城市污水处理厂剩余污泥制备活性炭的研究 4页

第34卷第2期延安大学学报(自然科学版)Vo1．34No．22015年6月JournalofYananUniversity(NaturalScienceEdition)Jun．2015DOI：10．13876／J．cnki．ydnse．2015．02．070城市污水处理厂剩余污泥制备活性炭的研究姚志恒，刘羽，牛志睿，张雅琪，符策伟，任俊禄(延安大学石油工程与环境工程学院，陕西延安716000)摘要：以污水处理厂剩余污泥为原料，以KOH为活化剂采用化学活化法制备污泥活性炭。研究了碳化时间、碳化温度及活化剂浓度等条件对污泥活性炭碘吸附值和产率的影响。通过正交实验确定了污泥活性炭的最佳制备条件。结果表明，以碘吸附值作为主要评价指标，制备条件对污泥活性炭的碘吸附值影响大小的顺序为：炭化时间>活化剂浓度>炭化温度。制备污泥活性炭的最佳工艺组合为炭化温度400℃，炭化时间40min，活化剂浓度为0．3moL／L，污泥活性炭的碘值为308．7mg／g。关键词：污泥活性炭；碘吸附值；产率；化学活化法中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004—602X(2015)02—0070—03吸附法是环境保护领域常用的处理方法之一，有限公司)；ALB一124型电子分析天平(赛多利斯其成功应用的关键是选择合适的吸附剂，目前应用科学仪器有限公司)；DHG一9070A型电热鼓风干燥最为广泛的活性炭吸附剂，原材料主要是煤和木材箱(上海恒科仪器有限公司)；SHA—C型恒温振荡等含碳材料，成本较高，一些研究学者正致力于利用器(常州国华电器)。农林废物、纸浆废液、有机废弃物等含碳物质制造价1．2实验材料格低廉的活性炭I4。我国污水厂污泥中的有机物本实验以延安污水处理厂剩余污泥为原材料，含量为50％～60％，随着生活水平的提高，污泥中该污水处理厂采用氧化沟工艺，测污泥含水率为有机物的含量还会不断增加，利用化学活化法使污80％左右，将污泥取回后在阴凉通风处自然干燥一泥高温热解制备活性炭，不仅能获得价廉的吸附材周，含水率可降至10％左右。氢氧化钾、碘化钾、盐料，将污泥中可溶性重金属转化成难溶物固定在活酸等试剂均为分析纯。性炭中，从而减少对环境的污染，还可以将污泥活性1．3实验方法炭运用于污水处理、恶臭处理及有毒、有害物质处1．3．1污泥活性炭的制备方法理。本研究拟以污水处理厂剩余污泥为原料，污泥干化后研磨过80目筛，105~C烘8h备用。利用化学活化法制备污泥活性炭，研究制备条件对以一定浓度的KOH为活化剂，固液比1：2．5，20℃其性能的影响，获取廉价吸附剂材料，实现一种符合恒温水浴活化24h后，在105~C下烘干12h。按照循环经济理念的污泥处置方式。实验要求的碳化温度放人马弗炉内炭化一定时间，碳化结束后取出样品，冷却，取适量3mol／LHC1溶1实验材料与方法液，浸泡炭化后的污泥60min(中间适当搅拌)，然1．1实验仪器后用70~C蒸馏水洗涤至中性(pH=6—7)。再将洗SX一8—40型箱式电阻炉(北京科伟永兴仪器涤后的污泥置于烘箱中105cC干燥12h。将制得的收稿日期：2015—01—10基金项目：延安市科技局项目(2012kg一11)；延安大学校级科研青年项目(YDQ2014—52)；国家级大学生创新训练计划项目(201310719013)作者简介：姚志恒(1992一)，男，陕西汉中人，延安大学石油工程与环境工程学院学生。$通讯作者\n\n72中，实验结果及极差分析见表2。度400℃，炭化时间40rain，活化浓度0．3mol／L，在表1污泥制备活性炭正交实验因素水平表此条件下制备了一组污泥活性炭，其碘值为308．7mg／g。3结论(1)以延安市污水处理厂剩余污泥为原料，采用KOH作为活化剂，通过单因素实验研究制备污泥活性炭的碳化温度、碳化时间和活化剂浓度对碘吸附值和污泥产率的影响。表2污泥制备活性炭的正交实验结果(2)正交实验结果显示选择的因素对污泥活性炭碘吸附值的影响顺序为：炭化时间>活化剂浓度>炭化温度，得出污泥活性炭的最佳制备工艺：炭化温度400℃，炭化时间40min，活化剂浓度为0．3mol／L，在此条件下，制备的污泥活性炭的碘值为308．7mg／g。参考文献：[1]赵晶晶．污泥活性炭的制备及其应用研究[D]．广州：华南理工大学硕士论文，2013．[2]叶子瑞．国内外污泥处置和管理现状[J]．环境卫生工程，2002，10(2)：85—89．[3]中国环境保护产业协会水污染治理委员会编．中国城市污水污泥处理处置问题探讨[C]．北京：中国国际水处理高级专家论坛，2005：142—146．[4]牛志睿，黄学敏．吸附s0：饱和活性炭纤维的微波解吸性能研究[J]．延安大学学报(自然科学版)，2008，27(2)：59—66．[5]王亚非，田豫川，刘越，等．利用城市污水厂剩余污泥制备生物炭吸附镉[J]．四JlI环境，2012，31(5)：12—15．[6]李利平．污泥活性炭的优化制备及其应用初探[D]．北注：K．代表以碘吸附值作为控制指标的不同水平的平京：北京工业大学硕士论文，2013．均值，对应的R；表示不同水平的极差。[7]张水涛，张增强，孙西宁．添加锯末对污泥堆肥腐熟的K代表以产率作为控制指标的不同水平的平均值；对影响研究[J]．延安大学学报(自然科学版)，2009，28应的R．表示不同水平的极差。(2)：85—91．[8]张君，谷晋JlI，张蔓．磷酸活化法制备污泥含碳吸附材从表2中的R；值结果可得到制备条件对污泥料的研究[J]．化工科技，2009，17(4)：5—8．活性炭的碘吸附值影响大小顺序为：炭化时间(B)[9]邵瑞华，房平，司全印．污水处理厂污泥制备活性炭的>活化剂浓度(C)>炭化温度(A)，三个因素中碳研究[J]．安徽农业科学，2010，38(31)：17632—17635．化时间对碘吸附值的影响最大。R值结果可得到[10]尹炳奎．污泥活性炭吸附剂材料的制备及其在废水处制备条件对污泥活性炭的产率影响大小的顺序为：理中的应用[D]．