泥质活性炭在污水处理中的应用

阮超，周文婷，林怡汝，胡善爽（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安710048）



泥质活性炭在污水处理中的应用

阮超，周文婷，林怡汝，胡善爽
（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安710048）

摘要：探索了泥质活性炭用于污水处理的效果。以污水处理厂污泥为原料制备的泥质活性炭用于城市污水处理厂污水的处理，探索了泥质活性炭的投加量、吸附时间、溶液pH值等影响因素对污水COD，TN及TP去除率的影响规律。结果表明，对于污水处理厂初沉池出水，泥质活性炭投加量为15 g/L、吸附时间30 min、酸性条件下，污水TN去除率可达70%，在中性条件下COD去除率可达95%；投加量15 g/L、中性条件下，吸附时间5 min时，TP去除率可达96%，其出水的各项指标均满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准。由于泥质活性炭用料廉价，不仅解决了污水处理厂污泥处置问题，还可用于污水的处理，具有良好的应用前景。

关键词：污泥；泥质活性炭；污水；去除率

城市污水处理厂在处理污水的过程中会产生大量的污泥，污水处理厂污泥的处理处置费用较高，用于处理污泥的处置费用约占污水处理厂全部建设费用20%～50%，甚至达70%左右。而且污水厂污泥的成分复杂，污泥是由真菌类、细菌类、原生动物等异种个体群所组成的混合培养体[1]，剩余污泥中大部分物质是有机物，有机物中60%～70%是粗蛋白质，25%左右是碳水化合物，无机灰分仅占5%左右[2]；另一方面，污水处理厂污泥含碳量较高，具备了制备活性炭的客观条件。

将城市污水处理厂污泥为原料制备的泥质活性炭用于城市污水处理厂污水的处理，可实现污泥的资源化利用并“以废治废”，符合循环经济理念。泥质活性炭可用于染料废水[3-5]、制药废水[6]、含重金属废水[7-12]、垃圾渗滤液和生活污水[13]等的处理，文中探索了泥质活性炭的投加量、吸附时间、溶液pH值等影响因素对污水COD，TN及TP去除率的影响规律。

1材料与方法

1.1试剂与仪器

试剂：过硫酸钾、酒石酸锑钾、钼酸铵、抗坏血酸、硫酸、磷酸二氢钾、盐酸、氢氧化钠、硝酸钾、碘、碘化钾、淀粉、硫代硫酸钠、苯酚、磷酸氢二钠、氯化锌、重铬酸钾均为分析纯，D试剂、E试剂；试验用水为超纯水（由艾科普AWJ1/2-1002-V超纯水机提供）。

仪器：NN-GT556W马弗炉：宜兴市华阳窑炉设备有限公司；V-1100型分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；DHZ-2102恒温水浴振荡器：上海精宏实验设备有限公司；AG285分析天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；pH Testr 20酸度计：美国Eutech Instruments Oakton；CMD-20x电热恒温鼓风干燥箱：上海琅实验设备有限公司

1.2试验方法

1.2.1泥质活性炭的制备

取污泥放入烘箱中干燥，使污泥烘干至恒重，然后粉碎至1～2 mm粒径的颗粒；用一定浓度的活化剂活化后，放入带盖的陶瓷坩埚内，置于烘箱中（105℃）干燥24 h，然后放入马弗炉中，开始程序升温，以5℃/min的升温速度在隔绝空气的情况下升温至活化温度进行炭化活化，经冷却、洗涤、干燥得到泥质活性炭[14]。

1.2.2泥质活性炭对污水处理实验

采用静态吸附实验：量取100 mL污水，加入一定量泥质活性炭，室温下快速搅拌吸附15 min，过滤，测定吸附前后污水COD，TN及TP，计算COD，TN及TP的去除率。

1.2.3分析项目与方法

化学需氧量(COD)按照《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法（GB11914-89）》测定；总氮（TN）按照《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB11894-89）》测定；总磷（TP）按照《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法（GB 11893-1989）》测定。

2　　结果与讨论

2.1初沉池出水水质指标

污水处理厂初沉池出水水质指标如表1所示。

由表1可知，污水处理厂污水经初沉池处理后，污水COD和TP不能达到城镇污水处理厂污染物排放标准。

表1　　污水厂初沉池出水水质指标

2.2泥质活性炭投加量对污水中COD，TN及TP去除率的影响

量取100 mL污水，分别加入0.1，0.3，0.5，0.8，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 g泥质活性炭，室温下水浴快速搅拌吸附15 min，过滤，测定吸附前后污水的COD，TP及TN，计算COD，TP及TN的去除率。其结果如图1所示。

