)：當(dāng)NH3·H2O被活性炭吸

附后，即OH-濃度增加，促使反應(yīng)逆向進(jìn)行；但隨著OH-濃度的減少，又促使反應(yīng)正向進(jìn)行，直到反應(yīng)平衡為止。在整個(gè)過程中吸附的NH3·H2O量非常少，所以活性炭對(duì)水中氨氮的去除情況很差[7]。其次研究孔徑，氨氮的去除一般在生化階段[8]，所以跟孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，秸稈污泥活性炭大多是中孔，而氨氮的分子量小，超濾納濾系統(tǒng)對(duì)氨氮基本沒有截留。最后考慮水質(zhì)情況，此次原水中氨氮含量為17.38 mg/L，含量較低，即使吸附了少量也體現(xiàn)不出明顯效果。

2.2磷酸鹽的吸附結(jié)果

從圖3可以明顯看出，商品活性炭基本對(duì)磷酸鹽沒有去除效果，而混合基活性炭對(duì)磷酸鹽的吸附均使磷酸鹽含量呈直線下滑狀態(tài)，4號(hào)活性炭處理（污泥+花生殼活性炭）最佳，去除率達(dá)到74.16%。

2.3COD的吸附結(jié)果

從圖4可見，隨著活性炭的投加，COD整體均呈下滑趨勢(shì)，GB8978-1996《生活污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)COD<60 mg/L，所有活性炭處理隨著投加量的增多均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，其中1號(hào)活性炭處理（商品活性炭）對(duì)COD的去除效果較差，3號(hào)活性炭處理（污泥+小麥秸稈+玉米芯活性炭）在投加量達(dá)到0.4 g時(shí)COD低于30 mg/L，當(dāng)投加量達(dá)到0.7 g時(shí)出現(xiàn)最低值?？傮w上3號(hào)活性炭處理效果最佳。而若以成本為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，則4號(hào)活性炭處理（污泥+花生殼活性炭）呈現(xiàn)均勻下滑，且在投加量達(dá)到0.4 g時(shí)COD低于 20 mg/L，投加量達(dá)到0.6 g時(shí)出現(xiàn)最低值，COD為 9 mg/L，效果最佳。

2.4銅的吸附結(jié)果

從圖5可知，1號(hào)商品活性炭對(duì)銅的吸收效果最好，隨著投加量達(dá)到0.5 g，出現(xiàn)最低值0.05 mg/L，對(duì)銅的去除率達(dá)到87%。摻入秸稈的污泥基活性炭對(duì)銅沒有明顯的吸附效果，甚至有的還出現(xiàn)比原水中銅含量還高的情況，可能與污泥中本身含有銅有關(guān)，原污泥中測(cè)出銅含量為109.51 mg/L。

3結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明：各活性炭對(duì)于氨氮的去除效果均很差，剩余氨氮含量普遍在300 mL污水中活性炭投加到0.3～0.4 g 左右出現(xiàn)較低值，所以氨氮處理不適合使用活性炭；對(duì)磷酸鹽的去除中，其余添加組分活性炭明顯比商品活性炭具有更好的效果，在投加量達(dá)到0.7 g左右達(dá)最低值，而其中又以污泥和花生殼混合制備的活性炭對(duì)生活污水中磷酸鹽的去除效果最佳，去除率達(dá)到74.16%；在對(duì)COD的去除中，所有活性炭對(duì)COD的去除均有較好的效果，其中多數(shù)混合基的活性炭比商品活性炭更加有效，且均隨著活性炭投加量的增大，

去除率升高，當(dāng)投加量達(dá)到0.6 g左右時(shí)，去除率趨于穩(wěn)定，其中以污泥和花生殼混合活性炭的效果最佳，去除率達(dá)到88%；在對(duì)銅的處理中，只有商品活性炭有效，在投加量達(dá)到0.5 g時(shí)出現(xiàn)最低值，去除率達(dá)到87%，投加其余秸稈基活性炭時(shí)，銅含量基本不隨投加量變化，甚至還有上升趨勢(shì)，這可能是污泥中含有的銅析出。綜上研究，添加秸稈基活性炭對(duì)生活污水中COD和磷酸鹽有較好的處理效果，其處理效果普遍高于商品活性炭，其中污泥和花生殼混合制備的活性炭處理生活污水的效果最佳，具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征正在進(jìn)一步研究，初步證實(shí)果殼類提高活性炭性能明顯。因此，利用剩余污泥和農(nóng)業(yè)廢棄物混合制備活性炭具有很大的應(yīng)用前景。

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