炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理
碳素行业清洁生产实例研究
碳素行业清洁生产实例研究刘艳芳 赵锐(河南格林同创绿色科技发展研究院有限公司 河南郑州 450018)摘要：碳素行业是国家的重要原材料工业，具有工艺较为复杂，污染较大，且存在一定环境风险等特征，一般均具有较大的清洁生产水平提升空间。
该次清洁生产实例中，在不影响生产的情况下，企业通过设备升级改造、工艺技术改进等措施，实现节约电力、天然气、原辅材料，提高蒸汽产量，减少烟粉尘，降低氮氧化物排放，节约成本等明显的环境效益与经济效益，达到了“节能、降耗、减污、增效”的目的，在行业内有较高的参考应用价值。
关键词：碳素行业 清洁生产 提升改造 低碳中图分类号：X322;F407.7文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)15-0138-04 Research on Cleaner Production Cases in the Carbon IndustryLIU Yanfang ZHAO Rui(Henan Gelin Tongchuang Green Technology Development Research Institute Co., Ltd., Zhengzhou, HenanProvince, 450018 China)Abstract:The carbon industry is an important raw material industry in China, with the characteristics of complex process, large pollution and certain environmental risks, and generally, it has large space for improving the level of clean production. In this clean production example, without affecting production, through measures such as equip‐ment upgrading and transformation and process and technology improvement, enterprises realize obvious environ‐mental and economic benefits such as saving power, natural gas and raw and auxiliary materials, improving steam output, reducing smoke dust and nitrogen oxide emissions and saving costs, and achieves the purposes of "energy saving, consumption reduction, pollution reduction and efficiency increase", which has a high reference and appli‐cation value in the industry.Key Words: Carbon industry; Cleaner production; Upgrading and transformation; Low carbon碳素行业是国家的重要原材料工业，具有工艺较为复杂，污染较大，且存在一定环境风险等特征[1]。
城市污泥水热碳化的研究与应用进展
城市污泥水热碳化的探究与应用进展一、引言随着城市化进程的加快和生活水平的提高，城市面临着废弃物处理和能源需求的双重压力。
污泥作为城市生活污水处理过程中产生的一种废弃物，不仅含有大量氮、磷等有机养分，也具有一定的能源价值。
因此，对城市污泥进行高效的处置和回收利用是亟待解决的问题。
在城市污泥处理方法中，水热碳化技术被认为是一种环保、高效、经济的处理方法，能够将污泥转化为有机肥料和能源产品。
该技术通过高温高压水热环境下，将污泥中的有机物质转化为碳质产物，同步释放出能量。
本文将对城市污泥水热碳化的探究进展和应用状况进行综述，以期为该技术的进一步应用提供参考。
二、城市污泥水热碳化技术的原理城市污泥水热碳化技术是一种利用高温高压水环境下的化学反应过程，将污泥中的有机物质转化为固态碳质产物，同时释放出可再生能源的技术。
其基本原理如下：1. 高温高压条件下，污泥中的有机物质与水中的热能发生反应，产生热解和水解作用。
2. 热解作用将有机物质分解为低分子量的气体和液体产物，包括甲烷、乙烯、乙醇等。
3. 水解作用通过水的加入，将有机物质转化为酸性物质。
这些酸性物质会在碳化过程中参与反应，增进碳化产物的形成。
4. 炭化反应将酸性物质转化为稳定的固态碳质产物，包括热炭、活性炭等。
通过以上反应过程，城市污泥中的有机物质得以转化为可再生能源和碳质产物，实现了污泥的资源化和能源化利用。
三、城市污泥水热碳化技术的探究进展1. 催化剂的探究与应用在城市污泥水热碳化过程中，催化剂的作用是改善反应速率和产物选择性，提高碳化效率。
探究表明，添加金属催化剂可以增进水热碳化反应过程中的气体产物生成，并缩减碳质产物的生成。
常用的催化剂包括铜、镍、铁等金属，以及获得广泛关注的纳米催化剂。
2. 温度和压力的优化水热碳化反应的温度和压力是影响反应速率和产物分布的重要因素。
探究发现，适合的温度和压力可以提高碳化效率，改善产物的选择性。
一般来说，适合的温度范围为200-300摄氏度，压力范围为20-40MPa。
污泥炭化处理
污泥各组分的转化
污泥炭化处理工艺特点
污泥碳化处理技术
Sludge carbonization technology
处理过程的可控性
污泥在污水处理厂 车间内进行处理 使污水处理厂在污泥处理过程中 完全独 立进行 不受任何外部条件 环境 气候等方面因素制约和影响;不需要寻求或依赖外 界的合作;摆脱污水处理厂再进行污泥处理时所受到的外部条件制约;
污泥炭化处理技术
Sludge carbonization technology
随着中国社会经济和城市化的发展;城市污水的产生及其数量在不断增 长; 根据有关预测;我国城市污水量在未来二十年还会有较大增长;2010年污 水排放量将达到440亿立方米/d；2020年污水排放量达到536亿立方米/d;
污泥是污水处理后的附属品 是一种由有机残片 细菌菌体 无机颗粒 胶 体等组成的极其复杂的非均质体; 污泥量通常占污水量的0 3%～0 5%体积或 者约为污水处理量的1%～2%质量;如果属于深度处理;污泥量会增加0 5～1 倍; 污水处理效率的提高;必然导致污泥数量的增加; 目前我国污水处理量和 处理率虽然不高4 5%;但城市污水处理厂每年排放干污泥大约30万吨3;而且 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ以每年大约10%的速度增长;
处理系统的稳定性
受污泥含水率的影响不大;含水率低于80%均可处理;与外界大气 环境隔绝;对 周围空气 水源 生态环境不造成任何污染; 系统设备操作简单 维修方式 都能全年连 续稳定运行 生物炭化学性能稳定 用途广泛;就能长期保存;
处理过程的可控性
污能耗低;平均每吨污泥处理49千瓦时 占地面积小;平均每吨污泥处理设施占 地8平方米; 能避免污泥填埋占用土地资源;直接焚烧二噁英污染及处理成本高等问 题;运行费低;
对有实绩支持的下水污泥碳化燃料化及新一代焚烧技术的介绍
・以在日本下水污泥领域积累的丰 富经验为基础，本公司可提供与 污泥的最后处理和高效利用有关 的装置。
IDD干燥机∶180㎡×2台
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节能设计的要点
利用外部余热，向外部供给余热 干燥及碳化由于直接将污泥所具有的发热量留在 了产品中，可回收的热量较少。
能够有效利用系统外存在的余热，在经济运行方 面非常重要。
建立能够接收余热，并取而代之将污泥作为燃料 循环利用等的体系，对项目可行性有很大影响。
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新一代焚烧技术的介绍
增压式流化床焚烧炉与传统型流化相比较的优点
(1) 消费电力几乎减半。 (2) 加压燃烧。
・燃烧效率大幅提高。 ・N2O（导致气候变暖的温室气体）排放量减少。 (3) 设备更加简约。 ・机械台数少。 ・设置空间小。 (4) 运转负荷范围广。（特别是在低负荷运转时）
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分
氮
硫磺
纤维状物质
低位发热量
%
dry%
dry%
dry% dry% dry% dry% dry% J/ds-g
A处理厂 84
66
32
33 5.0 6.0 1.2 5.5 14,600
中国 B处理厂
80
55
43
29 4.5 4.5 1.0 6.5 8,200
C处理厂 85 44
污泥碳化处理及综合利用项目可行性研究报告
污泥碳化处理及综合利用项目可行性研究报告一、项目背景和目的污泥是城市污水处理厂处理污水后产生的固体废弃物，含有大量的有机物、无机物和微生物。
传统的处理方式是将污泥通过压滤、脱水等方式处理后填埋或焚烧，但这种处理方式存在着一些问题，如对土地资源的浪费、环境污染等。
因此，探索一种污泥碳化处理及综合利用的新途径具有重要意义。
本项目旨在通过污泥碳化处理技术，将污泥转化为高值化产品，并实现其综合利用，以减少污泥对环境的危害，提高资源利用效率。
二、项目内容和方法1.污泥碳化处理技术研究：通过对污泥的物理、化学性质进行分析，确定适宜的碳化处理工艺和条件。
2.碳化产品研究：对碳化后的产物进行分析，确定其化学成分和物理性质，评估其综合利用价值。
3.综合利用方案研究：结合碳化产品的特点和市场需求，制定污泥碳化产品的综合利用方案，包括土壤改良剂、有机肥料等。
三、可行性分析1.技术可行性：污泥碳化处理技术已经在一些地方得到应用，具备一定的成熟度和可行性。
