城市污泥制备水中重金属吸附剂及其吸附特性研究

夏昊云刘培汤小芳

（1.泰州南京理工大学研究院，江苏泰州225300；2.南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300）

城市污泥制备水中重金属吸附剂及其吸附特性研究

夏昊云1，2，刘培1，2，汤小芳1，2

（1.泰州南京理工大学研究院，江苏泰州225300；2.南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300）

本实验利用城市污水厂的脱水污泥，通过化学活化法制备活性炭。研究活化温度、活化时间、固液比和活化剂浓度等因素对制备污泥活性炭的影响，确定氯化锌法制备污泥活性炭的最佳工艺为活化温度550℃、活化时间30min、固液比1∶2、氯化剂浓度45%。将制备的污泥活性炭吸附Cu2+，Cr6+，Cd2+3种重金属离子模拟废水，研究pH值、吸附时间、污泥投加量、温度等因素对吸附过程的影响。实验结果表明，剩余污泥对Cu2+，Cr6+，Cd2+3种重金属离子都具有良好的吸附效果，在优化条件下，3种重金属离子去除率分别达到94%，76%，81%，吸附能力大小顺序为Cu2+＞Cd2+＞Cr6+。

污泥 活性炭 重金属离子 吸附

城市污水厂污泥是污水处理系统产生的副产物。随着城镇化过程的加快，生活给水量和城市污水的产生量越来越大，随之而来，污水处理厂产生的污泥越来越多。据统计，全球每年产生的干污泥量达1亿t[1]。污水厂污泥是一含水率高、含大量有机物和有毒有害物质的具有复杂流变形的半干性固体废物[2]，它容量大、易腐败、不稳定、有恶臭，如不加以安全处理和处置，将造成严重的二次污染问题，但同时污泥中含有大量的有机物、腐殖质等可利用资源[3]。因此，探讨并实施城市污泥处理处置和资源化新途径，对解决污泥污染问题具有重要意义。

本课题针对模拟重金属废水，用污泥活性炭作为吸附剂，探讨污泥活性炭制备的最佳方案，并用该污泥活性炭处理模拟重金属废水。

1 污泥活性炭的制备

本实验采用的污泥取自泰州城市生活污水处理厂的脱水车间。

采取的污泥样品用蒸馏水洗涤3次，然后105℃的烘箱干燥24 h，使污泥含水率降至10%左右，再将其碾碎，过80目筛，在用一定浓度的活化剂浸渍后，置于105℃烘箱中干燥30 min，然后放入马福炉中使之达到活化温度并进行炭化活化，维持适当的时间，所得产物经冷却、洗涤、干燥得到污泥活性炭。活化过程中采用化学活化法，工艺设计路线如图1所示。

图1 设计路线图

2 吸附实验的操作方法

（1）配制模拟重金属离子废水。

（2）称取0.5 g活性炭投加到100 mL，10 mg/L的金属离子溶液中，置于六连搅拌机下搅拌，进行吸附。

（3）实验中利用火焰原子吸收分光光度法测定被吸附后的溶液吸光度，检测活性炭对金属离子的吸附能力。

式中：c0——初始浓度，10mg/L；

c1——吸附后的溶液浓度，mg/L，由金属离子标准曲线计算得出。

3 结果与分析

3.1 活化剂种类的选择

固液比（质量比）1∶2时浸渍24 h，在活化温度550℃、活化剂质量浓度45%、活化时间30 min的条件下，考察氯化锌和磷酸两种活化剂对活化效果的影响，采取铜离子为例，结果见图2。

图2 使用不同活化剂制备的污泥活性炭对铜（Ⅱ）金属离子的去除率

3.2 制备污泥活性炭最佳工艺的确定

采用正交实验确定制备污泥活性炭各因素的最佳实验条件，以100 mL，5 mg/L的模拟铜离子废水为研究对象。结果如表1和表2所示。

表1 污泥活性炭制备影响因素的正交试验

表2 直观分析计算表

根据表2可知，各因素的影响程度大小为：固液比＞活化温度＞活化时间。固液比和活化温度影响较大，活化时间的影响较小。于是确定污泥活化的最佳条件为：固液比1∶2、活化温度550℃、活化时间30min。

3.3 污泥活性炭对重金属废水吸附的试验研究

采用正交试验确定污泥活性炭最佳吸附条件，结果如表3、表4、表5、表6所示。

表3 污泥活性炭吸附性能的正交试验

表4 铜离子直观分析计算表

表5 铬离子直观分析计算表

表6 镉离子直观分析计算表

由表4、表5、表6的结果可知，活性炭吸附铜离子效果影响程度依次为：pH值＞吸附剂投加量＞吸附时间；吸附铬离子效果影响程度依次为：pH值＞吸附剂投加量＞吸附时间；吸附镉离子效果影响程度依次为：吸附时间＞pH值＞吸附剂投加量。因此确定活性炭吸附铜离子废水最佳条件为；投加量5 g/L，吸附时间60min，pH值为5左右。吸附铬离子废水的最佳条件为：投加量5 g/L，吸附时间60min，pH值为4左右。吸附镉离子废水最佳条件为：投加量5 g/L，吸附时间60 min，pH值为5左右。

4 结束语

制备污泥活性炭的原材料易得，制备成本较低，是很好的变废为宝、资源优化配置的方式方法，应用前景可观。但在真正投入生产实际的过程中仍有一些需要避免和解决的问题，如气体污染等问题，这样才能更有效地促进污泥制备活性炭发展，切合绿色环保处理污泥的工作要点。

[1]周少奇.城市污泥处理处置与资源化[M].广州:华南理工大学出版社，2002.

[2]Liza N.Assessm ent of organic constituent in sew age sludge[J]．W ater Science and Technology，2000，142(9):89-192．

[3] M ini Gestalt.Portioning of Cr，Cu，Pb and Zn in sew age sludge incineration by rotary kiln and fluidized bed furnaces [J].W ater Science and Technology，2000，14(8):61～68．

Research on adsorption of heavymetal ions by activated carbon produced w ith sewage sludge

XIA Haoyun1,2,LIU Pei1,2,TANG Xiaofang1,2
（1.Departmentof Chemical Engineering,Taizhou Institute of Science and Technology,Nanjing University
of Science and Technology,Taizhou 225300,China；2.Taizhou Institute of Science and Technology,Nanjing University of Science and Technology,Taizhou 225300,China）

In this paper,urban sew age sludge w as used to prepare activated carbon w ith chem ical activation m ethod.The im pact of activation tem perature,activation tim e,solid to liquid ratio and chloride concentration and other factors on the activated carbon sludge preparation w ere studied.The optim um conditions of activated carbon preparation w ith sludge by zinc chloride w ere determ ined:the optim um activation tem perature 550℃,the activation tim e of 30m in, solid-liquid ratio of 1:2,chloride concentration of 45%.Then absorption of three heavy m etal ions Cu2+,Cr6+,Cd2+in w astew ater by the activated carbon w as studied,and the im pacts of pH,adsorption tim e,the sludge dosage,the tem perature on the adsorption process w ere also studied.Experim ental results show ed that the adsorption effect of the sludge on three heavy m etal ions Cu2+、Cr6+、Cd2+w as good.Under the optim um conditions,rem oval rates of three heavy m etal reached 92%、76%and 80%,adsorption capacity in the order Cu2+＞Cd2+＞Cr6+.

sludge;activated carbon;heavy m etal ions;adsorption

X703

A

1674-0912（2014）05-0039-03

2014－04－11）

夏昊云（1980-），女，江苏泰州人，硕士研究生，讲师，研究方向：痕量分析及应用。