图1　　泥质活性炭投加量对COD，TN及TP去除率的影响

由图1可知，随着泥质活性炭投加量的增加，对COD和TP的去除率基本呈现逐渐增大的趋势，在0.5 g前去除速率增大很快，在1.5 g后去除速率和去除率变化不大，去除率达到76.85%，而TN的去除率则是随着投加量的增大先增大后减小，在投加量为1.5 g时，TN的去除率最大，达到70%。

2.3振荡时间对COD，TN及TP去除率的影响

量取100 L污水，加入1.5 g泥质活性炭，室温下水浴分别快速搅拌吸附5，10，15，20，25，30，40，50，60（min）后，过滤，测定吸附前后污水COD，TP及TN，计算COD，TP及TN的去除率。其结果如图2所示。

图2　　振荡时间对COD，TN及TP去除率的影响

由图2可以看出，在常温下泥质活性炭的投加量为1.5 g时，随着振荡时间的延长，污水中COD，TP及TN的去除率逐渐增大，最后逐步趋于平稳。当振荡时间为30 min时，COD，TN的去除率分别达95%和49%。而振荡时间为5 min时，TP的去除率就可达96%，增加振荡时间，TP的去除率影响不大。

2.4pH值对COD、TN及TP去除率的影响

量取100 mL污水，将pH值分别调成2，4，6，7，8，10，12，14，加入1.5 g泥质活性炭，室温下水浴快速搅拌吸附30 min后，过滤，测定吸附前后污水的COD值，TP及TN，计算COD，TP及TN的去除率。结果如图3所示。

图3　　pH值对COD，TN及TP去除率的影响

由图3可知，在投加量为1.5 g，振荡时间为30 min，随着pH值的增加，COD，TP及TN的去除率都先增加后减小。在中性条件下，COD去除率可达96%，pH值在酸性条件下，TN的去除率可达70%，TP的去除率在中性条件下可达96%。

2.5泥质活性炭处理后水质指标

污水处理厂初沉池出水经泥质活性炭处理后水质指标如表2所示。

表2　　泥质活性炭处理后出水水质指标

由表2可知，污水处理厂初沉池出水经泥质活性炭处理后，水质指标满足《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》中一级A标准。

3　　结论

（1）对于污水处理厂初沉池出水，泥质活性炭投加量为15 g/L，吸附时间30 min，在酸性条件下，污水TN去除率可达70%，在中性条件下COD去除率可达95%；投加量15 g/L，中性条件，吸附时间5 min时，TP去除率可达96%。

（2）对污水处理厂初沉池出水进行处理，出水水质指标如下：COD 10.24 mg/L，TN1.63 mg/L、TP 0.22 mg/L，其出水COD及TP指标均可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准。这表明泥质活性炭在污水处理中将会有很大的应用前景。

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中图分类号：X703；TQ424.1

文献标志码：A

文章编号：1674-0912（2016）01-0031-03

收稿日期（2015－12－05）

基金项目：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）

作者简介：阮超（1987-），男，陕西渭南市人，硕士研究生，专业方向：污染控制技术。

Application study on wastewater treatment by sewage sludge-based activated carbon

RUAN Chao,ZHOU Wenting,LIN Yiru,HU Shanshuang
School of Environmental and Chemical Engineering,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China

Abstract:The effect of sewage sludge-based activated carbons on wastewater treatment is discussed.This paper explores the removal rate effect of COD,TN and TP in the initial sink by changing the muddy activated carbon dosing quantity,adsorption time,pH value of solution and other factors,which raw material prepared from the sewage treatment plant sludge.The results show that the activated sludge dosage for 15 g/L,adsorption time for 30 min, removal rate of TN can reach 70%under acidic conditions.Removal rate of COD can reach 95%at neutral condition. Activated sludge dosage for 15g/L,adsorption time for 15min,and removal rate of TP can reach 96%under neutral conditions.The effluent indexes meet Primary A standard of the pollutant discharge standard of civil wastewater treatment plant(GB18918-2002).Sewage sludge-based activated carbon is prepared with low-price sewage sludge, and the sewage sludge disposal and wastewater treatment are also solved.

Keywords:sewage sludge；sewage sludge-based activated carbon；adsorption；removal rate