2.经济可行性：通过对碳化产品的市场需求和价格进行分析，可以预测碳化产品的销售收入，并与投资成本进行对比，评估项目的经济可行性。
3.社会可行性：污泥碳化处理技术可以减少对土地资源的占用，减少对环境的污染，具备一定的社会效益。
四、项目风险分析1.技术风险：碳化处理技术在实际应用中可能会遇到一些技术问题，如碳化效率低、产物质量不稳定等。
2.市场风险：碳化产品的市场需求可能会受到一些因素的影响，如环保政策、竞争对手等。
3.经济风险：碳化处理设备的投资和运营成本可能会影响项目的经济效益。
五、项目实施计划1.技术研究和方案制定阶段：完成污泥碳化处理技术的研究和碳化产品的研究，制定综合利用方案。
2.设备采购和建设阶段：根据方案确定的设备需求，进行设备采购和建设。
3.试运行和调试阶段：对设备进行试运行和调试，确保设备的正常运行。
4.正式运营阶段：进行稳定运营，生产和销售碳化产品。
六、项目预期效益1.环境效益：减少对土地资源的占用，减少对环境的污染。
浅析有机污泥热解炭化技术
浅析有机污泥热解炭化技术摘要：有机污泥的常规处理方式以填埋为主，但是弊端比较明显，除了占用大量的土地资源外，还会对土壤、地下水造成污染。
现阶段可用于污泥无害化处理的技术有多种，例如厌氧消化、好氧发酵、石灰稳定等。
相比之下，热解炭化技术不仅具有减量化、无害化的特点，还能将污泥处理产物实现资源化利用，在生态效益和经济效益之间达到了兼顾。
本文以有机污泥热解炭化技术为核心，提出了建设有机污泥处理项目的方案。
在此基础上，首先介绍了污泥热解炭化技术的应用优势，随后对比了低温炭化、高温炭化两种方式的优缺点，最终选择高温炭化处理方式。
最后分别从预浓缩、稀释调理、深度脱水、热解炭化、污泥存储及碳粒利用等方面，对有机污泥的热解炭化处理流程和技术要点进行了简要分析，为实现有机污泥的无害化处理、资源化利用提供了技术支持。
关键词：有机污泥；深度脱水系统；热解炭化技术污泥热解炭化是近几年兴起的一种环保新技术，技术原理是利用干化、热解使含有较多污染物的湿污泥，转化成干燥的碳粒。
不仅实现了无害化处理，而且碳粒还可以用作制砖材料或园林绿化，创造一定的经济价值。
此外，高温炭化时污泥释放的热解气中也包含多种可燃气体成分，在一定条件下燃烧释放热能，用于湿污泥的脱水干化和炭化。
近年来，热解炭化技术逐渐成为工业企业、污水处理厂等进行污泥处理的一种常用技术。
1.有机污泥处理项目概况某市政污水处理厂运营中每日产生湿污泥量为46t/d，含水率约为80%。
原来的污泥处理方案以填埋为主。
近几年，该市现有的填埋场已经趋于饱和，加上环保要求日益严格，无法继续选择污泥填埋处理。
在这一背景下，提出了以热解炭化处理技术为核心的污泥处理项目建设方案。
项目要求为：（1）对污泥进行无害化处理，避免最终处理产物对环境造成二次污染；（2）在无害化的基础上，尽量实现资源化利用，回收一部分成本；（3）注意控制成本，该项目总投资3000万元，其中工程费用2500万元，建设工期为1年。
污泥减量化、无害化、稳定化、低碳化处理及其资源化利用技术研究可行研究报告
污泥减量化、无害化、稳定化、低碳化处理及其资源化利用技术研究可行研究报告污泥减量化、无害化、稳定化、低碳化处理及其资源化利用技术研究1立项的背景与意义1.1立项背景1、污泥处理成为世界性课题，急需新技术的出现城镇自来水厂、污水处理厂及其管网系统，在对污水进行处理时，会产生大量沉渣，这种沉渣称为污泥。
污泥含有有机物、无机化合物、微生物、细菌、重金属等各种有害物质，具有一定的流动性。
污泥不仅含水量高，易腐烂，有强烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难以降解的有毒有害以及致癌物。
如果未经严格处理随意排放或进行填埋，经过雨水的侵蚀和渗漏作用，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类的身体健康。
污泥的大量产生，既超出了环境的自然消纳能力，严重威胁生态环境和人身健康，又造成有机废弃资源的极大浪费。
随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污水处理产生的污泥量也有大幅度增长；而相对污水处理，目前污泥处理处置的保障率低，大部分污水处理厂的污泥没有得到真正有效的处置，随意抛弃、倾倒的现象还普遍存在，由此引起的二次污染问题已不容忽视，在一定程度上甚至抵消了污染减排的成果。
一些地区还因污泥处置不当，引发了环境污染事件。
如果不把处理污水过程中产生的污泥处置好，近50%的COD（化学需氧量）将可能以另一种形式转移到环境中。
污泥治理成为了城市节能减排管理艰难任务，国内外许多科研院所已经把这个世界性课题提到了研究开发日程。
针对污泥问题，国家一直非常关注，从政策层面制定了一系列的支持和鼓励性文件。
“十二五”规划提出了2015年我国污泥处理率达到50%以上的要求。
现有污泥处理的方法及处理后污泥的综合利用没有从根本上解决污泥的无害化和资源化问题。
污泥依然在某处堆着，从环保的严格意义上来讲，不过是将污染进行了减量和形态转变，并没有完全地消除。
在某种情况下，这种转变甚至可能使某些有害污染物（如重金属离子）富集，会造成二次污染和潜在污染。
固体废物污染控制工程(固体废物的资源化工程)-试卷1
固体废物污染控制工程（固体废物的资源化工程）-试卷1(总分：58.00，做题时间：90分钟)一、名词解释题(总题数：6，分数：12.00)1.浸出毒性（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：浸出毒性：是指固体的危险废物遇水浸沥，其中有害的物质迁移转化，污染环境所浸出的有害物质的毒性。
)解析：2.废物无害处理（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：废物无害处理：即通过焚烧、热解、化学氧化等方式，改变废物中有害物质的性质，使其转化为无毒无害物质，经处理后废物中有害物质均达到国家规定的排放标准。
)解析：3.再生法（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：再生法：再生法是在低温粉碎胶粉中混入少量的增塑剂和再生剂，然后送入粉末混合机中在室温或稍高的温度下进行短时间处理制得再生胶的方法。
)解析：4.泡沫剂（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：泡沫剂；泡沫剂是一种其水溶液经搅拌后可以生成大量、细微、均匀、稳定气泡的材料，结构上属于表面活性剂。
)解析：5.冶金及电力工业废渣（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：冶金及电力工业废渣：是指在冶金和火力发电过程中产生的固体废弃物。
垃圾焚烧发电厂协同处置市政污泥应用研究
垃圾焚烧发电厂协同处置市政污泥应用研究张伟１，赵树明２（１． 北京首钢生态科技有限公司，北京 １０２３００； ２．廊坊首钢盛业生物质能源有限公司，河北 廊坊 ０６５６００）摘要：随着城市污水处理能力的不断提升，市政污泥的处置缺口日益凸显。
与新建独立的污泥干化焚烧设施相比，利用现有设施进行协同处置不仅可大大降低建设及运营维护成本，也可有效利用现有产能。
本文从实际生产角度出发，针对污泥与生活垃圾直接混合掺烧工艺存在的问题，改善混合环节，通过“管道输送＋雾化”的形式提升污泥混合效果，同时优化垃圾焚烧发电厂焚烧炉，使生活垃圾焚烧发电厂协同处置污泥比例由２％提升至１０％，验证了该路线的可行性，为市政污泥的安全及资源化处置提供借鉴和参考。
关键词：垃圾焚烧；市政污泥；协同处置 引言随着“十三五”期间垃圾焚烧设施的大规模建设，当前各地垃圾焚烧发电厂普遍面临“吃不饱”的现象，而城市污水处理厂市政污泥的处置需求却逐渐增大，因地制宜成为缓解垃圾焚烧发电厂产能缺少与市政污泥处置量大这一矛盾的重要原则。
利用现有垃圾焚烧设施协同处置市政污泥，在实现污泥无害化处理的同时，可充分利用垃圾焚烧厂产能缺口，降低社会投资，符合节能减排和循环经济的理念。
受引入市政污泥给垃圾焚烧发电厂的运行组织、操作调整带来的一定影响，本文从实际生产角度出发，探究了实现垃圾焚烧发电厂协同处置市政污泥稳定运行的适宜方法。
１ 垃圾焚烧发电厂协同处置市政污泥研究背景及意义伴随着我国经济的发展，人们的生活水平虽日益变好，但工业废水和市政生活污水的排放量却日益增加，且由于传统的污水处理工艺通常采用活性污泥的生物处理技术，因此在城市污水处理的过程中会产生一些污泥。
伴随着废水量的不断增多，污泥产生量也随之显著增多［１］。
由于污泥含水量高、易腐烂、有强烈臭味，同时含有大量病原菌、寄生虫卵、重金属和多种难以降解的有毒有害物质，因此市政污泥若得不到及时有效处理，极易对地下水、土壤等造成二次污染［２］。
市政污泥炭化处理技术研究进展
化、 无 害化 、 资源化的有效处置方式 ， 其优势越来越 明显 ， 将具有广 阔的市场前景 。文中介 绍 了污泥炭化技 术 的
基 本 原 理 及 国 内外 污 泥 炭 化 技 术 的研 究进 展 ， 阐述 了 污 泥 炭 化 技 术根 据 温 度 控 制 范 围 以及 是 否 加 压 可 分 为 高 温炭化 、 中温 炭 化 和 低 温炭 化 ， 分 别 介 绍 了三 种 炭 化技 术 的 技 术 特 点 ， 从 设 备 运 行 条 件 和 产 品 方 面 对 三 种 炭 化 技 术 进 行 了 比较 ， 最 后 分 析 了炭 化 技 术 的 发 展 趋 势 。
Ｍａ ｏ Ｙａ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｈｏ ｈ ａ ｉ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ７ ４ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
第３ ８卷第 １ Ｏ期
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
环 境 科 学 与 管 理
