微波再生泥质活性炭的研究

林怡汝，阮超，周文婷，陈力，邵骏，杨姗姗

微波再生泥质活性炭的研究

林怡汝，阮超，周文婷，陈力，邵骏，杨姗姗

（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安710048）

研究了微波再生泥质活性炭的最佳条件及各影响因素对饱和泥质活性炭再生性能的影响。以城市污水处理厂污泥为原料制备泥质活性炭，以亚甲基蓝为模拟污染物污染泥质活性炭，探索了辅助溶液浓度、微波功率、辐照时间及泥质活性炭质量对再生性能的影响规律。结果表明，2 g饱和泥质活性炭在碱液浓度为30 g.L-1，微波功率为300 W，辐照时间为90 s时，性能恢复率最高，再生损耗率最小。碱液辅助微波再生泥质活性炭是一种可行的泥质活性炭再生方法。

微波；泥质活性炭；再生性能

目前用于活性炭再生的方法主要有热再生法［1］、生物再生法［2］、湿式氧化［3］和催化湿式氧化再生法［4］、溶剂再生法［5］、电化学再生法［6］、超临界流体再生法［7］等。热再生法是目前应用最多、工业上最成熟的活性炭再生方法。生物再生法是简单易行，投资和运行费用较低，但所需时间较长，受水质和温度的影响很大，因而限制了生物再生法的工业化应用。湿式氧化再生法处理对象广泛，反应时间短，再生效率稳定，但这种方法对设备要求高，操作不方便，运行和维护费用高。微波再生法［8-15］由于加热速度快、加热均匀、无滞后效应等特点而被广泛关注。

本研究以污水处理厂污泥为原料制备了泥质活性炭，以亚甲基蓝为模拟污染物污染泥质活性炭，探索了辅助溶液浓度、微波功率、辐照时间及泥质活性炭质量对饱和泥质活性炭再生性能的影响规律，以期为泥质活性炭再生提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

试剂：氯化锌、甲基蓝、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、硫代硫酸钠、重铬酸钾、可溶性淀粉、碘化钾、碘、盐酸、无水乙醇、氢氧化钠等均为分析纯，实验用水为蒸馏水。

仪器：马弗炉，NN-GT556W，宜兴市华阳窑炉设备有限公司；循环水式多用真空泵，SHB—111S；电热恒温振荡水槽，DHZ-2，上海精宏实验设备有限公司；可见分光光度计，VU-1800，上海美谱达仪器有限公司。

1.2 泥质活性炭的制备

城市污水处理厂的未消化脱水污泥经干燥后的污泥颗粒，经4 mol·L-1氯化锌活化剂按液固比为1∶1浸渍、活化温度为550℃，活化时间为30 min，经马弗炉高温热解、盐酸洗涤及蒸馏水的冲洗，最后烘干、磨碎，备用。

1.3 饱和泥质活性炭样的制备

以亚甲基蓝为模拟污染物污染泥质活性炭，称取8 g泥质活性炭，溶于1 L 400 mg·L-1亚甲基蓝标准溶液中，搅拌，静置24 h。滤出泥质活性炭，经105℃干燥后置于干燥器内备用。依照此方法，将所制备的所有最佳条件下的泥质活性炭都变成饱和泥质活性炭样。

1.4 微波再生饱和泥质活性炭试验

利用辅助溶液（NaOH）加微波辐照的方法，在一定的微波功率和时间下对饱和泥质活性炭进行再生，通过实验分别测出再生前及再生后饱和泥质活性炭的碘值，分别按式（1）和式（2）计算出泥质活性炭的性能恢复率、损耗率等再生性能指标，并分析辅助溶液浓度、微波功率、辐照时间和泥质活性炭用量等因素对泥质活性炭再生性能指标的影响规律。

1.5 泥质活性炭再生性能指标计算

泥质活性炭性能恢复率H计算公式如式（1）：

性能恢复率H=

2 结果与讨论

2.1 辅助溶液浓度对再生性能的影响

在微波功率300 W，辐照时间90 s，泥质活性炭质量2 g，加入10 mL不同浓度的NaOH溶液，考察辅助溶液（NaOH）浓度对饱和泥质活性炭性能恢复率、损耗率等再生性能指标的影响规律，结果如图1所示。由图1可知，泥质活性炭的性能恢复率随着NaOH浓度的增加后而减小，在30 g/L时性能恢复率达到峰值，之后变化平缓。再生损耗率随着碱液浓度的增加而增大。这是由于随着NaOH浓度的增加，越来越多的碱基可以使活性炭脱附饱和，从而有效恢复再生活性炭的吸附能力。随着碱基增多，再生泥质活性炭的吸附能力基本恒定，主要是因为在前期泥质活性吸附过程作用后，部分吸附位点活化作用能力下降，不可避免会导致吸附性能整体水平的下降。故选择NaOH脱附溶液30 g/L为最佳脱附浓度，此时性能恢复率可达90%以上再生损耗率可控制在20%左右。