上海交通大学硕士学位论文，2007．炭化温度(A)>炭化时间(B)>活化剂浓度(C)，三[11]吴娟．城市污水处理厂污泥制备活性炭的研究[D]．个因素中碳化温度对产率的影响最大。最终以表征济南：山东大学硕士论文，2006．活性炭吸附性能的碘吸附值为主要参考标准，比较[责任编辑李晓霞]得出污泥活性炭制备的最优条件ABC。，即炭化温(下转第84页)\n数值体现扭转端头约束程度的实验装置，进一步明工学院学报，2004，2(21)：85—87．确断面位置。[5]袁海庆．材料力学(第2版)[M]．武汉：武汉理工大学参考文献：出版社，2004：30—36．[1]张强，马玉龙，谢福航，等．拉伸扭转组合作用下低碳钢[6]张田田，侯晓霞，陈德谦．对构件断口的分析[J]．科技力学性能[J]．江苏建材，2014，(2)：22—23．传播，2014，(11)：88—89．[2]张憬，马文江，尚新春．材料力学扭转实验的扩展与探[7]邹广平，沈志强，李吴，等．建筑用钢筋预扭强化技术研讨[J]．实验技术与管理，2014，7(31)：209—211．究[J]．应用科技，2009，6(36)：63—65．[3]曹新明，黄质宏，蔡长安，等．等直圆杆自由扭转应力分[8]冯晓九，游文明，杜晋．拉压实验与纯扭转实验的互补析[J]．贵州工业大学学报(自然科学版)，2007，1(37)：特性[J]．扬州职业大学学报，2013．3(17)：21—24．82—89．[责任编辑贺小林][4]王军，马庆捷．构件弹塑性扭转的应力分析[J]．吉林化AnalysisoftheMechanicalPropertiesofLowCarbonSteelTorsionFailureWANGLEI，CUIBao—long(ArchitecturalEngineeringInstitute，YananUniversity，Yanan716000，China)Abstract：Accordingtotheprincipleoftorsionfailure，westudythemechanicalpropertiesthroughtorsionfailureex-perimentsoflowcarbonsteelstandardspecimen，anddiscussthesubstanceoftorsionfailureof1owcarbonstee1and．calculatetheshearstrengthofthespecimen．Theresuhshowsthatthefracturesurfacedeviatesfromthelengtheen-tralpositionwiththeincreasingtorqueofthespecimen．Theanalysismodeofmiddlecriticalplanewasproposedfortorsionspecimensandtheeffectsoftheendconstraintsonthetorsionwerediscussedinthepresentpaper．Keywords：torsiontest；deviation；criticalplane(上接第72页)PreparationofSludge——BasedActivatedCarbonfromtheMunicipalSewageSludgeYAOZhi—heng，LIUYU，NIUZhi—rui，ZHANGYa—qiFUCe—wei，RENJun．1u(SchoolofPetroleumandEnvironmentalEngineering，YananUniversity，Yanan716000，China)Abstract：Themunicipalsewagesludgewasusedtopreparethesludge——basedactivatedcarbonaceousadsorbentmaterialthroughachemicallyactivatedmethodwithKOHasactivatingagent．Thecorrelationeffectfactorsofsludge～basedactivatedcarbonderivedfromsludgewasanalyzed，whichincludingactivationtemperatureactivation，time，andtheconcentrationofactivationreagent．Theoptimumpreparationconditionsweredeterminedbyorthogonaltest，Theresultsshowedthatwiththeadsorptioncapacityofiodineastheevaluationindex．theeffectsofvariou8fac．torsonpropertiesofactivatedcarbondecreasedinthefollowingorder：activationtime>activationreagentconcen—tration>activationtemperature．Theoptimumconditionsforthepreparationofactivatedsludgewasthattheactiva—tiontemperature400℃，activationtime40min，theconcentrationofactivationreagent0．3mol／L．0n出econdition．theiodinevalueofthesludge—basedactivatedcarbonwas308．7mg／g．Keywords：sludge—basedactivatedcarbon；theadsorptioncapacityofIodine；theyieldofcarbon；chemicalacti—vation