ＥＮＶＩ ＲＯＮＭ ＥＮＴＡＬ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ Ｍ ＡＮＡＧＥＭ＿ ＥＮＴ
Ｖ０ １ ． ３ ８ Ｎｏ ． １ ０ ０ｃ ｔ ．２ ０ １ ３
文章 编 号 ： １ ６ ７ ４－６ １ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ １ ３ ２—０ ４
市 政 污 泥 炭 化 处 理 技 术 研 究 进 展
毛 彦 霞 ， 张 占梅 ， 。
（ １ ． 重 庆 交通 大 学 河 海 学 院 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４ ； ２ ． 重 庆 远 达 水 务 有 限公 司 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ６ ０）
摘
铁基污泥炭活化过硫酸盐调理剩余污泥脱水的效能和机理研究
DOI ：10.19965/ki.iwt.2023-0220第 44 卷第 3 期2024年 3 月Vol.44 No.3Mar.，2024工业水处理Industrial Water Treatment 铁基污泥炭活化过硫酸盐调理剩余污泥脱水的效能和机理研究张静1，张彦平1，裴佳华1，贾小赛2，李一兵1，吕宁1（1.河北工业大学土木与交通学院，天津 300401； 2.天津创业环保集团股份有限公司，天津 300000）[ 摘要 ] 为了改善剩余污泥的脱水性能，采用铁基污泥炭（Iron-SBC ）活化过硫酸盐（PDS ）调理污泥。
研究了PDS 投加量、Iron-SBC 投加量、反应时间、反应温度以及初始pH 对剩余污泥脱水的影响，并分析了其机理。
结果表明：65 ℃条件下，在单位质量TSS 的PDS 投加量150 mg/g 、Iron-SBC 投加量350 mg/g ，初始pH=6.68时，经Iron-SBC/PDS 调理20 min 后，污泥毛细吸水时间、污泥比阻和泥饼含水率分别达到8.4 s 、5.4×1012 m/kg 、73.5%。
机理分析表明，调理过程中发生了氧化反应，原本紧密平整的污泥絮体和胞外聚合物被破解，结合水被释放，污泥中高亲水性的紧密型胞外聚合物（TB-EPS ）向松散型胞外聚合物（LB-EPS ）和溶解性胞外聚合物（S-EPS ）转化，对污泥脱水不利的蛋白质被氧化降解，TB-EPS 的减少和铁离子的中和作用使Zeta 电位上升；具有刚性结构的Iron-SBC 降低了泥饼的压缩系数，同时在Fe 3+絮凝作用下，污泥分形维数变大。
最终在“氧化-骨架构建”耦合作用下，剩余污泥实现了深度脱水。
［关键词］ 铁基污泥炭；过硫酸盐；污泥脱水；骨架构建体；胞外聚合物［中图分类号］ X703.1；TQ426 ［文献标识码］A ［文章编号］ 1005-829X （2024）03-0142-10Study on the waste activated sludge dewatering effect and mechanismconditioned by persulfate induced with iron -based sludge biocharZHANG Jing 1，ZHANG Yanping 1，PEI Jiahua 1，JIA Xiaosai 2，LI Yibing 1，LÜ Ning 1（1.School of Civil and Transportation ，Hebei University of Technology ，Tianjin 300401，China ；2.Tianjin Chuangye Environmental Protection Group Co.， L td.， T ianjin 300000，China ）Abstract ：In order to improve the dewatering performance of waste activated sludge ，iron -based sludge biochar （Iron-SBC ） activating persulfate （PDS ） was used to treat sludge. The effects of PDS dosage ，Iron-SBC dosage ，reac⁃tion time ，reaction temperature and initial pH on waste activated sludge dewatering efficiency were studied ，and the mechanism was also analyzed. The results showed that when the temperature was 65 ℃，the dosage of PDS per unit TSS was 150 mg/g ，the dosage of Iron-SBC per unit TSS was 350 mg/g ，the initial pH was 6.68，after being condi⁃tioned by Iron-SBC/PDS for 20 minutes ，the sludge capillary water absorption time ，sludge specific resistance and sludge cake moisture content decreased to 8.4 s ，5.4×1012 m/kg and 73.5%，respectively. The mechanism analysis in⁃dicated that oxidation reaction occurred during the process. The originally tight and flat sludge flocs and extracellu⁃lar polymers were cracked and the bound water was released. The highly hydrophilic tightly bound extracellular polymeric substances （TB-EPS ） in sludge were transformed into loosely bound extracellular polymeric substances （LB -EPS ） and soluble extracellular polymeric substances （S-EPS ），and the proteins which were unfavorable to sludge dewatering were oxidized and degraded. The decrease of TB-EPS and neutralization of positive iron ions in⁃creased the Zeta potential value. Iron-SBC with rigid structure reduced the compressibility coefficient of sludgecake. At the same time ，under the flocculation of Fe 3+，the fractal dimension of sludge became larger. Under the cou⁃pling action of “oxidation-skeleton construction ”，the waste activated sludge deep dewatering was realized.［基金项目］ 河北省在读研究生创新能力培养资助项目（CXZZSS2023022）开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：工业水处理 2024-03，44（3）张静，等：铁基污泥炭活化过硫酸盐调理剩余污泥脱水的效能和机理研究Key words ：iron -based sludge biochar ；persulfate ；sludge dewatering ；skeleton construction ；extracellular polymer随着我国经济的发展和城镇化进程的加快，污水处理厂的数量与规模逐步扩大。
污泥处理
2 污泥能源化利用技术1污泥的能源利用含义及常见的能源化利用发方法？P29答：污泥的能源化利用是污泥资源化技术的一种，指通过生物、物理或热化学的方法把污泥转变成为较高品质的能源产品，同时可杀灭细菌、去除臭气。
目前，常见的能源化方法包括：污泥焚烧发电、污泥制氢、污泥制沼气技术，还有对污泥制油及制燃料技术的研究。
2污泥焚烧技术的优缺点？P30答：污泥焚烧技术属于一种高温化学处置方式，具有以下优点：1.技术成熟，有大量的工程实践；2.使污泥达到最大限度的减容，减容量可达到95%左右；3.可以杀死一切病原体；4.适应性较强，反应时间短，占地面积小；5.将该技术与发电系统结合起来，则发电系统为干化系统提供所需的热源和电力，具有系统合理配置和能源有效利用的双重优势。
缺点：该技术工艺复杂，一次性投资大，设备数量多，操作管理复杂，能耗高，运行管理费亦高，焚烧过程中存在潜在的二恶英污染。
3 叙述污泥低温热解技术。
P32答：低温热解是一种较为常见的污泥制油技术，起初主要用于原油的处理。
污泥热解是利用污泥中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其加热干馏，是有机物产生热裂解，经冷凝后产生利用价值较高的燃气、燃油及固体半焦，产品具有易储存、易运输及使用方便等优点。
4 比较污泥焚烧与热解区别。
P32答：1.焚烧是放热过程，热解是吸热过程；2.焚烧是在有氧条件下进行，而热解在无氧或缺氧条件下进行；3.焚烧的产物主要是二氧化碳和水，热解的产物主要是可燃性低分子化合物，包括气态的氢气、甲烷和一氧化碳，液态的甲醇、丙酮、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等，固态的焦炭和炭黑；4.焚烧产生的热量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，只能就近利用，热解产生的燃料油及燃料气，能量便于储藏及远距离输送。