图1 辅助溶液浓度对再生性能的影响

2.2 微波功率对再生性能的影响

在辐照时间90 s，泥质活性炭质量2 g，加入5 mL 30 g/L的NaOH溶液条件下，考察微波功率对饱和泥质活性炭性能恢复率、损耗率等再生性能指标的影响规律，结果如图2所示。由图2可知，微波功率越大，泥质活性炭的性能恢复率越大，但功率大于300 W后增长幅度明显减弱，而且泥质活性炭性能恢复率达91%，考虑到能量消耗，功率不宜过大。再生损耗率随着微波功率增大而增加，当微波功率为300 W时，再生损耗率只有7%，但再增加微波功率，再生损耗率增加。所以实验选择300 W作为最佳功率，此时性能恢复率可达90%以上，再生损耗率可控制在20%左右。

图2 微波功率对再生性能的影响

2.3 辐照时间对再生性能的影响

在微波功率300 W，泥质活性炭质量2 g，加入3 mL 30 g/L的NaOH溶液条件下，考察微波辐照时间对饱和泥质活性炭性能恢复率、再生损耗率等再生性能指标的影响规律，结果如图3所示。由图3可知，在大于90 s之后，饱和泥质活性炭的性能恢复率变化不大，大于90 s后，再生损耗率增加，所以最佳再生时间选为90 s。此时性能恢复率可达90%以上，再生损耗率可控制在20%左右。

图3 辐照时间对再生性能的影响

2.4 泥质活性炭质量对再生性能的影响

在微波功率为300 W，辐照时间为90 s，以固定炭碱比加入不同质量的饱和炭样，用氢氧化钠作为辅助溶剂时，泥质活性炭质量对再生性能的影响规律如图4所示。由图4可知，当泥质活性炭质量大于3 g时，性能恢复率下降，这说明微波能量不足以脱附泥质活性炭上的污染物质，当泥质活性炭质量大于2 g时，再生损耗率也上升，所以在微波功率为300 W，辐照时间为90 s时，最佳饱和泥质活性炭质量为2 g。此时性能恢复率可达90%以上，再生损耗率可控制在20%左右。

图4 泥质活性炭用量对再生性能的影响

3 结论

辅助溶液（NaOH碱液）浓度、微波功率、辐照时间、泥质活性炭质量是影响饱和泥质活性炭再生效果的主要因素。2 g饱和泥质活性炭在碱液浓度为30 g/L，微波功率为300 W，辐照时间为90 s时，性能恢复率可达90%以上，再生损耗率可控制在20%左右。碱液辅助微波再生泥质活性炭是一种可行的方法。

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Study on microwave regeneration of sludge activated carbon

LIN Yiru,RUAN Chao,ZHOU Wenting,CHEN Li,SHAO Jun,YANG Shanshan
（School of Environmental and Chemical Engineering,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China）

In this paper,the optimum conditions of microwave regeneration of sludge activated carbon and the influence of various factors on the regeneration ability of sludge activated carbon are studied.The effect of auxiliary solution concentration,microwave power,exposure time and sludge activated carbon dosage on the regeneration performance was studied by the methylthionine chloride as the Simulated pollutant,in which the sludge activated carbon was prepared from sludge of municipal wastewater treatment plant.The optimum condition was determined as follows: solution concentration is 30g.L-1,microwave power is 300W,exposure time is 90s,dosage of the sludge activated carbon is 2g,under these conditions the performance recovery rate is the highest and regeneration loss rate is minimum. It is a feasible method of activated carbon regeneration by alkali assisted microwave regeneration.

microwave;sludge activated carbon;regeneration ability

X703

A

1674-0912（2015）12-0033-03

2015－11－27）

陕西省科技统筹创新工程计划基金资助项目（2011KTZB03-03-03-04）；西安工程大学博士科研启动基金资助项目（BS1202）

林怡汝（1987-），女，山东栖霞人，硕士研究生，主要从事污水与废水处理技术研究。