污泥基吸附剂对铅离子的吸附性能与机理研究

污泥基吸附剂对铅离子的吸附性能与机理研究

发表时间：2018-05-28T15:44:55.297Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第35期作者：张凯杰邢兆洁林勇澍[导读] 以某污水处理厂污泥为制备原料，采用化学活化法（ZnCl2为活化剂），制备污泥基吸附剂。

山东农业大学山东省泰安市 271018 摘要：以某污水处理厂污泥为制备原料，采用化学活化法（ZnCl2为活化剂），制备污泥基吸附剂。以铅离子为目标污染物进行去除实验，考察了活化剂浓度、固液比、热解温度、热解时间等对制备污泥基吸附性能的影响。通过spss第三类平方和分析实验，结果表明其对制备产物污泥基吸附剂性能的影响程度大小依次为：热解温度>热解时间>氯化锌浓度>固液比。由spss估计平均值可得污泥基催化剂的最佳制备条件为ZnCl2的浓度3.5mol/L、热解温度为500℃、热解时间为60min、固液比为1：2。关键词：剩余污泥，化学活化，ZnCl2，污泥基吸附剂，Pb2+去除率在城市化和工业化快速发展的今天，污水厂污泥的产生、储存、处理及资源化利用过程中均可能危害环境。同时伴随着污泥海洋处理的禁止以及严格填埋标准、农用标准的制定与实施，污泥的管理已经成为一个世界性的社会和环境问题。采用传统的处置方法，如土地填埋、焚烧等方式进行处理，相对于当今越来越严格化的环境标准，显然是不合适的。同时，随着资源短缺的加剧，人们开始寻找新的资源，而污泥由于其有机物、营养元素含量高等优点而日益受到关注。因此，如何解决污泥问题，并使其化废为宝，是一个具有重要意义的课题。

活性污泥是指活性污泥法处理工艺中，二沉池产生的沉淀物，扣除回流的那部分，剩余的部分称为剩余活性污泥。其中含有大量的水分、有机物、N、P等营养元素，以及重金属、病原菌等有害物质，同时富含有机碳，成分、产量高且易于获得，在适当条件下通过热解，可以使之转化为活性炭。

活性炭由于其独特的物理化学结构，其具有很强的吸附性能，同时也是理想的催化剂载体，被经常用于环境污染治理，是一种环保型吸附剂。但是，目前来看，商品活性炭通常由价格昂贵的原材料制备，诸如木材、稻壳或者煤炭、沥青等，生产成本较高，限制了其应用范围。于是，由剩余污泥制备污泥基活性炭催化剂的方法，因为原材料充足易得、价格低廉、绿色无害，成本低于商品活性炭，又为污泥的最终处置提供了一种资源化利用的新途径，而日益受到青睐。

其过程为污泥经过干燥脱水、粉碎和筛滤等过程变为细小的污泥颗粒，然后采用化学药品浸渍法，对该颗粒在一定温度下进行活化。之后进行烘干，再在空气中暴露一段时间后，在惰性环境下热解。最后再经过进一步的处理后，即制得高效的炭质催化剂。其制备过程与化学活化法制备污泥吸附剂大致相同，其主要区别就在于活化剂成分的不同。而活化剂的成分是决定此类催化剂效果的首要因素。

研究以剩余活性污泥为催化剂载体，ZnCl2作为活化剂活性组分，联合单因素实验研究活化方法、污泥与活化剂的比例（固液比）、热解温度、热解时间等，对研究所制备的吸附剂对Pb2+去除率的影响，确定最佳制备工艺，并对催化剂进行了应用分析及前景展望。旨在制备一种污泥基活性炭吸附剂剂，为剩余污泥的资源化再利用提供一种新思路。 1实验部分 1.1材料和仪器

剩余污泥粉末、ZnCl2溶液1、浓盐酸2、Pb（NO3）2溶液（30mg/L）。 101A-2型电热鼓风干燥箱、GSL-1500X型真空管式高温烧结炉、THZ-82水浴恒温振荡器、TAS-999石墨原子吸收分光光度计、80-1型离心机。

1.2 污泥基吸附剂的制备

取某污水处理厂污泥脱水车间的剩余污泥，先将污泥放入烘箱中，在110℃温度下恒温干燥脱水24h，直至烘干为止。然后将烘干的污泥放入粉碎机，1min取出研碎的干泥，用100目筛子筛滤，筛分出来的样品放入干燥器中干燥待用。

将粉末污泥与活化剂ZnCl2 溶液在坩埚内混合，将配好的混合液充分搅拌均匀后放入烘箱烘干活化7-8小时，待混合物完全干燥后取出，研磨至粉末状放入管式电阻炉中热解活化。活化主要是利用气体进行碳的氧化反应，由于碳化物的表面受到侵蚀，使炭化物孔隙结构更加发达的过程。在活化的过程中，下面两个阶段是同时发生的：新微孔的生成或闭塞孔的打开；细孔的扩大；相邻细孔的合并。

高温热解3-5小时后取出，取出后放在研钵中进行研磨，之后用500mL 10%浓盐酸酸洗，酸洗完成后用纯水清洗至pH为7。经过酸洗的活性炭催化剂孔隙率大大增加。干燥后研磨过筛，此时得到的活性炭即为成品活性炭吸附剂。

1.3 Pb2+吸附实验

将原料配比和热解条件不同的成品试样中加入100mL 30mg/LPb2+溶液，置于恒温振荡器（室温25℃）上振荡60min。吸附试验结束后，静置30min后取上清液，然后用滤纸过滤，过滤后取锥形瓶中部液体用石墨原子吸收分光光度计进行波长283.3nm吸光度检测，对应标线，计算每组试样的去除率。统计16组正交试验的实验数据，将结果代入spss进行显著性分析并计算最优制备条件。 2结果与讨论

由图4spss最优条件分析数据表格可得，污泥基催化剂的最佳制备条件为ZnCl2的浓度3.5mol/L，固液比为1：2，热解温度为500℃，热解时间为60min。 3结论

（1）利用城市污水处理厂的剩余污泥，成功制备出催化性能较好的污泥基吸附剂。

（2）污泥基吸附剂制备过程中，ZnCl2用量、热解温度、热解时间和固液比等因素对催化剂的催化性能有重要的影响。污泥基光吸附剂的最佳制备条件为ZnCl2的浓度3.5mol/L、固液比为1：2、热解温度为500℃、热解时间为60min。

参考文献

[1]赵晶晶.污泥活性炭的制备及其应用研究[D].华南理工大学，2013.

[2]李刚.污泥基活性炭制备条件的优化及其对Pb2+的吸附效能研究[D].哈尔滨工业大学，2012.

[3]孙迪俪.污泥基吸附剂的制备及对铅离子吸附性能研究[D].西安科技大学.

[4]阳昕.污泥基吸附剂的制备与应用研究[D].哈尔滨工业大学，2011.

注释：

对污泥原料中的有机质起胶溶以至溶解的作用形成孔隙，使药液渗透到原料的内部。在有机质炭化时能起骨架的作用，即它们在原料被炭化时给新生的碳提供一个骨架，让碳沉积在它的上面；可以起到脱水作用，当热解开始的时候，ZnCl2使污泥材料脱水，碳的骨架开始变化，从而导致孔的形成；可以防止热解过程中焦油的产生，提高催化剂的吸附性能

是用来洗涤催化剂，去除杂质，防止这些杂质堵塞催化剂的孔隙，增强催化剂的吸附能力，增加反应接触时间，使催化反应充分进行。