5 影响污泥热解的反应条件因素有哪些？P34~36答：影响污泥热解的因素有很多，主要包括污泥特性、反应条件（温度、停留时间、加热速率、含水率、催化剂）、反应设备等。
《2024年污泥活性炭对不同结构抗生素的吸附脱除性能及机理研究》范文
《污泥活性炭对不同结构抗生素的吸附脱除性能及机理研究》篇一一、引言随着人类社会的快速发展，抗生素的广泛使用已成为一个不可忽视的现象。
然而，抗生素的滥用和过度使用已经导致了水体中抗生素残留的问题，对生态环境和人类健康构成了严重威胁。
污泥活性炭作为一种环保、高效的吸附材料，在处理抗生素残留等环境问题中表现出强大的应用潜力。
本研究将深入探讨污泥活性炭对不同结构抗生素的吸附脱除性能及机理，以期为环境治理和人类健康提供有力的技术支持。
二、研究方法1. 材料与试剂本研究所用污泥活性炭由本实验室制备，实验中使用的抗生素包括β-内酰胺类、氟喹诺酮类、磺胺类等不同结构类型的抗生素。
2. 实验方法采用静态吸附法，将不同浓度的抗生素溶液与污泥活性炭进行混合，通过测量吸附前后溶液中抗生素浓度的变化，计算污泥活性炭对抗生素的吸附脱除性能。
同时，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等手段，研究污泥活性炭的表面性质及其与抗生素之间的相互作用机理。
三、结果与讨论1. 污泥活性炭对不同结构抗生素的吸附脱除性能实验结果表明，污泥活性炭对不同结构类型的抗生素均表现出良好的吸附脱除性能。
其中，β-内酰胺类抗生素的吸附效果最为显著，其次是氟喹诺酮类和磺胺类抗生素。
这可能与污泥活性炭的表面性质和抗生素的结构特性有关。
2. 污泥活性炭表面性质分析FTIR和XRD分析结果表明，污泥活性炭表面含有丰富的含氧官能团（如羟基、羧基等），这些官能团可以与抗生素分子发生相互作用，从而促进抗生素在污泥活性炭表面的吸附。
此外，污泥活性炭的孔隙结构和比表面积也对抗生素的吸附脱除性能产生重要影响。
3. 吸附机理分析根据实验结果和文献报道，污泥活性炭对抗生素的吸附机理主要包括静电相互作用、氢键作用和疏水作用等。
不同结构类型的抗生素与污泥活性炭之间的相互作用机理存在差异，这可能与抗生素分子的极性、疏水性等性质有关。
例如，β-内酰胺类抗生素分子中含有较多的极性基团，与污泥活性炭表面的含氧官能团之间容易形成氢键作用；而氟喹诺酮类抗生素分子则主要通过疏水作用与污泥活性炭表面发生相互作用。
电压强度对污泥电脱水效能及滤液有机物特征的影响
第12卷第12期2018年12月环境工程学报Chinese Journal of Environmental Engineering Vol.12,No.12Dec.2018DOI 10.12030/j.cjee.201809016中图分类号X703文献标识码A鲁子烨,张堯,徐硕,等.电压强度对污泥电脱水效能及滤液有机物特征的影响[J].环境工程学报,2018,12(12):3333-3340.LU Ziye,ZHANG Yao,XU Shuo,et al.Effect of voltage intensity on sludge electro -dewatering efficiency and characteristics of organic matters in filtrate [J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2018,12(12):3333-3340.电压强度对污泥电脱水效能及滤液有机物特征的影响鲁子烨1，张堯2，徐硕3,*，杨帆41.中国海洋大学环境科学与工程学院，青岛2661002.华北水利水电大学环境与市政工程学院，郑州4500453.中国科学院生态环境研究中心，北京1000854.天津农学院工程技术学院，天津300384第一作者：鲁子烨（1997—），女，本科生，研究方向：环境污染控制。
E -mail：tiffany835234947@*通信作者，E -mail ：ncwuxushuo1002@摘要为优化污泥电脱水过程控制及明确其关键影响因素，考察了不同电压强度（0、15、35和55V）对污泥电脱水效果的影响，并基于三维荧光光谱和分子质量分布的分析，研究了阴阳两极滤液中溶解性有机物的含量和组分变化。
研究结果表明，随着电压强度增加，污泥脱水效果得到提升，在55V 电压强度下，阳极脱除滤液量相较于无电压作用下的48mL 增加到60mL，阴极滤液量由对照的90mL 增加到102mL。
污泥碳化技术简介
污泥碳化技术简介:1、污泥低温碳化技术1.1、什么是低温碳化??市政污泥中含有可燃物质，尤其是生化污泥（二沉池排出的剩余污泥），由于其中含有大量的活性污泥细菌，可燃物质量更大。
根据上海、天津等地的污泥发热量试验，中国市政污泥中的发热量约为2200－3300大卡/吨干物质。
其中消化后的污泥发热量较低，一般仅为未消化污泥的70％左右。
夏季污泥的发热量比冬季低。
所谓污泥碳化，就是通过给污泥加温和加压，使生化污泥中的细胞裂解，将其中的水分释放出来，同时又最大限度地保留了污泥中碳质的过程。
污泥碳化的优势在于，污泥碳化是通过裂解方式将污泥中的水分脱出，能源消耗少，剩余产物中的碳含量高，发热量大，而其它工艺大多数是通过加热，蒸发的方式去除污泥中的水分，耗能大，灰分中的碳质低，利用价值小。
1.2污泥碳化的发展世界上污泥碳化技术的发展分为以下三个阶段（1）理论研究阶段（1980－1990年）。
? ?? ???这个阶段的研究集中在污泥碳化机理的研究上。
这个阶段一个突出特点就是大量的专利申请。
Fassb ender, A.G等人的STORS专利，Dickinson N.L污泥碳化专利都是在这期间申请和批准的。
（2）小规模生产试验阶段（1990－2000年）。
? ?? ???随着污泥碳化理论研究的深入和实验室试验的成功，人们开始思考将污泥碳化技术转变成为真正商业化污泥处理的装置。
在大规模商业化之前，为了减少投资风险，需要对该技术进行小规模生产性试验（Pilot Trial）。
通过这些试验，污泥碳化技术开始从实验室走向工厂。
这期间设计和制造了许多专用设备，解决了大量实际工厂化的技术问题。
这个阶段的特点如下：? ?? ???规模小。
例如1997年日本三菱在宇部的污泥碳化厂规模为20吨/天；1992年，日本ORGANO公司在东京郊区建了一个污泥碳化试验厂；1997年Thermo Energy 在加利福尼亚州Colton市建立了一个污泥碳化实验厂规模为每天处理5吨干泥。
污泥生物炭的研究进展
污泥生物炭的研究进展黄燕宁;王晓;张宏杰;刘音;冯雷雨;严媛媛【摘要】In recent years,in China the amount of sludge in wastewater treatment plants has been increased grad-ually with the improvement of wastewater treatment efficiency.Sludge innocence,reduction and reuse have be-come an important topic in the field of environment protection.In this paper,the compositions and structure characteristics of sludge biochar were analyzed on the basis of summarizing the preparationmethods.Further-more,the application of sludge biochar at home and abroad was also summarized from the aspects of water pol-lution control,air pollution control,electrochemistry and soilremeditaion.Finally,the directions for the re-search and application of sludge biochar was predicted.%伴随着我国污水处理率的逐年提高,污泥产量也不断增多,污泥的无害化、减量化与资源化成为环境保护研究的重点.利用污泥制备生物炭并加以应用是一种有效的污泥"三化"处理措施.在归纳污泥制备生物炭方法的基础上,详细分析了决定污泥生物炭应用前景的组成和结构特性.进一步从水污染控制、大气污染控制、电化学和土壤修复等方面总结了国内外污泥生物炭的应用情况,并指出了今后污泥生物炭研究与应用的发展方向.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2017(048)009【总页数】6页(P24-29)【关键词】污泥;生物炭;污染控制;电化学;土壤修复【作者】黄燕宁;王晓;张宏杰;刘音;冯雷雨;严媛媛【作者单位】同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092;中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海 200092;杭州九米建筑设计有限公司,杭州 310012;中国石油集团渤海钻探公司井下技术服务公司技术研究中心,天津 300280;同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092;江苏盐城环保产业工程研发服务中心,江苏盐城 224051;同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;江苏盐城环保产业工程研发服务中心,江苏盐城 224051【正文语种】中文【中图分类】X7据调查统计，截止2015年，我国全年共处理废水532.3亿吨，这些污水处理厂的污泥产生量超过3 000万吨(含水率80%)[1-2]。
【环评报告】低碳生态技术服务中心污泥脱水处理与综合利用项目环境影响报告书
如有异议或侵权请及时联系，客服将立即删除！XX低碳生态技术服务中心污泥脱水处理与综合利用项目环境影响报告书（公众查阅简写本）委托单位：XX环保科技XXX编制单位：XX环境科学研究所XXX二○一一年三月I / 571 总论1.1 项目由来为推进XX区“青碧蓝”环保工程，改善生态环境，XX区于2001年开始着手推进城市污水处理厂的建设，而《XX市污水处理专项规划方案》的颁布更加快了XX区生活污水处理厂的建设步伐，截止于2009年，XX区10个镇街共建成9座生活污水处理厂。
近几年随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，城区水质及生态环境得到了较大的改善，但另一方面却由于污水处理厂污泥产生量的逐年增长，使得污泥可能引发的二次污染问题摆在了污水处理厂及相关管理部门面前，因此如何合理处理处置污泥成为XX区城市污水处理厂（以下简称污水厂）和环境管理部门不容忽视的问题。
为有效的解决佛山市XX区城市污泥及工业废水污泥的出路问题，佛山市绿顺环保科技有限公司拟采用污泥脱水处理与综合利用相结合技术路线，建设XX低碳生态技术服务中心污泥脱水和综合利用项目（以下简称该项目）。
该项目选址位于佛山市XX区大良街道XX科技工业园A南-6-2，在工业园污水处理厂旁边，占地面积20000平方米，主要建有污泥脱水车间、污泥市政砖生产车间、综合业务办公区和相应的配套设施，项目生产规模为年处理与综合利用含水率80%的污泥18万吨，年产3000万标块环保烧结砖。
项目所在地理位置见图1.1-1。
根据《中华人民共和国环境影响评价法》和环境保护部2008年9月发布的《建设项目环境影响评价分类管理名录》，该项目需报批环境影响报告书。
为此，佛山市绿顺环保科技XXX委托佛山市XX环境科学研究所XXX承担该项目的环境影响评价工作，项目组在接到委托后，即开始着手进行资料收集及分析，现场踏勘，并根据相关规范要求进行项目周边环境质量监测及公众调查，并在此基础上，依据相关法规、标准和评价技术导则的要求，编制本环境影响报告书。
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中国环境科学 2018,38(11)：4120~4129 China Environmental Science 炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理王瑞露1,2,刘相汝3,曹秉帝2*,张伟军3,王东升2,同帜1(1.西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安 710048；2.中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室,北京 100085；3.中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉 430074)摘要：为研究炭材料调理对污泥电脱水性能及泥饼可燃性的影响,使用改性前后的活性炭和石墨对污泥进行预调理,对调理后的污泥进行电脱水实验,深入解析了炭材料调理前后污泥电脱水行为及泥饼可燃性的变化.研究表明:经炭材料调理后的污泥,阴极电脱水速率提升,相较于其他3种炭材料,石墨调理后的阴极电脱水速率提升最为明显,石墨的投加量5%TSS时,阴极平均脱水速率从0.074g/L上升到0.095g/L.炭材料可以提高污泥体系的电导性和污泥絮体的电泳淌度,使得阴极泥饼孔容有上升的趋势,阴极泥饼孔容从未投加炭材料时的0.1147cm3/g增加到AC-0、AC-1、AC-5、石墨的投加量为20%TSS时的0.119、0.122、0.146、0.157cm3/g;此外,炭材料加入后阴阳两极滤液中溶解有机物DOM和蛋白质组分浓度降低,可以缓解滤布堵塞;污泥电脱水过程中经炭材料调理后可以降低脱离每单位水所需要的能耗,未投加炭材料时去除每单位水所需能耗为6.75kW·h/kg去除水,而当AC-0、AC-1、AC-5、石墨的投加量为20%TSS时,能耗分别降低到5.64、5.22、5.20、5.11kW·h/kg去除水,且泥饼含水率从未投加炭材料时的58%降低至45%,固炭量增加,提高了泥饼的热值和可持续燃烧时间, 当石墨的投加量为20%g/gTSS时,泥饼热值提高了17%.有利于后续焚烧资源化利用.关键词：污泥；炭材料；电渗透；EPS；脱水性中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2018)11-4120-10Carbon material reinforced sludge electric-dewatering synchronous fuel treatment. WAN G Rui-lu1,2, LIU Xiang-ru3, CAO Bing-di2*, ZHAN G Wei-jun3, WAN G Dong-sheng2, TON G Zhi1 (1.School of Environmental and Chemical Engineering, Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710055, China；2.State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；3.School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China). China Environment Science, 2018,38(11)：4120~4129Abstract：In order to study the influence of carbon material conditioning on sludge electrical dewatering performance and combustibility of sludge cake, sludge was pre-conditioned by using activated carbon and graphite, and analyzed the characteristics of sludge and dissolved organic matter (DOM) at both electrodes. The results showed that the electro-dewatering rate at cathode was increased after treated with carbon materials, and the promoted effect of graphite was more than the other three carbon materials. The average dehydration rate of the cathode increased from 0.074g/L to 0.095g/L when graphite was added in a small dosage of 5%TSS. Carbon materials could enhanced the conductivity of sludge system and electrophoretic mobility of sludge floc, which result in the porosity of sludge cake at cathode was increased. The pore volume of cathode mud cake was 0.1147cm3/g when the dosage of carbon materials was 0%TSS ,but the pore volume of cathode mud cake were was 0.119、0.122、0.146、0.157cm3/g when the amount of AC-0、AC-1、AC-5、graphite was 20% TSS. In addition, the DOM concentration and protein substances in filtrate of both electrodes were decreased after treated with carbon materials, it can relieve the block of filter cloth; the energy consumption per mass of water removed can be reduced after being treated with carbon materials, The energy consumption required to remove water per mass of water was 6.75kW⋅h/kg, when activated carbon was not added separately, and when the dosage of AC-0、AC-1、AC-5、graphite were 20%TSS, the energy consumption decreased to 5.64、5.22、5.20、5.11kW·h/kg, and the water content of mud cake decreased from 58% to 45%, the calorific value and sustainable combustion time of sludge cake treated with carbon materials were enhanced, when the amount of graphite was 20%TSS, the calorific value of sludge cake increased by 17%. which can beneficial to the subsequent utilization of incineration.Key words：sludge；carbon materials；electro-osmosis；EPS；dewaterability污水处理过程中产生的大量污泥,因其颗粒较细,含水率高(通常超过99%),高的污泥含水率常伴随着大的污泥体积,导致污泥的运输费用高、运输难度大、占用大量的处理场地[1].因此,污泥高效脱水技术的开发成为眼下我国环保工作者研究的重要课题之一.污泥中的水分包括游离水(70%)、间隙水(20%)、吸附水(7%)和结合水(3%)[2],传统机械脱水方式对污泥脱水效果有限,而在机械脱水的基础上施加电场辅助往往能达到深度脱水效果[3-4].收稿日期：2018-04-09基金项目：国家自然科学基金资助项目(51338010,51678546)* 责任作者, 博士, caobingdi@11期 王瑞露等：炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理 4121污泥絮体表面带负电荷,在其外层会聚集一层较高密度的正电荷形成双电层,当有外在电场存在时,带负电的污泥絮体会往阳极方向迁移,夹杂在污泥絮体中的水就会向阴极渗透,在这个过程中伴随着电泳、电迁移和电渗透等动电现象[4-5].根据Barton 等[3]与Mahmoud 等[4]的研究分析,污泥机械-电脱水过程可以大体分为5个过程,首先是机械压滤使得污泥中大部分游离水脱出,然后污泥絮体向阳极迁移,当泥饼形成后污泥絮体将停止迁移,随后电极上进行的电化学反应使得污泥体系维持电荷平衡,从而脱水状态继续维持,最后当水分不再是连续相时,整个体系电阻升高产生大量的欧姆热,脱水过程结束.污泥在施加电场脱水过程中往往需要较高的能耗,电脱水过程中溶解出的胞外聚合物(EPS )会堵塞滤膜,这也限制了污泥电脱水的广泛应用,研究发现,污泥的电导率对其电脱水效果有重要影响,较高的电导率有助于污泥的电脱水效果[6].固体炭材料如活性炭、石墨等都具有一定的导电性,可以增强污泥体系的电导性影响电脱水效果,且其孔隙结构发达,对腐殖酸,蛋白质及微生物代谢产物都具有吸附作用[7-8],对电脱水过程中EPS 的区域分布会有影响,此外炭材料都具有较高的热值,对于脱水后的泥饼焚烧资源化可以提供便利.目前,采用炭材料来改善污泥电脱水效果同步促进燃料化的研究,国内外均未见报道.因此,本研究采用原活性炭(AC -0)、酸改性活性炭(AC -1)、酸碱改性活性炭(AC -5)和石墨来调理污泥进行电脱水实验,分析了解不同炭材料处理后污泥电脱水效果的变化,并采用比表面积分析仪(BET)、三维荧光等分析手法深入解析阴阳两极泥饼结构和EPS 溶解释放的变化情况,此外对电脱水过程中能耗和污泥的热值进行了分析,对污泥电脱水减量同步燃料化的新路径进行了可行性分析. 1 材料与方法 1.1 实验材料1.1.1 污泥来源 污泥取自北京市北小河污水处理厂的剩余污泥,该水厂的处理规模为10万m 3/d,采用两种工艺组合,即UCT 工艺(即 University of Capetown 工艺,是由南非开普敦大学开发类似于A 2/O 工艺的一种脱氮除磷工艺)与MBR(膜生物反应器,是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术工艺组合)、MBR 工艺与RO(Reverse Osmosis 反渗透工艺)工艺组合.其基本参数如表1所示:表1 污泥的基本性质 Table 1 Characteristics of sludge含水率(%) pH 值 Zeta 电位(mV) C S T n (s·L/g) 电导率(µs/m)粘度(mPa.s)98 6.80~7.25 -9.51 2.325 1052 65注:CST 为毛细吸水时间,CST n 为归一化处理结果.1.1.2 电脱水实验装置 本研究所用电脱水装置如图1所示,该装置参考Citeau 等[9]的实验装置设计.主要由一个圆柱活塞压滤腔室(横截面积: 25cm 2,容量:62.5cm 3)、直流稳压电源(MAISHENG - 603;0~3A; 0~60V)、温度计和2个精准天平(精度0.01g)组成.电极选用的是镀钌钛电极,滤布孔径为50mm.本研究所用机械压力为0.5MPa,电压为55V,压滤时间为1h,阴阳两极电脱水平均速率由公式(1)计算:121nin i A V V V V V n n−+++==∑ (1) 1.1.3 炭材料结构特征 本实验共选用4种炭材料,原活性炭(AC -0)、酸改性活性炭(AC -1)、酸碱交替改性活性炭(AC -5)和石墨,活性炭改性采用党斐等[10]提供的方法,具体改性方法如下:将AC -0放入管式炉中在N 2保护下以5℃/min 加热速率对样品从室温加热至850℃并保温1.5h,然后自然冷却至室温.将碳化后的活性炭浸渍在稀HNO 3(质量分数为30%)中,60℃条件下搅拌反应4h.然后使用去离子水反复过滤和洗涤直至滤液的pH 值为中性,再在80℃真空干燥器中干燥24h,标记为AC -1,置于真空干燥器中备用.干化法改性活性炭时,将KOH 研磨成粉末, AC -0与KOH 按照质量比为1:4混合均匀放入管式炉中,在N 2保护下对样品从室温加热至600℃(5℃/ min)并保温1.5h,然后自然冷却至室温.使用去离子4122 中 国 环 境 科 学 38卷水反复过滤和冲洗直至活性炭滤液的pH 值为中性,在80℃真空干燥器中干燥24h,干燥后的活性炭在室温下浸渍在稀HNO 3(质量分数为30%)中并不断搅拌,按照上述方法洗涤干燥,样品标记为AC -5,置于真空干燥器中备用[10].几种炭材料的结构参数如表2所示:图1 电脱水装置Fig.1 Electro -dewatering device 表2 炭材料孔结构参数Table 2 Pore structure parameters of carbon materials样品比表面积(m 2/g)孔容(cm³/g)孔径(nm)微孔孔容(cm³/g)热值(MJ/kg) Zeta 电位(mV)AC -0 783.825 0.111 14.435 0.126 15.761 -15.6 AC -1 784.564 0.150 20.663 0.109 19.810 -15.6 AC -5 1403.178 0.189 19.891 0.178 21.659 -23.8 石墨 11.683 0.037 19.180 0 28.445 -4.710 20 30 4050 60 7080100020003000 40002θ(°)相对强度AC-0AC-1AC-5图2 改性前后活性炭的XRD 图谱Fig.2 XRD patterns of the untreated and treated activatedcarbon图2为几种炭材料的XRD 图谱对比,从图2可以看到AC -0的XRD 图谱在17.4°和43.4°有峰值,表征AC -0和AC -1是无序炭结构,改性后的活性炭AC -5在26.4°和43.8°有峰值,分别对应炭的(002)峰和(100)峰[11],AC -5 的002峰位向高角度发展,d 002(衍射面的面间距, d 002=2nm)介于0.335nm 和0.344nm 之间[12],不同程度的增强了π电子的运动,说明AC -5存在石墨晶体结构.石墨是由碳原子结构层堆垛而成的碳元素结晶矿物之一,结构层内碳原子通过σ键和离域性大π键联结;结构层之间则是靠范德华力联结,石墨的结构特殊性赋予石墨优良的导电性,所以经过酸碱交替改性的活性炭AC -5相较于AC -1和AC -0有更好的导电性. 1.2 污泥理化性质测定由于污泥本身电导率较低,在进行电脱水实验之前往污泥中加入适量Na 2SO 4进行调理,然后用4种炭材料分别调理污泥:取200mL 污泥于烧杯中,炭材料按干污泥量的百分比进行投加,投加量分别为0%、5%、8%、11%、14%、20%TSS(TSS 代表污泥干固体含量)启动磁力搅拌装置,以900r/min 搅拌20min 后静置,将调理好的污泥进行电渗透实验,收集泥饼和阴阳极滤液.1.2.1 溶解性有机物(DOM) 本实验中,收集阴阳两极的滤液,将滤液过0.45μm 的滤膜,所得到的溶液11期 王瑞露等：炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理 4123为污泥中的溶解性有机物(DOM).DOM 采用Torch 燃烧自动进样分析仪(Teledyne Tekmar,USA)测定.pH 值测定采用pH 值S -3C (中国上海) pH 值计.三维荧光光谱采用荧光光度计(Hitachi F -4500, Japan)测定.激发波长区间为200~400nm,波长间距为10nm,发射波长区间为220~550nm,波长间距亦为10nm.光谱的扫描速度为12000nm/min.荧光峰的位置、强度比例均不会受到离子强度的影响[13]. 1.2.2 阴阳极泥饼微观形貌测定 将电脱水得到的阴阳极泥饼冷冻干燥48h,取出研碎进行BET 比表面积分析,比表面积分析采用Micromeritics ASAP 2020型全自动多功能气体吸附仪进行测定.同时改性前后炭材料的比表面积和孔结构也通过BET 分析测定.1.2.3 阴阳极泥饼热分析测定 热值测定采用三德量热仪(Sunday,SDACM3100,China)最大功率为220W,电源电压为220V/50Hz.取0.5g 左右经冷冻干燥研磨之后的阴阳极污泥样品置于指定胶囊内,置于量热仪弹筒中充氧,进行燃烧测定,单次完整测试时间:15~25min,热容量精密度:≤0.2%,得到弹筒发热量即为污泥泥饼热值(J/g).热重分析采用高温TGA/DSC 同步热分析仪(Mettler Toledo, Switzerland),工作温度范围室温~1600℃,温度准确度(单点)0.05℃,温度准确度(全程)0.5℃.本次测量保护气体为N 2,升温速率为20℃/min,室温升至1200℃.热重分析法是在程序控制温度下,测量物质质量与温度关系的一种技术,热重法实验得到的曲线称为热重曲线(即TG 曲线),将TG 曲线对温度(或时间)取一阶导数即得热商热重曲线(DTG 曲线)[14]. 2 结果与讨论2.1 炭材料对电脱水效果的影响传统污水处理厂的污泥通过机械脱水后含水率可降至80%,无法达到后续处理工艺的要求[15].电渗透脱水作为深度处理工艺,可以有效地将含水率降至60%以下,而且具有低能耗、去除病原微生物以及降低运输成本等优点[16],因此被推荐为污泥机械脱水的补充工艺.本实验电脱水之后的污泥含水率达到58%,随着炭材料的投加,污泥含水率进一步降低至45%左右,相较于传统的化学预调理,活性炭调理污泥进行电脱水不仅实现了污泥含水率的降低,同时提高污泥泥饼后期燃料化应用价值,并且避免了二次污染.图3分别经不同投加量AC -0、AC -1、AC -5和石墨调理后的污泥电脱水平均速率,可以看到阴极平均脱水速率整体比阳极要高,这与Citeau 等[17]和Cao 等[18]的研究结果一致,其研究发现阴极是电脱水过程中的主要疏水端,阴极脱水速率也是判断电脱水效果的重要参数,因此电脱水过程中阴极电脱水速率高于阳极.经炭材料调理后的污泥,阴极电脱水速率提升,说明炭材料的加入可以促进电脱水效果.此外,加入石墨相较于其他3种炭材料,阴极电脱水速率提升最为明显,在石墨以较小的投加量5%TSS 时,阴极平均脱水速率从0.074g/L 上升到0.095g/L.Mahmoud 等[4]和Bard 等[19]的研究发现,电脱水过程中电渗透的速率可以根据公式(2)计算:4πD v ξμ= ∇ϕ (2)0 5 8 11 14200.030.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 平均脱水速率(g /s )炭投加量(%TSS)5811 14 200.030.040.050.060.070.080.090.100.11平均脱水速率(g /s )炭投加量(%TSS)4124中 国 环 境 科 学 38卷0 5 8 11 14200.030.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 平均脱水速率(g /s )炭投加量(%TSS)05811 14 200.030.040.050.060.070.080.090.100.11平均脱水速率(g /s )炭投加量(%TSS)图3 不同炭材料对污泥电脱水速率的影响Fig.3 Effect of different carbon materials on the rate of electro -dewatering式中:D 是污泥体系的介电常数;μ是动力粘度系数;ζ是Zeta 电势;∇ϕ是加在介质中的电压.从公式(2)中可以看出电脱水渗透速率与污泥电导性成正相关,污泥絮体带负电,在电脱水过程中会发生电泳和电渗透等动电现象,同时污泥的EPS 区域分布情况与电脱水效果密切相关,为了探讨炭材料改善电脱水的机理,接下来分析研究炭材料对污泥体系电导性、动电现象及EPS 区域分布的影响.2.2 炭材料对污泥电脱水过程中电流变化的影响0 10 2030 40 50600.000.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 电流(A )时间(min)102030 40 50 600.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50电流(A )时间(min)0 10 2030 40 5060电流(A )时间(min)102030 40 50 600.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50电流(A )时间(min)图4 不同炭材料调理后电脱水过程中的电流变化Fig.4 Change of electric current during electro -dewatering of different carbon materials2.2.1 电流变化 图4是经不同炭材料调理后污泥电脱水过程中的电流变化,随着电脱水过程的进行,电流快速增大,然后在10min 左右达到最大值,随后开始下降.这个实验结果与Mahmoud 等[20]的研究11期 王瑞露等：炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理 4125结果一致,其研究发现在电脱水刚开始进行时,污泥体系的电阻会随着阴阳两极电极板距离变小而降低,因此电流会快速上升,随着水分的分离和两极电化学反应产生的气体会增加污泥体系的电阻,从而导致电流开始下降.加入炭材料后电流出现变化, AC -0和AC -1对电流的影响较小,这是因为AC -0和AC -1的电导性差,AC -5和石墨对电流变化影响明显,尤其是石墨调理后的污泥,在石墨投加量为20%TSS 时电流最高峰值可达0.42A,石墨的导电性要好于活性炭,所以石墨的加入,明显提高了污泥的电导性能,其中AC -5经过酸碱石墨化改性后其电导性增强,所以AC -5相较于AC -0和AC -1更能提高污泥的电导性能,从而使得电流变大,电导性的增强有助于改善电脱水效果.0 5 8 11 14 20孔容(c m 3/g )炭投加量(%TSS)0 5 811 14 20Z e t a 电位(m V )炭投加量(%TSS)图5 炭材料调理污泥对两极泥饼孔容和Zeta 电位的影响 Fig.5 Effect of carbon material conditioning sludge on porevolume of two pole cake and Zeta potential2.2.2 阴阳两极泥饼孔隙结构 电泳现象:本实验中,用薄刀片分别收集了阴极端和阳极端的泥饼,然后对阴阳两极泥饼进行孔隙检测分析.图5(a)是阴阳两极泥饼孔容的变化结果,从图中可以看到,阴阳两极泥饼的孔容出现了明显的差异,阴极孔容比阳极孔容高,在电脱水过程中阴阳两极泥饼孔容出现差异主要是因为电泳作用导致的,电泳作用促使污泥絮体向阳极移动从而导致阴极泥饼结构相比阳极更为疏松,这与Lee 等[21]和Cao 等[18]发现电脱水过程中阴极泥饼的孔隙率要比阳极高的结果一致.电脱水过程中阴阳两极泥饼随着炭材料投加量的增加,阴极泥饼孔容有上升的趋势,尤其是AC -5与石墨调理后的污泥,因为AC -5与石墨的导电性相对更强,促进了污泥在电场中的电泳作用,从而使得阴极的泥饼变得更加疏松,从图5(b)中也可以观察到经炭材料调理后的污泥絮体Zeta 电位有下降趋势,从而使得絮体电泳淌度增加,在投加量为20%TSS 时,经石墨调理后的阴极泥饼孔容从0.11cm 3/g 增加到0.15cm 3/g,根据Qi 等[22]的研究,泥饼结构疏松有利于水分的持续分离,而阴极又为电脱水过程中的主要疏水端,所以促使阴极泥饼孔容增加有利于改善污泥电脱水的效果,这与电脱水速率结果一致. 2.3 炭材料对阴阳两极EPS 区域化分布的影响在电脱水过程中,阴阳两极滤液中的变化特征往往可以代表阴阳两极EPS 溶解分布的特征[18],因此需对不同炭材料调理后阴阳两极滤液DOM 含量和组分的变化情况进行分析.2.3.1 DOM 含量 图6是不同炭材料调理后阴阳两极滤液DOM 含量变化,从图中可以看到阴阳两极滤液中DOM 浓度出现明显的差异,阴极DOM 含量整体比阳极高.在污泥电脱水过程中阴极会产生大量的OH -导致碱化作用,而阳极会产生H +导致酸化和氧化作用,根据Zhang 等[23]的研究报道,污泥在碱性环境中其EPS 会大量溶出,所以阴极DOM 浓度明显高于阳极,EPS 溶出的粘性蛋白类物质会堵塞滤膜,破坏污泥的脱水性.炭材料加入后阴阳两极滤液中DOM 浓度开始下降,这是因为炭材料能够将溶解出的EPS 吸附,可以看出AC -5的阴阳两极DOM 浓度下降最为明显,在投加量为20%TSS 时,阴阳两极DOM 浓度分别从49.96、28.61mg/L 下降到24.21、14.14mg/L,这是因为AC -5的比表面积最大,其对有机物的吸附能力最强,根据Cao 等[18]的研究发现,电脱水过程中阴极EPS 大量溶解会导致滤膜堵塞,阴极滤液DOM 含量与脱水速率成负相关,炭材料的加4126 中 国 环 境 科 学 38卷入使得阴极DOM 含量降低,能够缓解滤布堵塞,虽然AC -5比表面积最大,其吸附效果最好,但是其改善电脱水效果却劣于石墨,说明在炭材料改善电脱水过程中电导性比吸附性更重要.0 5 8 11 14 20D O M 浓度(m g /L )炭投加量(%TSS)5811 14 20 101520253035404550D O M 浓度(mg /L )炭投加量(%TSS)0 5 8 11 14 201015 20 25 30 35 40 45 50 D O M 浓度(m g /L )炭投加量(%TSS)5811 14 20101520253035404550D O M 浓度(m g /L )炭投加量(%TSS)图6 不同炭材料调理后阴阳两极DOM 浓度Fig.6 DOM concentration of two electrodes in different carbon materials250 300 350 400450 500 550E m (nm) E x (n m )0.000400.0800.012001600200024002800320036004000250300350400450 500 550 200220240260280300320340360380400E m (nm)E x(n m )0.000400.0800.012001600200024002800320036004000图7 原泥电脱水阴阳两极荧光强度Fig.7 The fluorescence intensity of the two electrodes of the raw sludge electrro -dewatering2.3.2 DOM 组分 三维荧光是一种高灵敏度和选择性的分析工具,在生物源物质的表征方面具有独特的优势[24].图7是原始污泥阴阳两极滤液中DOM 的三维荧光图,如图所示原始污泥阴阳极DOM 光谱中主要有Peak A(λE x /λE m =280nm/335nm)—色氨酸类蛋白、Peak B (λE x /λE m =225nm/340nm)—芳香类蛋白、Peak C (λE x /λE m =330nm/410nm)—腐殖酸3个荧光峰,可以明显看到阴极DOM 中蛋白类物质荧光峰值Peak A 和Peak11期 王瑞露等：炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理 4127B 要高于阳极,这与Cao 等[18]的研究结果一致.表3是不同活性炭调理后污泥电脱水阴阳两极滤液DOM 荧光峰强度的结果,在未加活性炭时阴阳两极DOM 中各荧光峰值PeakA 、PeakB 、PeakC 分别为1897、2345、274和287.2、407.4、291,从表中可以看到,阴极DOM 中各荧光值整体要比阳极高,而且随着炭材料投加量的增加,3个荧光峰的峰值都呈下降趋势,其中经AC -5调理后的荧光峰值下降最明显,在投加量为20%TSS 时阴阳两极DOM 中PeakA 、PeakB 、 PeakC 的荧光峰值分别降低到353.8、499.6、79.7和50.4、110.5、86.8,阴极滤液中蛋白类物质荧光峰Peak A 和Peak B 明显降低,这主要是因为溶解出的蛋白类有机物质被炭材料吸附,蛋白类物质浓度的降低可以减小污泥的粘度,缓解滤布堵塞.表3 不同炭材料对阴阳两极DOM 荧光强度峰值的影响Table 3 Effect of different carbon materials on the peak value of DOM fluorescence intensity of two electrodesDOM(阴极) DOM(阳极)色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸炭材料投加量 (%TSS)280/335 225/340 330/410 280/335 225/340 330/4100 287.2 407.4 291.0 1897.0 2345.0 274.0 5 208.7 447.2 150.7 1691.0 2331.5 80.38 182.3 457.4 123.0 1215.6 1919.6 40.1 11 228.3 416.0 103.2 1077.4 1854.9 169.3 14 205.3 407.8 80.3 992.2 1795.2 55.3 AC -020 220.0 479.3 78.1 835.2 1684.7 43.9DOM(阴极) DOM(阳极)色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸炭材料投加量 (%TSS)280/335 225/340 330/410 280/335 225/340 330/4100 287.2 407.4 291.0 1897.0 2345.0 274.0 5 241.1 350.6 221.8 1873.4 2230.0 283.08 244.4 372.2 216.7 1763.2 2230.0 210.6 11 217.6 326.4 170.5 1830.4 2196.2 108.7 14 208.2 349.8 161.0 1752.3 2115.3 229.0 AC -120 203.9 312.7 145.2 1626.9 1972.2 117.0DOM(阴极) DOM(阳极)色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸炭材料投加量 (%TSS)280/335 225/340 330/410 280/335 225/340 330/4100 287.2 407.4 291.0 1897.0 2345.0 274.0 5 73.2 129.5 121.5 769.5 1005.0 152.48 106.1 145.9 201.7 544.9 791.3 136.7 11 53.4 96.0 109.2 414.1 693.4 115.4 14 43.2 110.3 90.4 618.5 787.7 116.8 AC -520 50.4 110.5 86.8 353.8 499.6 79.7DOM(阴极) DOM(阳极)色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸色氨酸类蛋白芳香类蛋白腐殖酸炭材料投加量 (%TSS)280/335 225/340 330/410 280/335 225/340 330/4100 287.2 407.4 291.0 1897.0 2345.0 274.0 5 285.0 312.2 352.7 1589.0 1412.0 203.98 218.6 263.1 386.8 1209.0 1139.0 198.8 11 192.2 263.7 277.9 1029.0 1189.0 196.8 14 152.9 206.0 238.0 897.0 1642.0 195.6 石墨20 178.7 239.2 275.6 679.0 1296.0 192.7注:阴阳极滤液均稀释10倍.2.4 炭材料对电脱水过程中能耗的影响根据Mahmoud 等[20]的研究, 电脱水过程中的能耗计算公式如下:/(()d )/E p m UI t t m ==∫ (3)式中:E 为脱除单位水分所需能耗, kWh/kg; m 为脱4128 中 国 环 境 科 学 38卷除的水分的重量,kg;U 为脱水过程中所加电压(V);I (t)为脱水过程中的电流随时间的变化,t 为脱水时间(h).本实验通电时间一致,均为1h.图8(a)是经不同炭材料调理后污泥电脱水泥饼的含水率,如图所示随着炭材料投加量的增加,泥饼含水率降低,因为炭材料是干固体材料,加入污泥中会增加其干固量,从而其投加量越高最后的泥饼含水率就越低,其中石墨的泥饼含水率最低,在AC -0、AC -1、AC -5和石墨投加量为20%%TSS 时,泥饼含水率分别从58%降低到50.1%、46.3%、46.1%和45.2%,图8(b)是不同炭材料对污泥电脱水过程能耗的影响,随着炭材料投加量的增加脱除同质量水分能耗降低,其中经石墨调理后的污泥能耗降低最明显,在污泥电脱水过程中,炭材料的加入可以增加污泥的电导性,促进电泳作用,使得阴极泥饼结构更疏松,同时炭材料可以吸附溶解出的EPS,降低黏性蛋白类物质的含量,缓解滤布的堵塞,石墨由于其良好的导电性能相较于其余3种炭材料显著提高了电脱水效率,将污泥电脱水能耗降到最低.炭材料投加量的增加伴随着脱水能耗和泥饼含水率的降低,运用较低能耗的同时实现污泥减量化的处置.0 5 8 11 1420泥饼含水率(%)炭投加量(%TSS)AC-0AC-1AC-5石墨2345678910能耗(k W ⋅h /k g 去除水)炭材料图8 炭材料对污泥电脱水能耗的影响Fig.8 Effect of carbon materials on energy consumption of electro -dewatering process2.5 泥饼热分析图9(a)是炭材料对泥饼热值的影响,经炭材料调理后的泥饼热值明显升高,其中经石墨调理后的泥饼热值增加最明显,原泥泥饼的热值为14.5MJ/kg, 当石墨的投加量为20% g/gTSS 时泥饼热值增加到17.3MJ/kg,热值提高了17%. AC -0、AC -1、AC -5和石墨的热值分别是15.761、19.81、21.659、28.445MJ/kg, 炭材料的加入会提高污泥中固炭含量,势必会提升污泥泥饼的热值.图9(b)是炭材料投加量为20% g/gTSS 时的泥饼热重图,可以看到当温度开始升高时泥饼的重量开始降低,在DTG 曲线中有3个明显的失重峰,说明泥饼有3个明显的失重区间.第一个失重峰出现在100℃左右,这主要是污泥中的结合水分的析出,第二个和第三个失重峰出现在300℃左右,这一阶段重要是污泥中的易挥发性物质的析出,当温度到达600℃后,泥饼重量趋向于稳定,根据TG -DTG 方法[25],可以看出几种泥饼着火温度没有明显区别都为200℃左右,但是经炭材料调理后的泥饼燃尽温度升高,其可持续燃烧时间变长.经炭材料调理后的污泥,电脱水效果改善,且脱离每单位的水所需能耗降低,同时脱水后的泥饼热值升高,可持续燃烧时间增加,有利于后期焚烧资源化利用,对于污泥减量资源化是一项有价值的新的处理路径.58 11 14 2014500150001550016000165001700017500热值(J /g )炭投加量(%TSS)11期王瑞露等：炭材料强化污泥电脱水效果及同步燃料化处理 4129200 400 600 800 10004050 60 70 80 90 100 T G (%)T (℃)原泥 AC-0 AC-1 AC-5 石墨(b)-0.3-0.2-0.10.00.1D T G (%/℃)图9 炭材料对泥饼热值和TG -DTG 的影响 Fig.9 Effect of carbon materials on the calorific value andTG -DTG of sludge cake3 结论3.1 经炭材料调理后的污泥,阴极电脱水速率提升,加入石墨相较于其他3种炭材料阴极电脱水速率提升最为明显,在石墨以较小的投加量5%TSS 时,阴极平均脱水速率从0.074g/L 上升到0.095g/L. 3.2 加入炭材料后电流出现变化,AC -0和AC -1对电流的影响较小,AC -5和石墨对电流变化影响明显,在石墨投加量为20%TSS 时电流最高峰值可达0.42A,此外投加炭材料后,污泥絮体电泳淌度增强,阴极泥饼孔容有上升的趋势,尤其是AC -5与石墨调理后的污泥.3.3 炭材料加入后阴阳两极滤液中DOM 浓度开始下降,AC-5比表面积最大,经其调理后阴阳两极DOM 浓度下降最为明显,在投加量为20%TSS 时,阴阳两极DOM 浓度分别从49.96、28.61下降到24.21、14.14mg/L,其中蛋白质类物质荧光峰也明显下降. 3.4 电脱水过程中加入炭材料,可以降低脱离每单位水所需要的能耗,此外泥饼含水率降低,固炭量增加,提高了泥饼的热值和可持续燃烧时间.参考文献：[1] 张 强,刘 欢,刘 鹏,等.调理剂对深度脱水污泥热解特性的影响[J]. 化工学报, 2014,65(4):1396-1402.[2] Vaxelaire J, Cezac P. 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